Onderzoekers hebben vastgesteld waarom mensenhaar de rand van een scheermes kan afbreken ondanks dat haar 50 keer zachter is dan staal. Medioimages/Photodisc/Getty Images

Je hebt waarschijnlijk boven de wastafel in de badkamer of in de douche gestaan ​​en je afgevraagd:hoe kan je haar een stalen scheermesje dof maken? Haar is notoir sterk vanwege zijn dikte, maar kom op. Het is een roestvrijstalen scheermesje! Dat moet sterker zijn dan een kleine oude haarlok, Rechtsaf?

Wetenschappers hebben zich hetzelfde afgevraagd, en nu hebben we een antwoord, en dat antwoord is heterogeniteit.

De winnaar op een haar na

Haar is inderdaad zachter dan staal. Dit is u wellicht zelf al opgevallen. Het is ongeveer 50 keer zachter dan het roestvrij staal dat in scheermesjes wordt gebruikt. En toch worden de scheermesjes die we gebruiken om te scheren vrij snel bot. Een team van wetenschappers van de afdeling materiaalkunde en engineering van MIT wilde weten waarom, en hun resultaten werden op 6 augustus gepubliceerd, 2020, in het tijdschrift Science .

Onderzoeker Gianluca Roscioli scheerde zijn eigen gezichtshaar met wegwerpscheermesjes en nam ze mee naar het laboratorium om ze te onderzoeken met een scanning elektronenmicroscoop. Hij ontdekte dat de randen van het metaal niet rond waren of versleten waren, zoals je zou verwachten. Liever, ze waren aan het chippen en kraken.

Dus creëerde hij een gemechaniseerd scheerapparaat in het laboratorium voor meer gecontroleerde tests met haar van hemzelf en zijn laboratoriumgenoten. De hele machine paste in de elektronenmicroscoop. Handig.

Chip uit het oude scheermesje

Wat Roscioli en zijn co-auteurs van de studie ontdekten, was dat schilfers in de rand van het mes groter waren wanneer het haar kon buigen voordat het door het mes werd gesneden. Dus ging het team nog verder om computersimulaties te maken met meer variaties:ander haar, verschillende snijhoeken, richting van de kracht die wordt uitgeoefend en de materialen die in het blad worden gebruikt.

Ze ontdekten dat de chips onder drie voorwaarden verschenen:

• Wanneer het mes het haar onder een hoek naderde
• Toen het blad heterogeen van samenstelling was
• Toen het haar het mes op een zwak punt ontmoette

"Onze simulaties verklaren hoe heterogeniteit in een materiaal de stress op dat materiaal kan verhogen, zodat er een scheur kan groeien, ook al wordt de stress veroorzaakt door een zacht materiaal zoals haar, " zegt C. Cem Tasan, de Thomas B. King universitair hoofddocent metallurgie aan het MIT en een onderzoeker van de studie.

"Heterogeen" betekent dat het materiaal van het mes niet perfect uniform is. Er zijn microscopisch kleine onvolkomenheden waardoor er schilfers kunnen ontstaan ​​wanneer het in contact komt met een haar. En waar één chip is, er zullen meer chips zijn, wat resulteert in een bot mes.

De onderzoekers werken nu aan een meer homogene, of uniform, materiaal voor scherpere, messen die langer meegaan.

Nu dat is gespannen

Als we het hebben over de sterkte van mensenhaar, we hebben het meestal over de treksterkte. Zo ver kun je het uitrekken voordat het breekt, en het wordt gemeten in megapascals (MPa). Mensenhaar is in de buurt van 200 MPa, terwijl constructiestaal ongeveer 400 MPa is. Spinnenwebben zijn veel sterker, Hoewel, bij 1, 200 MPa. En koolstofnanobuisjes behoren tot de sterkste bekende materialen, op ongeveer 62, 000 MPa.