如果你是男人，就一定会有刮胡子的经验。很奇怪的是，刮胡刀片的材料是不锈钢，硬度明明就比胡子还高，但刮了几次之后却会变钝，让我们得时常替换刀片。为什么柔软的胡子会让刀片变钝，背后的物理机制是什么？麻省理工学院（MIT）的材料科学与工程学系（Department of Materials Science and Engineering）对此展开研究，找出让刀片变钝的原因，并将论文发布在《Science》期刊上。
研究发现：压力会集中在裂纹，导致刀片变钝
若用拿菜刀劈砍铁棒，会变钝是很好理解的，但根据MIT的数据，人类毛发明明就比刀片还要柔软50倍，却会让刀片变钝，这是为什么？为了找出解答，MIT研究团队拿自己的胡子做实验；刮胡子的同时，他们通过扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）拍摄刀锋的照片，记录刀锋变钝的状况。
研究团队在刀锋看到碎屑（chip），但这些碎屑不是均匀分布在刀锋上，而是出现在某些特定的区域。此外，若将毛发固定，让刀锋切的方向与毛发方向垂直，碎屑就不会产生；若让毛发自由弯曲，碎屑就会产生，特别是剃刀方向与头发接近平行的时候。
为了找出碎屑产生的机制，研究团队使用计算机模拟，模拟在不同切角、施力方向、刀片材质的状况下，剃刀的磨损状况。研究团队发现，当剃刀切的方向与头发方向非垂直，剃刀的组成材料异质（heterogeneous），以及剃刀的异质结构切割到头发，就会导致碎屑的产生。碎屑产生后，刀片会变脆弱，裂纹就会增加，导致刀片变钝。
研究团队表示，这种机制为stress intensification，若材料上有微小裂纹，施加在材料的压力就会在这些区域放大；当小裂纹产生后，若材料属于异质结构，也即材料结构不规则，就会让裂纹更容易产生碎屑，打开刀片变钝的恶性循环。
降低结构的异质特性，能避免刀片变钝
研究团队认为，避免刀片变钝，最基本的概念就是降低材料结构的异质特性，尽量使用同质性的材料生产刀具。目前研究团队已申请关于刀片制程的临时专利（provisional patent），想研发更耐用，更不容易产生碎屑的刀具。
这份论文不仅解答“为什么柔软物质会让金属刀片变钝”的大哉问，提供产业生产切割机具的洞见，也能提供我们日常生活的一些参考，例如切菜尽量直着切，不要斜切；至于刮胡子嘛……我们还是照平常的方式刮好了，因为我们不可能把每一根胡子固定，让刀片一直与胡子保持垂直啊！
参考资料
《Science》、《MIT News》