揭示头发的奥秘：可制作新型防弹衣

材料牛注：对于善于从自然界中寻找灵感的材料科学家来说，一缕头发比起其他神奇的事物看起来似乎算不上什么。但是你知道吗？理论上讲一头秀发能拉起两头大象，还可以用来制作新型防弹衣呢！

别小看区区一缕头发，它的比强度（强度-重量比）其实非常大，而且一根头发的延伸率能够达到50%以上。我们的头发可是有着独一无二的开发潜力呢，或许以后可以应用于制作未来防弹衣的新材料。在一项新研究中，加州大学圣地亚哥分校的科学家们对于人类头发超常强韧且不易断裂的关键机制进行了深入探索。

这项研究的第一作者，加州大学圣地亚哥分校机械工程系的Marc Meyers教授介绍道：“大自然的鬼斧神工创造了各种各样神奇的材料或结构，我们课题组所做的就是基于对天然生物材料结构和性能之间关系的理解，研发比现有人造材料性能更加优良的材料。”

Meyers教授和他的团队主要研究人类头发在纳米水平的结构以及头发在不同机械条件下的表现，尤其是在被拉伸或做其他变形的时候。研究团队检测了人类头发的两个主要组成部分的性能：一个是皮质，由微小的平行纤维组成，而每个纤维由成千上万的螺旋连接的α螺旋链分子组成；另一个是有着无定型结构的基质。

研究团队发现当头发被拉长时，α螺旋链会解旋转换为折叠片层结构，从而使头发能够承受较大的拉力而不断裂。而之后头发会不会恢复原形，这就取决于拉力的大小了。当拉力大于某一临界值后再继续拉伸，会使头发的变形不可逆。研究人员还发现拉伸的速度也会产生影响，拉伸的速度越快，头发就能承受越大的拉力。Meyers教授解释道：“试联想像蜂蜜那样的高黏度物质，如果你快速搅拌它，会受到非常大的阻力；但是如果你慢慢地搅拌，它就会很容易流动。”

科学家们还研究了头发在不同的温度和湿度下的表现。研究结果显示在较高的湿度下头发能承受高达70%到80%的变形，明显高于干燥头发能够承受的50%变形。这是因为，水通过进入基质，打破连接微小平行纤维的硫键，可以达到软化的效果。不过，温度并不是越高越好，当温度超过60℃(140° F)时，头发会出现永久性的损伤，在较低的压力和拉力下就会快速断裂。

目前研究团队就水对人类头发特性的影响开展了进一步的研究，将调查清洗头发能够使头发恢复原有形状的详细机制。研究结果将有助于开发新型防弹衣，同时也有助于化妆品公司生产高级护发产品。

原文链接：Material scientists untangle secrets of strong human hair

文献链接：Structure and mechanical behavior of human hair

本文由材料人编辑部丁菲菲提供素材，孟令晓编译，点我加入材料人编辑部。

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