中國原始社會末期，人類已經不滿足於用石塊、竹木和骨頭等原料製造的器物。

以金屬銅為原材料的武器開始慢慢出現，而在之後漫長的冷兵器時代，一代又一代的“打鐵”猛男們對原材料和工藝進行了最佳化，打造了歷盡千年後依舊泛著冷光的鋒利刀具。

如今，切割工藝已經有了翻天覆地的變化，應用場景也擴充套件到製造業、醫藥、食品和家居用品等領域。雖然不同領域對材料的要求各不相同，但總的來說，需要滿足兩個基本目標：耐磨性和硬度。

為此，一般具有鋒利邊緣的物品（如菜刀）會在其表面加上各種塗層增加耐磨性。

而硬度一般由鋼材的結構所決定，以目前使用廣泛的馬氏體微結構不鏽鋼為例，這種鋼材包括原奧氏體晶界、板條、板條束、滲碳體等層級，並且具有高度分佈不均勻的位錯密度。

雖然這些術語看起來讓人一臉懵逼，不過大家只需要知道，所有這些結構特徵能讓馬氏體鋼材變得更硬，但這種層級分佈也帶來了一個問題：鋼材內部的微觀力學分佈不均。

而這會讓看起來堅硬無比的鋼材處理柔軟的材料時，出現破損。

最典型的例子莫過於刮鬍刀，男士使用刮鬍刀一直是一個玄學問題，因為不管如何愛護，沒多久後還是會感覺刀片變鈍了。

很長一段時間以來，研究人員認為變鈍的主要原因是由於刮鬍刀在每次使用後，都會有不同程度的磨損，使刀片變得更加圓滑。

可問題是，從硬度對比上，鋼的硬度是鬍鬚的50倍，畢竟“吹毛可斷”並不是說說而已，因此很多人並不能認可這種說法。

直到麻省理工學院Cemal Cem Tasan教授課題組透過掃描電鏡觀察了刮鬍刀切斷鬍鬚的過程，從微觀上探索了金屬結構，結果發現：刀片變鈍源於鬍鬚和鋼材之間更為複雜的相互作用。

為了確定刮鬍刀變鈍的具體機理，課題組成員Gianluca Roscioli慷慨貢獻了自己的鬍鬚。他首先進行了一些初步試驗，使用市面上的一次性剃鬚刀剃掉自己面部的鬍鬚，每次刮鬍後，再使用電鏡掃描刮鬍刀邊緣的影象，以此來追蹤刀片隨時間的磨損情況。

而出人意料的是，實驗結果表明磨損很少，不過，他注意到剃鬚刀某些區域產生了明顯的碎屑。

但這又帶來了新的疑問，為什麼碎屑只在一些特定區域內出現，而不是整個刀片邊緣都有呢？

為了回答這個問題，Roscioli又設計了一個可控的小型機械裝置，來模擬使用刮鬍刀剃鬍須的場景，並從實驗室收集了各種不同的鬍鬚樣本用於實驗。

接下來Roscioli拍攝了在多次切割後鬍鬚和刀片的電鏡影象，結果不論頭髮的長短粗細，他都觀察到了相同的機制，即鬍鬚把刀片崩出了幾個小缺口。

不過在他分析實驗中的影象後，還是發現有一種情況下刀片毫髮無傷，就是當刀片與鬍鬚呈垂直方向時。

但是，當鬍鬚自由彎曲出現一定角度時，觀察到了更多的刀片碎屑，而這種情況也更貼近於生活場景。

因此該團隊又進行了計算機模擬模擬，透過改變單一變數來判斷是何種原因讓刀片出現了缺口。

模擬結果給出了三個答案：一個是當刀片從非垂直角度切割時；另外不同的鋼材成分也會對刀片效果造成影響；以及刀片異質結構的薄弱點恰好遇上了鬍鬚。

前兩個很好理解，而第三個其實就像每個猛男心中都有一個“柔軟角落”，鋼材的表面也軟硬兼具。並且人的鬍鬚也並非圓滑的圓柱形，在鬍鬚的外層有一圈包裹的硬角質層。

當刀片薄弱部分一頭撞上後，被切開的角質層就像一個撬槓，會對刀片施加一個變形力，導致刀片出現微裂紋。

“千里之堤毀於蟻穴”，同樣的道理，裂紋的出現讓施加在鋼材上的應力影響變得更強，而鋼材的異質結構使這些裂紋更易發展成為小碎片。

其實除了刮鬍刀，日常生活中使用菜刀切割番茄、土豆等較軟的食材也會出現類似的情況。而這項研究希望設計出更出色的抗破壞性新材料，在減少鋼材的異質性的同時，還能保持高水準的硬度。

李金許， 大村孝仁， 津崎兼彰。 微結構對中碳馬氏體鋼奈米硬度分佈的影響［J］。 中國科學E輯：工程科學 材料科學， 2005， 11（11）：9-18。

佚名。 鋼中馬氏體的形態、性質及其應用［J］。 江蘇機械， 1976（02）：5-35。

https：//news。mit。edu/2020/why-shaving-dulls-razors-0806

圖片來源於：Google、bing圖片

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