比较不同妈妈的头发的迷人微观图像显示了较厚的并不总是更强大

时间：2022-03-26 14:25:05 来源：

该图像显示在毛发破裂时，人发皮层中的蛋白质纤维如何分解，暗示剪切模式中的人发骨折。

尽管比人类的头发厚四倍，但大象的头发只有一半的强烈 - 这只是研究人员研究许多不同哺乳动物的头发强度的一个发现。他们的工作，出现在2019年12月11日发表的论文中，在杂志上表明，由于它破裂的方式，薄发趋势趋于厚厚的头发。

“我们对结果非常感到惊讶，”加州大学圣地亚哥大学的纳米工程研究员纳阳第一作者温阳说。“因为直觉，我们会认为厚厚的头发更强大。天然材料经历了数千年的进化，所以对我们来说，这些材料是非常好的。我们希望从大自然中学习并开发具有可比性的合成产品。“

以前的研究发现，当针对密度调整时，人头的头发具有与钢的强度相当。这是因为头发的层次结构：人的头发由称为角质层的外层组成，该外层围绕着由化学键连接的许多小纤维制成的内皮质。在每根纤维内，嵌入甚至有较小的纤维。这种结构设计允许由蛋白质制成的毛发，以抵抗变形。

该图像显示出野猪，其直径超过200nm，并以正常的裂缝模式突破。断裂表面相对清洁，没有明显分层的皮质纤维。

杨和她的团队包括来自加州大学的Meyers和Ritchie集团的研究人员，圣地亚哥和加州大学伯克利大学，如果来自其他动物的头发股票相似的特点。他们从八个不同的哺乳动物收集头发样品，包括人类，熊，公猪，马，戴巴拉斯，标枪，长颈鹿和大象。这些毛发的厚度变化：人的毛发直μ径为80米，而大象和长颈鹿的直径μ超过350米。

研究人员将头发的近距离束缚到一台逐渐拉开的机器，直到它们破裂。为了他们的惊喜，他们发现薄的头发能够在与厚头发相比之前忍受更大的张力。这也适用于来自同一物种的毛发。例如，来自儿童的薄发比成年人的厚度更强烈。

该图像显示了Javelina头发的皮质，其具有泡沫状结构并由多孔电池制成。

通过使用扫描电子显微镜研究破碎的毛发，团队发现，尽管大多数毛发共享类似的结构，但它们以不同的方式破坏了。直径大于200米的毛发，例μ如公猪，长颈鹿和大象，往往是在正常的骨折模式下破裂，这种清洁突破类似于如果香蕉在中间休息会发生的事情。薄于200米的毛发μ，例如人类，马匹和熊，处于剪切模式。休息是不平衡的，就像树枝在风暴中抢购。裂缝路径中的区别是因为不同毛发中的结构元素不同地相互作用。

“剪切是由于压力而在材料内形成小的Zig Zag裂缝时，”杨说。“这些裂缝然后繁殖，并且对于一些生物材料，样品并不完全断开，直到小裂缝相遇。如果材料剪切，则意味着它可以承受更大的张力，从而比经常经常发生正常骨折的材料更加紧张。“

“厚度较弱的概念不是薄的并不罕见，我们发现在伯克利加州大学的罗伯特里奇（Berkeley）共同作者Robert Ritchie说，我们发现正在发生的脆性材料。“这实际上是一个统计的事情，这是一个更大的曲线将有更大的可能性缺陷。在头发中看到这一点是一种令人惊讶的是，头发不是脆性材料，但我们认为这是因为同样的原因。“

研究人员认为，他们的调查结果可以帮助科学家设计更好的合成材料。但杨说，她的团队的生物启发材料制造仍处于初期阶段。目前的技术尚未能够创建与头发一样良好的材料并具有复杂的层次结构。

“合成材料中有许多挑战我们没有解决方案，如何从如何制造非常微小的材料，以如何将每层之间的粘合复制在天然头发中，”杨说。“但是如果我们可以创造具有像头发那样的分层结构的金属，我们可以生产出非常强大的材料，可以用作救援绳索和建筑。”

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参考：文阳，杨玉，罗伯特·奥克斯特和Marc A. Meyers，2019年12月11日，杨宇，杨玉，罗伯特·莫耶尔，杨玉，迈耶斯。
10.1016 / J.Matt.2019.09.019

这项工作得到了加州大学河滨大学，科学研究空军办公室，通过宇航员雅各的工程学院来支持加州河畔大学的多学科大学研究倡议和鲍威尔基金会。

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