揭示頭發的奧秘：可制作新型防彈衣

材料牛注：對于善于從自然界中尋找靈感的材料科學家來說，一縷頭發比起其他神奇的事物看起來似乎算不上什么。但是你知道嗎？理論上講一頭秀發能拉起兩頭大象，還可以用來制作新型防彈衣呢！

別小看區區一縷頭發，它的比強度（強度-重量比）其實非常大，而且一根頭發的延伸率能夠達到50%以上。我們的頭發可是有著獨一無二的開發潛力呢，或許以后可以應用于制作未來防彈衣的新材料。在一項新研究中，加州大學圣地亞哥分校的科學家們對于人類頭發超常強韌且不易斷裂的關鍵機制進行了深入探索。

這項研究的第一作者，加州大學圣地亞哥分校機械工程系的Marc Meyers教授介紹道：“大自然的鬼斧神工創造了各種各樣神奇的材料或結構，我們課題組所做的就是基于對天然生物材料結構和性能之間關系的理解，研發比現有人造材料性能更加優良的材料。”

Meyers教授和他的團隊主要研究人類頭發在納米水平的結構以及頭發在不同機械條件下的表現，尤其是在被拉伸或做其他變形的時候。研究團隊檢測了人類頭發的兩個主要組成部分的性能：一個是皮質，由微小的平行纖維組成，而每個纖維由成千上萬的螺旋連接的α螺旋鏈分子組成；另一個是有著無定型結構的基質。

研究團隊發現當頭發被拉長時，α螺旋鏈會解旋轉換為折疊片層結構，從而使頭發能夠承受較大的拉力而不斷裂。而之后頭發會不會恢復原形，這就取決于拉力的大小了。當拉力大于某一臨界值后再繼續拉伸，會使頭發的變形不可逆。研究人員還發現拉伸的速度也會產生影響，拉伸的速度越快，頭發就能承受越大的拉力。Meyers教授解釋道：“試聯想像蜂蜜那樣的高黏度物質，如果你快速攪拌它，會受到非常大的阻力；但是如果你慢慢地攪拌，它就會很容易流動。”

科學家們還研究了頭發在不同的溫度和濕度下的表現。研究結果顯示在較高的濕度下頭發能承受高達70%到80%的變形，明顯高于干燥頭發能夠承受的50%變形。這是因為，水通過進入基質，打破連接微小平行纖維的硫鍵，可以達到軟化的效果。不過，溫度并不是越高越好，當溫度超過60℃(140° F)時，頭發會出現永久性的損傷，在較低的壓力和拉力下就會快速斷裂。

目前研究團隊就水對人類頭發特性的影響開展了進一步的研究，將調查清洗頭發能夠使頭發恢復原有形狀的詳細機制。研究結果將有助于開發新型防彈衣，同時也有助于化妝品公司生產高級護發產品。

原文鏈接：Material scientists untangle secrets of strong human hair

文獻鏈接：Structure and mechanical behavior of human hair

本文由材料人編輯部丁菲菲提供素材，孟令曉編譯，點我加入材料人編輯部。

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