면도기와 나이프의 칼날은 스테인리스 등의 단단한 재료로 만들어져 있으며, 때로는 다이아몬드 드라이크 카본 등의 더 딱딱한 재료로 코팅되어 있다. 그런 면도기와 칼의 칼날이 금속보다 훨씬 부드러운 수염과 야채를 자르는 것만으로 무디어져 버리는 이유를, 매사추세츠 공과대학의 연구팀이 밝혀냈다.
인간의 털은 면도날보다 50배나 부드러운 소재이지만, 그럼에도 불구하고 면도날은 계속 사용하다보면 칼날이 무디어져 교체해야 만 한다. 매사추세츠 공과 대학에서 금속 공학 부교수를 맡고있는 C.Cem Tasan 씨는, "우리의 목표는, 모두가 어느 정도 생각하고있는 "왜 면도기와 칼의 칼날이 매우 부드러운 소재와 만나 날이 손상되는가"라는 문제를 이해하는 것이었다"고 말했다.
Tasan 씨의 연구실은 손상에 대하여 우수한 내성을 가진 재료를 설계하기 위해, 금속의 미세 구조에 대해 연구하고 있다고한다. "우리는 야금 학자이며, 더 나은 금속을 만들기 위해, 금속을 변형시키는 것에 대해 배우고 싶다고 생각합니다. 인간의 털처럼 매우 부드러운 것을 끊었을 때, 강철 같은 딱딱한 소재가 손상되는 경우는 매우 흥미로운 점이었습니다"라고 Tasan 씨는 언급.
via https://phys.org/news/2020-08-dulls-sharpest-razors.html
그래서, Tasan 씨의 연구실에 소속 된 대학원생의 Gianluca Roscioli 씨가 이끄는 연구팀은, 면도날이 수염과 머리카락을 자른 후에 사용할 수 없게될때까지의 메커니즘에 대한 실험을 실시하기로 했다는 것.
우선 Roscioli 씨는, 일회용 면도기를 사용하여 자신의 수염을 깎은 후, 면도날을 주사 전자 현미경으로 촬영하는 예비 실험을 반복했다.. 그 결과, 면도날은 마모되거나 날카로운 부분이 둥글게되는 것이 아니라, 날 부분이 없어져버리는 "날 유출"이 생겨, 점점 날이 무디어져 버리는 것으로 판명.
그래서 연구팀은, 털을 자르는 것만으로 특정 영역에 날 유출이 발생하는 메커니즘을 조사하는 실험을 실시했다.
Roscioli 씨는 보다 더 통제 된 상황에서 관찰을 실시하기 위해, "면도날로 수염과 털을 면도"하는 상황을 모방하는 장치를 만든 것. 이 장치는 이동식이며 장치에 고정 된 면도날과 털을 다양한 각도로 조정하고, 그 모습을 주사 전자 현미경으로 촬영 할 수 있게했다. 머리카락 샘플은 Roscioli 씨 자신의 머리카락과 연구실의 멤버로부터 머리카락을 사용하여 다양한 굵기의 머리카락으로 실험을 실시.
실제로 Roscioli 씨의 연구팀이 촬영 한 사진이 아래...다양한 각도로 실험을 반복. 배율을 올려 칼끝에 주목하면, 면도날에 작은 날 유출이 발생한 것을 볼 수있다. 그 후에도 여러 번 실험을 반복....
방근 생긴 날 유출과는 별도로 새로운 날 유출이 발생.
날 유출은 절단 된 머리카락 굵기와 관계없이 발생하는 것으로, "머리카락이 너무 굵고 너무 딱딱해서 면도기 날이 유출된다"라는 것은 아니라는 것. Roscioli 씨가 촬영 한 동영상과 사진을 분석 한 결과, 머리카락과 면도날이 수직 위치에 고정된채 절단 된 경우, 날 유출이 발생하지 않은 반면, 머리카락이 자유롭게 움직이고 날의 각도가 변했다면 날 유출이 발생하기 쉬운 것으로 판명.
더 자세한 사항을 알아보기 위해 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 실행하고, 어떤 조건에서 면도기 칼날이 무디어지는지 분석. 그 결과, "칼날과 머리카락이 비스듬히 만났을 때", "칼날을 구성하는 강철의 미세 구조가 불균일 한 경우", "이미 날 유출이 된 부분과 머리카락이 접촉 한 경우"에 면도기가 날 유출하기 쉬운 것으로 나타났다고...
즉, 면도기와 칼 날의 미소 구조를 보다 균일하게 가공하고, 최대한 칼날이 수직이되도록 자르게하면 날이 오래간다는...
Tasan 씨는, "우리의 시뮬레이션은 재료의 불균일성이 재료에 대한 응력을 증가시켜, 머리카락과 같은 부드러운 재료에 의한 응력에도 균열이 성정하는 방법을 설명합니다"라고 코멘트. 이미 연구팀은 강철보다 균일한 형상으로 가공하여 더 오래가는 칼날을 만들기 위해 잠정 특허 신청을 했다고...
