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为何剃须刀用久了就会钝？MIT用高倍显微镜拍了慢动作视频

互推小编
 

澎湃新闻记者 王心馨 实习生 何青怡

生活中，剃须刀用久了，会变钝，不再锋利。剃须刀的刀片通常是用不锈钢制成的，这是一种硬度很高的材料，而人的毛发比不锈钢柔软近50倍。为什么如此柔软的毛发能使刀片变钝，有什么办法能让剃须刀变得更耐用吗？

近日，来自麻省理工学院（MIT）的研究团队就给出了上述问题的答案。他们在研究中发现，刀片变钝不仅是因为切割毛发后磨损，更是因为在切割时刀片边缘出现了裂痕，随着裂痕数量的增加，刀片的边缘就会逐渐变钝。如果刀片的微观结构更均匀，刀片就不容易产生裂痕，也就会更耐用。相关研究成果刊登在8月7日的《自然》（Science）杂志上。

“刀片在使用了很多次之后会变钝，这看上去是理所当然的事。” 论文作者之一、麻省理工学院冶金学副教授Cemal Cem Tasan说，“但是这激起了我的好奇心，我想知道‘为什么会这样’，同时我也希望能解决一个重要的工程问题。”

为了研究剃须刀的刀片为什么会变钝，论文的第一作者、麻省理工学院研究生Gianluca Roscioli每三天用剃须刀刮一次胡子，然后用显微镜观察刀片在每次使用后的变化，记录刀片随时间变化的磨损情况。

显微镜下观察到的刀片切割毛发留下裂缝的过程

一般来说，刀片变“钝”，意味着原本锋利的刀片边缘在切割毛发后变圆润了，但从研究人员的记录结果看，多次使用后刀片边缘变圆润的程度非常低。相反，刀片边缘产生的碎屑和裂痕问题更严重。“碎屑的大小约为毛发直径的1/10。” “我刮得越多，刀片上产生的碎屑也越多。”Roscioli说。

这些碎屑和裂痕是怎么形成的？ “我们看到了裂痕，但并不是到处都有这种裂痕，而是只在刀片的某些地方有。” “我们想了解，这些裂痕是在什么条件下产生的，碎屑的成分又是什么？” 论文的另一作者Cemal Cem Tasan说。

为了回答这个问题，Roscioli制造了一个小型的机械装置来模拟刮胡须的动作。这个设备由一个可移动支架和两个夹子组成，两个夹子分别用来固定剃须刀和头发。这个装置还可以安装在电子显微镜内部，拍摄刀片切割头发的高清图像。

使用机械装置测量刀片切割时受到的压力

通过改变头发的直径、切入角度和切入深度，研究人员分析发现，无论头发的粗细如何，刀片边缘都会出现裂痕，但如果刀片是垂直切割头发的，碎屑和裂痕就不会出现。

为了进一步探究碎屑形成的条件，研究人员使用了计算仿真技术模拟刀片切割毛发的过程。结果发现，有三种情况会使不锈钢刀片产生裂痕：刀片切割毛发时的角度非垂直、刀片的结构不均匀、切割时毛发边缘接触刀片边缘的结构不均匀。

切割角度（左）、材料结构均匀度（中）、毛发与不均匀点的位置变化（右）对裂缝大小的影响（从上至下依次增加）

Tasan认为，这三种形成条件说明了一种名为“压力增强”（stress intensification）的机制。简单来说，一旦材料出现裂痕，那么施加在这个材料上的压力作用就会被放大。如果材料的微观结构不均匀，那么一旦出现了第一个裂痕，更多的裂痕就会聚集在初始裂痕周围，刀片就会很快变钝。

“我们的模拟解释了材料结构不均匀是如何增加施加在材料上的压力，并使裂缝扩展的，即使压力是由像头发一样柔软的材料施加的。” Tasan说。

这一发现将有望提高刀片的耐用性。“我们发现了形成裂缝的主要原因，这使我们能够确定一种新的加工方式，从而使刀片的使用寿命更长。”“基本想法是减少材料结构的不均匀性，同时保持高硬度。”研究人员表示。

目前，研究人员已经申请了一项临时专利，内容为将钢结构加工得更均匀的工艺，这项专利将帮助其制造更耐用，更耐裂痕的刀片。

责任编辑：李跃群

校对：刘威

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