生活中，剃須刀用久了，會(huì)變鈍，不再鋒利。剃須刀的刀片通常是用不銹鋼制成的，這是一種硬度很高的材料，而人的毛發(fā)比不銹鋼柔軟近50倍。為什么如此柔軟的毛發(fā)能使刀片變鈍，有什么辦法能讓剃須刀變得更耐用嗎？

近日，來(lái)自麻省理工學(xué)院（MIT）的研究團(tuán)隊(duì)就給出了上述問(wèn)題的答案。他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，刀片變鈍不僅是因?yàn)榍懈蠲l(fā)后磨損，更是因?yàn)樵谇懈顣r(shí)刀片邊緣出現(xiàn)了裂痕，隨著裂痕數(shù)量的增加，刀片的邊緣就會(huì)逐漸變鈍。如果刀片的微觀結(jié)構(gòu)更均勻，刀片就不容易產(chǎn)生裂痕，也就會(huì)更耐用。相關(guān)研究成果刊登在8月7日的《自然》（Science）雜志上。

“刀片在使用了很多次之后會(huì)變鈍，這看上去是理所當(dāng)然的事?！?論文作者之一、麻省理工學(xué)院冶金學(xué)副教授Cemal Cem Tasan說(shuō)，“但是這激起了我的好奇心，我想知道‘為什么會(huì)這樣’，同時(shí)我也希望能解決一個(gè)重要的工程問(wèn)題?！?/p>

為了研究剃須刀的刀片為什么會(huì)變鈍，論文的第一作者、麻省理工學(xué)院研究生Gianluca Roscioli每三天用剃須刀刮一次胡子，然后用顯微鏡觀察刀片在每次使用后的變化，記錄刀片隨時(shí)間變化的磨損情況。

顯微鏡下觀察到的刀片切割毛發(fā)留下裂縫的過(guò)程

一般來(lái)說(shuō)，刀片變“鈍”，意味著原本鋒利的刀片邊緣在切割毛發(fā)后變圓潤(rùn)了，但從研究人員的記錄結(jié)果看，多次使用后刀片邊緣變圓潤(rùn)的程度非常低。相反，刀片邊緣產(chǎn)生的碎屑和裂痕問(wèn)題更嚴(yán)重?！八樾嫉拇笮〖s為毛發(fā)直徑的1/10?！?“我刮得越多，刀片上產(chǎn)生的碎屑也越多?！盧oscioli說(shuō)。

這些碎屑和裂痕是怎么形成的？ “我們看到了裂痕，但并不是到處都有這種裂痕，而是只在刀片的某些地方有?！?“我們想了解，這些裂痕是在什么條件下產(chǎn)生的，碎屑的成分又是什么？” 論文的另一作者Cemal Cem Tasan說(shuō)。

為了回答這個(gè)問(wèn)題，Roscioli制造了一個(gè)小型的機(jī)械裝置來(lái)模擬刮胡須的動(dòng)作。這個(gè)設(shè)備由一個(gè)可移動(dòng)支架和兩個(gè)夾子組成，兩個(gè)夾子分別用來(lái)固定剃須刀和頭發(fā)。這個(gè)裝置還可以安裝在電子顯微鏡內(nèi)部，拍攝刀片切割頭發(fā)的高清圖像。

使用機(jī)械裝置測(cè)量刀片切割時(shí)受到的壓力

通過(guò)改變頭發(fā)的直徑、切入角度和切入深度，研究人員分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)論頭發(fā)的粗細(xì)如何，刀片邊緣都會(huì)出現(xiàn)裂痕，但如果刀片是垂直切割頭發(fā)的，碎屑和裂痕就不會(huì)出現(xiàn)。

為了進(jìn)一步探究碎屑形成的條件，研究人員使用了計(jì)算仿真技術(shù)模擬刀片切割毛發(fā)的過(guò)程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有三種情況會(huì)使不銹鋼刀片產(chǎn)生裂痕：刀片切割毛發(fā)時(shí)的角度非垂直、刀片的結(jié)構(gòu)不均勻、切割時(shí)毛發(fā)邊緣接觸刀片邊緣的結(jié)構(gòu)不均勻。

切割角度（左）、材料結(jié)構(gòu)均勻度（中）、毛發(fā)與不均勻點(diǎn)的位置變化（右）對(duì)裂縫大小的影響（從上至下依次增加）

Tasan認(rèn)為，這三種形成條件說(shuō)明了一種名為“壓力增強(qiáng)”（stress intensification）的機(jī)制。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，一旦材料出現(xiàn)裂痕，那么施加在這個(gè)材料上的壓力作用就會(huì)被放大。如果材料的微觀結(jié)構(gòu)不均勻，那么一旦出現(xiàn)了第一個(gè)裂痕，更多的裂痕就會(huì)聚集在初始裂痕周?chē)镀蜁?huì)很快變鈍。

“我們的模擬解釋了材料結(jié)構(gòu)不均勻是如何增加施加在材料上的壓力，并使裂縫擴(kuò)展的，即使壓力是由像頭發(fā)一樣柔軟的材料施加的。” Tasan說(shuō)。

這一發(fā)現(xiàn)將有望提高刀片的耐用性?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)了形成裂縫的主要原因，這使我們能夠確定一種新的加工方式，從而使刀片的使用壽命更長(zhǎng)?！薄盎鞠敕ㄊ菧p少材料結(jié)構(gòu)的不均勻性，同時(shí)保持高硬度?！毖芯咳藛T表示。

目前，研究人員已經(jīng)申請(qǐng)了一項(xiàng)臨時(shí)專(zhuān)利，內(nèi)容為將鋼結(jié)構(gòu)加工得更均勻的工藝，這項(xiàng)專(zhuān)利將幫助其制造更耐用，更耐裂痕的刀片。