Волосы могут стать основой для новых прочных материалов

18.01.2017, 01:45 Наука

Инженеры Университета Калифорнии (Сан-Диего) решили выяснить, почему волосы невероятно прочные и устойчивы к разрушению. Полученные результаты могут привести к разработке новых материалов для бронежилетов и помогут производителям косметики создавать лучшие продукты по уходу за волосами.

Ведущий автор Yang (Daniel) Yu говорит, что волосы имеют отношение прочности к весу, сопоставимое со сталью. Они могут быть растянуты до полутора раз от своей первоначальной длины. Yang (Daniel) Yu сказал: «Мы хотели понять механизм этой экстраординарного собственности. Природа создает множество интересных материалов и архитектур очень изобретательными способами. Мы заинтересованы в понимании взаимосвязи между структурой и свойствами биологических материалов для разработки синтетических материалов и конструкций».

В новых экспериментах, ученые обнаружили, что прядь волос ведет себя по-разному, в зависимости от того, быстро или медленно она растягивается. Чем быстрее волосы растягиваются, тем они сильнее. Эксперты говорят, что волосы состоят из двух основных частей — коры из параллельных волокон, и матрица, которая имеет аморфную структуру. Матрица чувствительна к скорости, с которой волосы деформируются. Сочетание этих двух компонентов дает волосам способность выдерживать высокие нагрузки и напряжения.

Когда волос растягивается, его структура изменяется определенным образом. На наноуровне, кора, состоящая из тысяч спиралевидных молекул, называемых альфа-спирали, изменяется. Когда волосы деформируются, альфа-спирали цепи разматываются и это структурное изменение позволяет волосам выдерживать значительную величину деформации без разрушения. Такое структурное преобразование является частично обратимым. «Это первый раз, когда доказательство этой трансформации было обнаружено», говорят авторы. Ван сейчас в Шэньчжэне института передовых технологий в Китае продолжающихся исследований по волосам.

Ученые провели тесты на растяжение на волосах при разных уровнях влажности и температуры. При более высоких уровнях влажности, волосы могут выдержать до 70-80 процентов деформации до разрыва. Вода по существу «смягчает» волосы — она входит в матрицу и разрывает связи серы, связывающие нити внутри пряди волос. Исследователи также обнаружили, что волосы начинают подвергаться необратимому повреждению при 60 градусах Цельсия. За пределами этой температуры, волосы быстрее ломаются при более низких напряжениях и деформациях.