生活中，剃須刀用久了，會變鈍，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，來自麻省理工學院（MIT）的研究團隊就給出了上述問題的答案。他們在研究中發(fā)現(xiàn)，刀片變鈍不僅是因為切割毛發(fā)后磨損，更是因為在切割時刀片邊緣出現(xiàn)了裂痕，隨著裂痕數(shù)量的增加，刀片的邊緣就會逐漸變鈍。如果刀片的微觀結構更均勻，刀片就不容易產(chǎn)生裂痕，也就會更耐用。相關研究成果刊登在8月7日的《自然》（Science）雜志上。

“刀片在使用了很多次之后會變鈍，這看上去是理所當然的事。” 論文作者之一、麻省理工學院冶金學副教授Cemal Cem Tasan說，“但是這激起了我的好奇心，我想知道‘為什么會這樣’，同時我也希望能解決一個重要的工程問題。”

為了研究剃須刀的刀片為什么會變鈍，論文的第一作者、麻省理工學院研究生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)留下裂縫的過程

一般來說，刀片變“鈍”，意味著原本鋒利的刀片邊緣在切割毛發(fā)后變圓潤了，但從研究人員的記錄結果看，多次使用后刀片邊緣變圓潤的程度非常低。相反，刀片邊緣產(chǎn)生的碎屑和裂痕問題更嚴重。“碎屑的大小約為毛發(fā)直徑的1/10。” “我刮得越多，刀片上產(chǎn)生的碎屑也越多。”Roscioli說。

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。

為了回答這個問題，Roscioli制造了一個小型的機械裝置來模擬刮胡須的動作。這個設備由一個可移動支架和兩個夾子組成，兩個夾子分別用來固定剃須刀和頭發(fā)。這個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。

使用機械裝置測量刀片切割時受到的壓力

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

為了進一步探究碎屑形成的條件，研究人員使用了計算仿真技術模擬刀片切割毛發(fā)的過程。結果發(fā)現(xiàn)，有三種情況會使不銹鋼刀片產(chǎn)生裂痕：刀片切割毛發(fā)時的角度非垂直、刀片的結構不均勻、切割時毛發(fā)邊緣接觸刀片邊緣的結構不均勻。

切割角度（左）、材料結構均勻度（中）、毛發(fā)與不均勻點的位置變化（右）對裂縫大小的影響（從上至下依次增加）

Tasan認為，這三種形成條件說明了一種名為“壓力增強”（stress intensification）的機制。簡單來說，一旦材料出現(xiàn)裂痕，那么施加在這個材料上的壓力作用就會被放大。如果材料的微觀結構不均勻，那么一旦出現(xiàn)了第一個裂痕，更多的裂痕就會聚集在初始裂痕周圍，刀片就會很快變鈍。

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

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?！薄盎鞠敕ㄊ菧p少材料結構的不均勻性，同時保持高硬度?！毖芯咳藛T表示。

目前，研究人員已經(jīng)申請了一項臨時專利，內(nèi)容為將鋼結構加工得更均勻的工藝，這項專利將幫助其制造更耐用，更耐裂痕的刀片。