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柔软的头发如何令最锋利的钢质刀片变形

Peer-Reviewed Publication

American Association for the Advancement of Science (AAAS)

为什么钢质剃刀的边缘会因切割较软物质而变钝?导致这种现象的微观力学条件已通过一系列“逼真的剃削”实验而得以揭示;这些实验的发现提示了改进当前刀刃技术的方法,以期延长市售一次性剃须刀的使用寿命,并因此减轻其造成的环污负担。这是一种屡见不鲜的现象:经过几次短暂的剃刮后,最锋利的钢质剃须刀会很快变钝。在切削番茄和土豆后,磨得最锋利的主厨菜刀的回火锻造的刀刃会变得几乎无法使用。然而,钢刀为何在切割诸如毛发等显著较软物质(钢比这些物质要硬50多倍)后失去其锋利的刀刃仍然鲜为人知。虽然锋锐边缘钝化的原因通常被假定为由基本的磨损机制(例如边缘的锉圆或钢刀变脆及硬质涂层的开裂)所致,但这些解释并不能说明钢与钢所要切割材料间相互作用的结构复杂性的基础,也无法说明其共同变形的动态改变。Gianluca Roscioli和同事用马氏体不锈钢刀片(即那些典型的标准市售一次性安全剃刀芯)和人发进行了一系列切割实验和“原位”电子显微镜检查以观察逼真剃刮情况下刀片磨损的演变。Roscioli等人发现,由于毛发弯曲、刀片边缘微观结构的变化以及这些变化相对于被剃毛发位置所致的切割角度的差异全都会协同导致刀片边缘失锐。这些发现提示,可以通过在刀刃处采用更均质的微观结构(如用纳米构造的合金)来改善切削刀片的设计。

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