掉落的頭發(fā)不要扔，扎個麻花辮，可以吊起大卡車。

作者 | 林強 上海交通大學機械工程

絕大部分的動物身上都有毛發(fā)，人有頭發(fā)、汗毛、胡須，猴子有體毛，綿羊有羊毛。不同動物的毛發(fā)粗細不同，同種動物的成年和幼年個體毛發(fā)粗細也不一樣。

但毛發(fā)強度和粗細是啥關系？最近，科學家們做了一個實驗，結果有點意外。

人類毛發(fā)在哺乳動物中算是比較細的（直徑約0.06毫米），長頸鹿和大象的毛發(fā)就比較粗了。美國加州大學的科學家們收集了不同動物的毛發(fā)，并對其強度進行了研究。

他們驚奇地發(fā)現(xiàn)，隨著毛發(fā)直徑的增加，毛發(fā)的強度卻變小了，也就是毛發(fā)越粗強度越差。大象的毛發(fā)雖然比人類的頭發(fā)粗六七倍，強度卻只有人類一半。

該研究發(fā)表在12月的《物質》雜志上。

天然毛發(fā)竟然越細越強

在材料學中，我們通常用強度來衡量一種材料的抗拉/抗壓性能，它表示材料在單位橫截面積下所能穩(wěn)定承載的最大力，是材料的固有特性，與尺寸無關。

比如，我們用手拉一根同樣粗細的鋼絲和土豆絲，使同樣的力，土豆絲先斷了鋼絲沒斷。就可以認為，鋼絲的抗拉強度比土豆絲大。

?根據(jù)該標準，研究人員發(fā)現(xiàn)人類的頭發(fā)強度很大，甚至與鋼鐵相當！

計算表明，500~1000根頭發(fā)就能承載一個成人的重量。而正常人頭上有將近10萬根頭發(fā)，加在一起可以承重5噸，足以吊起一輛大卡車！

即便在日常生活中，我們也很容易發(fā)現(xiàn)，拔頭發(fā)都是連根拔起，很少從中間斷掉，這說明人類的頭發(fā)確實很強。如果將人的所有頭發(fā)綁在一起用力拽，恐怕頭皮掀掉頭發(fā)也不會斷。

毛發(fā)強度啥決定？皮質層占絕對主導

微觀來看，毛發(fā)的結構都是多層次的。比如人類頭發(fā)，就包含了角質層、髓質層、皮質層、微纖維蛋白、原纖維蛋白、多肽鏈等。

其中角質層又稱表皮層，從發(fā)根到發(fā)尾如魚鱗狀排列，遇溫水或堿時會膨脹。它幫助頭發(fā)抵抗外來物理傷害，約占頭發(fā)總重的5～15%。?

皮質層在表皮層內(nèi)側，由蛋白細胞和色素細胞構成，是頭發(fā)的主體，約占頭發(fā)總成分80%。它含有纖維狀的皮質細胞，使頭發(fā)具有彈性和韌性。頭發(fā)的物理和化學作用（比如斷裂、燙卷）都歸于這一層。

?髓質層在毛發(fā)的中心處，僅占頭發(fā)0～5%，主要起支撐頭發(fā)的作用，對發(fā)質影響較小。

?在所有層結構中，對動物毛發(fā)的強度起決定作用的就是皮質層了。外面的角質層只是保證頭發(fā)完整。

研究發(fā)現(xiàn)，當對較細的毛發(fā)（直徑小于0.2mm）進行拉伸時，其皮質層內(nèi)部的纖維主要以相互剪切滑移的方式破損，——這種方式通常能承載更大外力；而當毛發(fā)較粗時，皮質層內(nèi)部主要發(fā)生垂直斷裂，只能承受較小外力。

科學家認為，這種差異是由毛發(fā)中的缺陷相對于毛發(fā)的大小而引起的。由于毛發(fā)中的細胞排列并不完美（有缺陷），當毛發(fā)較細時，缺陷相對于毛發(fā)直徑的尺寸較大，就容易發(fā)生剪切滑移；而當毛發(fā)較粗時，缺陷相對于毛發(fā)的尺寸較小，從而更傾向于發(fā)生垂直斷裂。這就是為什么毛發(fā)越粗強度越差了。

一個插曲：野豬是朵奇葩

在本次測試的所有毛發(fā)中，絕大多數(shù)都是越細越強。但凡事都有例外，野豬就是朵奇葩。研究發(fā)現(xiàn)，野豬的毛發(fā)與大象粗細相當，但強度卻不到其一半，因為它的毛發(fā)比較特殊，可能是為了方便人類吃的時候容易刮毛，里面普遍存在很多孔隙，從而大大降低了抗拉性能。

天然毛發(fā)強度突出，是仿生的好材料

科學家們?yōu)槭裁匆垓v毛發(fā)？也是為了應用需要。

大部分動物毛發(fā)的皮質層具有高強度的蛋白纖維，使其擁有與金屬相當?shù)目估阅堋Ｈ绻芊抡?strong>天然毛發(fā)的成分和結構，制造出足夠強度的合成材料，就有望在無毒無害、生物性穩(wěn)定的場景下代替金屬，這在生物醫(yī)學中有廣闊前景。?

此外，科學家們還發(fā)現(xiàn)，黑素體也會讓毛發(fā)更強韌，因此深色頭發(fā)（如黑發(fā)）比淺色頭發(fā)（如白發(fā)）強度更大。這也是高強度合成材料的一個研究方向。

所以，你知道了吧？烏黑的秀發(fā)有多重要

?（責編 高佩雯）

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