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奥讯球探网 足球指数:科學美國人(翻譯):超強纖維可能產生多毛困擾 2019.12.19

Superstrong Fibers Could Be Hairy Situation

超強纖維可能產生多毛困擾

All mammals have hair—commonly called fur when it’s on your cat or a koala. And the thickness of individual hairs varies from species to species. For example, elephant hairs are more than four times thicker than a strand from an adult human.“Normally, when the animal is larger, the hair tends to be thicker.” 

所有的哺乳動物都有毛發,通常是你的貓或考拉身上的毛發。不同物種的毛的厚度也不同。例如,大象的頭發比成年人的頭發粗四倍多?!巴ǔ?,動物越大,毛發越厚?!?/p>

University of California, San Diego, materials scientist Wen Yang. She’s interested in how biological structures like hair hold up under stress. That interest comes from a desire to design better synthetic materials.

加州大學圣地亞哥分校材料科學家溫陽。她對像頭發這樣的生物結構在壓力下如何保持感興趣。這種興趣來自于設計更好的合成材料的愿望。

Yang’s team tested the tensile strength of hair from eight different mammal species, including humans. They subjected those hairs to increasing levels of tension until the fibers broke. The researchers assumed that thick hair—from giraffes, elephants and boars, for example, would be more robust. But they were wrong.

楊的團隊測試了包括人類在內的8種哺乳動物的頭發的抗拉強度。他們讓這些毛發承受越來越大的張力,直到纖維斷裂。例如,研究人員假設長頸鹿、大象和公豬的濃密毛發會更粗壯。但他們錯了。

“Interestingly, we find the thinner hair, actually, is stronger.”In fact, adult human hair was some of the strongest in the study. And children’s hair—the thinnest of all—was even more durable.

“有趣的是,我們發現頭發越細,力量越大。事實上,成人的頭發是研究中最濃密的。兒童的頭發——最薄的——甚至更耐久。

Yang’s team took a closer look at the hair with a scanning electron microscope. All hair is made of the protein keratin. The microscope views revealed specific patterns of breakage in the keratin fibers, which are composed of a protective outer cuticle and an inner cortex that provides strength.

The microscope images showed that the cortex of thicker hair tends to snap when broken, leaving a clean, even break. But the inner cortex of thinner hair breaks off less evenly. Yang compares the process to what happens when a powerful gust of wind blows a tree down. In those cases, the trunk tends to shear at an angle. And that kind of break is a sign of strength—it actually takes more tension to cause shearing than a clean break.

楊的團隊用掃描電子顯微鏡仔細觀察了頭發。所有的頭發都是由角蛋白組成的。顯微鏡下觀察到角蛋白纖維的特殊斷裂模式,它是由一個?;ば緣耐獗砥ず鴕桓鎏峁┝α康哪諂げ闋槌傻?。顯微鏡下的圖像顯示,較厚的頭發皮層在斷裂時容易斷裂,留下干凈的、甚至是斷裂的頭發。但頭發較薄的內皮層分裂得不均勻。楊將這一過程比作強風吹倒一棵樹。在這些情況下,樹干傾向于剪成一個角度。這種斷裂是強度的一種標志,實際上,造成剪切需要比完全斷裂更大的張力。

The researchers found that the cutoff point between these two types of breakage was about 200 micrometers—about two and a half times thicker than human hair.The study is in the journal Matter. [Wen Yang et al.,On the strength of hair across species]

研究人員發現,這兩種類型的斷裂的截止點大約是200微米——大約是人類頭發的2.5倍厚。這項研究發表在《Matter》雜志上。

Yang is now attempting to mimic the complex structure of hair in the lab with 3-D printing. Once the technology is perfected down to the nanoscale, these artificial fibers could be used to create a variety of strong materials for use in construction or even rescue operations—such as nearly indestructible ropes.

楊現在正嘗試用3d打印技術在實驗室里模擬頭發的復雜結構。一旦這項技術發展到納米級別,這些人造纖維就可以用來制造各種堅固的材料,用于建筑甚至救援行動,比如幾乎不可摧毀的繩索。

Until then, we’ll just have to be content with the knowledge that fewer than 1,000 human hairs can support an entire person’s weight. Think of all the strength that’s left on the hair salon floor.

在那之前,我們只能滿足于這樣一個事實:不到1000根頭發就能支撐一個人的體重。想想發廊地板上剩下的力量。

—Susanne Bard

—來自Susanne Bard

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