美媒:科学家试图模拟毛发结构制造超强纤维

                      2019-12-29 06:36:01 参考消息网

                      参考消息网12月29日报道 美媒称,科学家正试图利用3D打印技术模拟毛发的复杂结构,以制造各种坚固的材料。

                      据《科学美国人》月刊网站12月24日报道,所有哺乳动物都有毛发——家猫或树袋熊身上的毛发通常被称为毛皮。而单根毛发的粗细则因物种不同而存在差异。例如,大象毛发的粗细是成年人类毛发的4倍多。

                      加利福尼亚大学圣迭戈分校材料科学家杨文(音)说:“通常情况下,当动物的体型较大时,毛发倾向于更粗一些。”她对于像头发这样的生物结构如何承受压力产生了兴趣。这种兴趣来自于设计出更出色的合成材料的愿望。

                      杨文的研究团队测试了包括人类在内的8种哺乳动物毛发的抗拉强度。他们让这些毛发承受不断增大的拉力直至它们发生断裂。研究人员曾以为粗一些的毛发——例如长颈鹿、大象和野猪的毛发——会更加结实。但他们错了。杨文说:“有趣的是,我们发现细的毛发反而更加结实。”

                      事实上,成年人类的毛发差不多是这项研究中最坚固的毛发。而儿童头发——即这项研究所测试的最细的毛发——甚至更加牢固。

                      杨文的团队用扫描电子显微镜仔细对头发进行了进一步的检查。所有毛发都是由角蛋白构成的。显微镜观察揭示了角蛋白纤维有特有的破碎模式。角蛋白纤维是由其保护作用的外角质层和提供强度的内皮层组成的。

                      显微镜图像显示,较粗毛发的皮层在破碎时倾向于折断,从而留下干脆、平整的断面。但细一些的毛发的内皮层破裂时的断面则不那么平整。杨文把这一过程比作强风吹倒树木时所发生的情形。在那种情形下,树干倾向于沿某个角度被斜向剪切。这种断裂形式是力量的迹象——事实上,比起整齐的断面,造成斜向剪切需要更大的张力。研究人员发现,区分这两种断裂形式的厚度临界值大约为200微米——这一数值大约是人类毛发厚度的2.5倍。

                      这项研究发表在学术期刊《材料》杂志上。

                      杨文现在正试图利用3D打印技术在实验室中模拟毛发的复杂结构。一旦这项技术经完善可以达到纳米级别,这些人造纤维就可以用来制造各种坚固的材料,以便用于建筑甚至救援行动——例如几乎牢不可破的绳索。(编译/曹卫国)