人们往往以为粗大健壮的毛发会更坚韧，而一项研讨标明，细毛发反而会比粗毛发更具有耐性 —— 比人类毛发粗四倍的大象毛发，强度只要人类毛发的一半，而这与它们的开裂形式相关。
图中展现了当人类毛发发作开裂时皮质层中的蛋白质纤维分层状况，标明其开裂形式为剪切开裂。图片来自：Wen Yang
来历：Cell Press
翻译：页一
审校/修改 李光昭
研讨人员经过多种不同哺乳动物进行了关于毛发强度的研讨，他们发现，尽管大象的毛发直径到达人类毛发的四倍，强度却只要人类毛发的一半。研讨标明，由于毛发的开裂形式不同，细毛发比粗毛发更强韧。这一成果于 12 月 11 日宣布在《物质》（Matter）杂志上。
该论文的榜首作者杨文（Wen Yang），是加州大学圣地亚哥分校（University of California, San Diego）纳米工程的研讨员，她标明：“咱们对这个成果感到十分惊奇 —— 从直觉动身，咱们会以为粗的毛发更强韧。自然界中的物质经过了数千年的进化，现已开展到了十分老练的状况。咱们咱们都希望向大自然学习，开发出具有类似功能的组成产品。”
之前的研讨中标明，在调整密度后，人类毛发的强度可与钢铁比美，这要归功于它的分层结构：人类的毛发由一层角质层包裹着内部的皮质层组成。皮质层由化学键相连的许多细微纤维组成，而每根纤维，由愈加细微的纤维丝组成。这一结构特色，使由蛋白质组成的毛发具有反抗变形的才能。
杨和她的团队，包含来自加州大学圣地亚哥分校和加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）的迈耶斯（Meyers）团队和里奇Ritchie）团队的研讨人员们，都很猎奇其它动物的毛发，是否也具有类似的特征。他们收集了8种不同哺乳动物的毛发样本——别离来自于人类、熊、野猪、马、水豚、西貒（美洲的一种野猪）、长颈鹿和大象。这些毛发的粗细各不相同：人类毛发的直径只要 80 μm，而大象和长颈鹿毛发的直径超越 350 μm。
研讨人员将每根毛发绑在特定的机器上，这一机器会逐步将毛发拉伸直至开裂。令他们惊奇的是，与较粗的毛发比较，较细的毛发能够接受更大的拉力。这一规则也适用于同一物种间的不同毛发。例如，来自儿童的较细的毛发比来自成人的较粗的毛发更强韧。
研讨团队经过扫描电子显微镜对开裂的毛发的研讨，发现大多数毛发，尽管结构类似，但开裂形式不尽相同。当发作开裂时，直径大于 200 μm 的毛发，例如野猪、长颈鹿和大象的毛发，倾向于正常的开裂形式（脆性开裂），类似于香蕉从中间断开那样裂开；而直径小于 200 μm 的毛发，如人类、马和熊的毛发，则为剪切开裂形式。剪切开裂是不均匀的，类似于树枝在暴风雨中被折断相同。不同毛发中的结构元素相互效果方法的不同，造成了不同的开裂形式 。
杨文说道：“剪切开裂是指由于压力效果，在资料内部构成锯齿形的小裂缝。这些裂缝会持续延伸，而关于一些生物资料来说，在小裂缝终究聚集成大裂缝之前，资料不会彻底开裂。假如一种资料会发作剪切开裂，这在某种程度上预示着它能够接受住更大的拉力，因而会比发作正常开裂的资料愈加坚韧。”
该论文的一起作者、加州大学伯克利分校的罗伯特·里奇（Robert Ritchie）指出：“粗的资料比细的资料更软弱的概念并不稀有，咱们在研讨金属线材等脆性资料时就发现了这一现象。这其实便是一个概率问题，资料越大，缺点呈现的可能性就越高。尽管在毛发中发现这种规则有点令人惊奇，由于它不归于脆性资料，但咱们咱们都以为发作这一现象的原因是相同的。”
研讨人员信任他们的发现能够在必定程度上协助科学家们规划出更好的组成资料。但杨文也标明，现下团队仿生资料的制作，仍处于起步阶段，现在的技能还不能创造出像毛发相同精密，具有杂乱层次结构的资料。
杨文以为：“咱们在组成资料的过程中面临着许多应战，许多难题还未霸占：从怎么制作极端细小的资料，到怎么仿制天然毛发中每层之间的衔接方法。但假如咱们能终究创造出像毛发那样有层次结构的金属，就能够取得十分坚韧的资料，将来能够用作救生绳和建筑资料。”
论文信息
【标题】On the Strength of Hair across Species
【作者】Wen Yang, Yang Yu, Robert O. Ritchie, Marc A. Meyers
【期刊】Matter
【时刻】11 December 2019
【链接】
https:///matter/fulltext/S2590-2385(19)30234-6
【摘要】
The hair of mammals varies in diameter across species from 60 μm in humans to over 400 μm in giraffes and elephants. Here, we establish that the tensile strength of hair generally decreases with increasing diameter. Although there is a commonality in the morphology of the hair in such differing species as they all possess a cortex surrounded by cuticles, there are also significant differences in the hierarchical structure that contribute to the observed differences in strength. In this work, the internal structure of the hair from different species is examined, with some unique peculiarities in javelina and capybara hair uncovered. The dimensional dependence of hair strength is compared using Weibull predictions. The good correlation of the strength of hair using such Weibull analysis suggests that the failure strength is dictated by the probability distribution of flaws within the cortex.
