Прочность волос была изучена на наноуровне

Москва, 12:37, 19 Янв 2017, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

В новом исследовании, исследователи из Калифорнийского университета (США) выяснили, почему волосы становятся невероятно крепкими и устойчивыми к разрушению. Полученные результаты могут привести к разработке новых материалов для бронежилетов и помочь производителям косметики создавать отличные продукты по уходу за волосами.

Волос имеет соотношение прочности и веса, сравнимое со сталью. Он может быть растянут до полутора раз от его первоначальной длины, прежде чем разрушится.

«Природа создает разнообразие интересных материалов и архитектур, особо изощренными способами. Мы заинтересованы в понимании взаимосвязи между структурой и свойствами биологических материалов для разработки синтетических материалов и конструкций, с природной основой — которые имеют более высокую производительность, чем существующие», — сказал профессор Марк Мейерс.

Ученые исследовали на наноразмерном уровне, как прядь человеческих волос ведет себя при деформации или растяжении. Ученые обнаружили, что волос ведет себя по-разному в зависимости от того, насколько быстро или медленно он растягивается. Чем быстрее волосы растягиваются, тем они жестче. Мейерс поясняет, что волосы похожи на мед, который становится жестким при быстрой деформации и легко льется, если его деформировать медленно.

В волосе были выделены две составляющие: кора, которая состоит из параллельных волокон, и матрица, которая имеет аморфную (случайную) структуру. Матрица чувствительна к скорости, при которой волосы деформируется, а кора — нет. Сочетание этих двух компонентов придает волосам способность выдерживать высокие напряжения и деформации.

По мере растягивания волос, их структура изменяется определенным образом. На наноуровне, фибриллы в волосах состоят из тысячи свернутых спиральных цепей молекул (Альфа-спирали). Когда волосы деформируются, Альфа-спираль разматывает цепи и становится плиссированной листовой структурой (Бета-листы). Это структурное изменение позволяет волосам выдерживать большой объем деформации без разрушения.

Данная структурная трансформация является частично обратимой. Когда волос растягивается на  небольшую длину, он может восстановить свою первоначальную форму. При дальнейшем растягивании, структурные преобразования становится необратимы.

Команда ученых также провела растяжение испытания волос при различных уровнях влажности и температуры. На более высоких уровнях влажности, волос может выдержать до 70% до 80% деформации до разрыва. Вода существенно «смягчает» волосы — она 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. За пределами этой температуры, волос ломается быстрее при более низких напряжениях и деформациях.

Ученые в настоящее время проводят дальнейшие исследования по воздействию воды на свойства человеческих волос. Затем будет детально рассмотрен механизм, как мытье волос заставляет их вернуться к своей первоначальной форме.