粗毛细毛哪个强？你的毛发可比大象强多了

掉落的头发不要扔，扎个麻花辫，可以吊起大卡车。

作者 | 林强 上海交通大学机械工程

绝大部分的动物身上都有毛发，人有头发、汗毛、胡须，猴子有体毛，绵羊有羊毛。不同动物的毛发粗细不同，同种动物的成年和幼年个体毛发粗细也不一样。

但毛发强度和粗细是啥关系？最近，科学家们做了一个实验，结果有点意外。

人类毛发在哺乳动物中算是比较细的（直径约0.06毫米），长颈鹿和大象的毛发就比较粗了。美国加州大学的科学家们收集了不同动物的毛发，并对其强度进行了研究。

他们惊奇地发现，随着毛发直径的增加，毛发的强度却变小了，也就是毛发越粗强度越差。大象的毛发虽然比人类的头发粗六七倍，强度却只有人类一半。

该研究发表在12月的《物质》杂志上。

天然毛发竟然越细越强

在材料学中，我们通常用强度来衡量一种材料的抗拉/抗压性能，它表示材料在单位横截面积下所能稳定承载的最大力，是材料的固有特性，与尺寸无关。

比如，我们用手拉一根同样粗细的钢丝和土豆丝，使同样的力，土豆丝先断了钢丝没断。就可以认为，钢丝的抗拉强度比土豆丝大。

 根据该标准，研究人员发现人类的头发强度很大，甚至与钢铁相当！

计算表明，500~1000根头发就能承载一个成人的重量。而正常人头上有将近10万根头发，加在一起可以承重5吨，足以吊起一辆大卡车！

即便在日常生活中，我们也很容易发现，拔头发都是连根拔起，很少从中间断掉，这说明人类的头发确实很强。如果将人的所有头发绑在一起用力拽，恐怕头皮掀掉头发也不会断。

毛发强度啥决定？皮质层占绝对主导

微观来看，毛发的结构都是多层次的。比如人类头发，就包含了角质层、髓质层、皮质层、微纤维蛋白、原纤维蛋白、多肽链等。

其中角质层又称表皮层，从发根到发尾如鱼鳞状排列，遇温水或碱时会膨胀。它帮助头发抵抗外来物理伤害，约占头发总重的5～15%。 

皮质层在表皮层内侧，由蛋白细胞和色素细胞构成，是头发的主体，约占头发总成分80%。它含有纤维状的皮质细胞，使头发具有弹性和韧性。头发的物理和化学作用（比如断裂、烫卷）都归于这一层。

 髓质层在毛发的中心处，仅占头发0～5%，主要起支撑头发的作用，对发质影响较小。

 在所有层结构中，对动物毛发的强度起决定作用的就是皮质层了。外面的角质层只是保证头发完整。

研究发现，当对较细的毛发（直径小于0.2mm）进行拉伸时，其皮质层内部的纤维主要以相互剪切滑移的方式破损，——这种方式通常能承载更大外力；而当毛发较粗时，皮质层内部主要发生垂直断裂，只能承受较小外力。

科学家认为，这种差异是由毛发中的缺陷相对于毛发的大小而引起的。由于毛发中的细胞排列并不完美（有缺陷），当毛发较细时，缺陷相对于毛发直径的尺寸较大，就容易发生剪切滑移；而当毛发较粗时，缺陷相对于毛发的尺寸较小，从而更倾向于发生垂直断裂。这就是为什么毛发越粗强度越差了。

一个插曲：野猪是朵奇葩

在本次测试的所有毛发中，绝大多数都是越细越强。但凡事都有例外，野猪就是朵奇葩。研究发现，野猪的毛发与大象粗细相当，但强度却不到其一半，因为它的毛发比较特殊，可能是为了方便人类吃的时候容易刮毛，里面普遍存在很多孔隙，从而大大降低了抗拉性能。

天然毛发强度突出，是仿生的好材料

科学家们为什么要折腾毛发？也是为了应用需要。

大部分动物毛发的皮质层具有高强度的蛋白纤维，使其拥有与金属相当的抗拉性能。如果能仿照天然毛发的成分和结构，制造出足够强度的合成材料，就有望在无毒无害、生物性稳定的场景下代替金属，这在生物医学中有广阔前景。 

此外，科学家们还发现，黑素体也会让毛发更强韧，因此深色头发（如黑发）比浅色头发（如白发）强度更大。这也是高强度合成材料的一个研究方向。

所以，你知道了吧？乌黑的秀发有多重要

 （责编 高佩雯）

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