Новости

Изучение свойств человеческих волос пригодится при создании бронежилетов

В недавнем исследовании учёные из Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California San Diego) изучали, почему волосы столь невероятно крепки и устойчивы к разрушению (или повреждению). Новые данные могут привести к разработке материалов для бронежилетов и помочь производителям косметики создавать улучшенные продукты по уходу за волосами.
Волосы обладают соотношением прочности и веса, сравнимым с таковым у стали. Их также можно растянуть до полутора раз от первоначальной длины, прежде чем они "сломаются".
"Мы хотели понять механизм, который стоит за такой необыкновенной способностью", — говорит автор исследования наноинженер Ян (Дэниэль) Юй (Yang (Daniel) Yu) из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
"Природа создаёт разнообразные интересные материалы и строения самыми разными изощрёнными способами. Нам стало интересно понять взаимосвязь между структурой и свойствами биологических материалов для разработки искусственных материалов и конструкций.
Причём последние должны быть основаны на природных аналогах, которые имеют более высокую производительность, чем существующие", — говорит ведущий автор статьи профессор механической инженерии Марк Майерс (Marc Meyers) из Инженерной школы Якобса при Калифорнийском университете.
Специалисты изучали на наноразмерном уровне, как прядь человеческих волос ведёт себя при растяжении и деформации. Выяснилось, что поведение зависит от того, насколько быстро или же медленно волос растягивается. При более быстром растяжении он становится более прочным на разрыв. "Можно сравнить это с вязкой субстанцией – мёдом. Если деформировать его слишком быстро, то он станет жёстким, а при более медленном воздействии мёд легко льётся", — говорит Майерс.
Сам волос состоит из двух основных частей: коры, которая сочленена из параллельных волокон, и матрицы, которая обладает случайной структурой. Матрица чувствительна к скорости, при которой волосы деформируется, а кора – нет. Сочетание этих двух компонентов, поясняет Юй, и придаёт волосам способность выдерживать высокие напряжения и деформации.
Как установили учёные, во время растяжения волоса его структура изменялась определённым образом. Дело в том, что на наноуровне фибриллы коры волоса состоят из тысячи свёрнутых спиральных цепей молекул, называемых альфа-спиралями. Когда волосы деформируются, альфа-спираль "расправляется" и становится плиссированной листовой структурой — бета-листом. Такое структурное изменение позволяет волосам выдерживать большие деформации без разрушения.
При этом подобная структурная трансформация является частично обратимой. При растяжении волоса на небольшую длину, он может восстановить свою первоначальную форму, но, если продолжить, структурные преобразования становится необратимыми. По словам Юя, такие данные о трансформации волоса были выявлены впервые.
Исследовательская группа также провела эксперименты по растяжению волос при различных уровнях влажности и температуры. Выяснилось, что при более высоких уровнях влажности, волос может выдержать растяжение на 70-80 процентов до разрыва. Вода существенно "смягчает" волосы. Она практически входит в матрицу и разрывает серные связи, соединяющие нити внутри волос.
Исследователи также обнаружили, что волосы начинают подвергаться постоянному повреждению при температуре 60 градусов по Цельсию. При превышении этой температуры волос ломается быстрее при более низких напряжениях и растяжениях.
Сейчас учёные проводят дальнейшие исследования по воздействию воды на свойства человеческих волос. Затем будет детально рассмотрен механизм, как мытьё волос заставляет их вернуться к своей первоначальной форме.
Исследование об изучении прочности волос опубликовано в журнале Materials Science and Engineering C.
Читайте также
Античный драматург Софокл — прадедушка фотографии и кино?
Античный драматург Софокл — прадедушка фотографии и кино?
Почему в античности не додумались создать фотоаппарат?
«Филиал ада»: возможна ли жизнь на Венере, и если да, то какая?
«Филиал ада»: возможна ли жизнь на Венере, и если да, то какая?
На Венере обнаружен газ фосфин. Многие сочли это признаком жизни. Ликуем?
Если долго сидеть вредно, может, лучше работать лежа?
Если долго сидеть вредно, может, лучше работать лежа?
Работать в гамаке или мягком кресле полезнее, чем в положении сидя?