В статье, опубликованной в журнале Matter, ученые привели результаты исследований того, как именно происходит повреждение волоса и как оно влияет на их прочность.
Эксперименты показали, что тонкие волосы ломаются иначе, чем толстые.
Янг и ее команда собрали образцы волос восьми различных млекопитающих, включая людей, медведей, кабанов, лошадей, капибар, пекари, жирафов и слонов.
Волосы различались по толщине: человеческие волосы имели диаметр всего 80 мкм, а волосы слонов и жирафов – более 350 мкм.
Исследователи прикрепили отдельные пряди волос к аппарату, который постепенно растягивал их, доводя до разрыва. Обнаружилось, что тонкие волосы могут выдерживать большее напряжение, по сравнению с густыми волосами. Например, тонкие волосы ребенка были сильнее, чем густые волосы взрослого человека.
При этом имел значение и вид среза. Так, волосы диаметром более 200 мкм ломались в нормальном срезе, напоминающем такой, который образуется при разламывании банана на две части. Волосы тоньше 200 мкм, такие как волосы людей, лошадей и медведей, повреждались под углом, напоминая ветку дерева, которая ломается из-за сильного ветра.
Различия объяснялись тем, что структурные элементы в разных волосках взаимодействовали по-разному.
Исследователи полагают, что их результаты могут помочь ученым в разработке синтетических материалов. Эксперименты в этой области только начинаются. По словам Янг и команды, современные технологии еще далеки от того, чтобы воспроизвести структуру натуральных волоса.
Предыдущие исследования показали, что человеческие волосы имеют прочность, сравнимую с таковой у стали, с поправкой на плотность. Она обусловлена иерархической структурой волоса: человеческий волос состоит из наружного слоя, называемого кутикулой, который обволакивает внутреннюю структуру, состоящую из множества мелких волокон, связанных химическими связями. Внутри каждого волокна есть еще более мелкие волокна. Такой дизайн позволяет волосам, которые состоят из белка, оставаться устойчивыми к деформации.
466
Комментарии