有个困扰美容行业一个多世纪的问题：过于频繁地染发会不可挽回地损伤发质。目前美国西北大学的一个研究团队用材料科学解决了这个问题。该团队利用超级材料石墨烯开发了一种无毒无害、经过多次漂洗而不褪色的新型染发剂。石墨烯的导电特性也为头发带来一些新的性能，比如防静电，或者与可穿戴电子设备集成在一起。该研究于3月15日在线发表于Chem。美国西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程系教授黄嘉兴领衔这项研究。
染发看起来简单而普通，但实际上是一个复杂的化学过程。头发最外层被称为角质层，是由鳞状细胞重叠组成。商业染料通过使用诸如氨和漂白剂等刺激性化学物质，首先撬开角质层鳞片让色素分子进入，然后引发头发内部反应以产生更多的颜色。这一过程使头发变得更加脆弱，一些小分子也具有颇高的毒性。
黄嘉兴教授和他的团队通过利用石墨烯薄片的自然几何结构，完全摒弃了有害化学物质。目前的染发剂使用的是一种小分子的混合物，通过化学方法改变头发，而石墨烯薄片柔软有韧性，所以它们会包裹每根头发形成均匀的涂层。黄教授的染发剂配方还包括可食用的、无毒的聚合物粘合剂，这确保石墨烯保持粘性，经得住至少30次漂洗，达到持久染发剂的商业要求。还有个额外的好处是：石墨烯是防静电的，所以它能使冬季的炸毛程度降到最低。
石墨烯的几何形状确保其能有较长的持久性，对其他只能用作临时染发剂的黑色颜料颗粒(如碳黑或氧化铁)而言，这就像是湿纸巾和网球的区别。黄教授解释道，“纸巾会更好的包裹与黏附。球状颗粒更容易用洗发水去除。”这种几何结构也有助于解释为什么石墨烯是一种更安全的替代品。小分子很容易被吸入或通过皮肤屏障，但石墨烯太大无法进入人体。“与目前染发剂中使用的那些小分子物质相比，石墨烯薄片是非常大的。”黄教授说。
自从2004年石墨烯这种二维碳原子晶体突然出现在科学领域以来，这种有前景的材料似乎充满了无穷无尽的可能性。石墨烯具有超级坚固且轻盈的结构，在高性能电子产品、高强度材料和能源设备上有许多应用潜力。但是这些应用的开发通常要求石墨烯材料尽可能的结构完美以达到非凡的导电性能、机械性能或热学性能。但是对于黄教授发明的染发剂而言，石墨烯最重要的性能仅仅是它的颜色：黑色。
所以黄教授的团队使用了石墨烯氧化物，这种形式的石墨烯是更便宜并且更易获得。
“我们的染发剂不依赖于极难制备的高质量石墨烯就解决了现实世界的问题，”黄教授说，“我对这个应用持乐观态度。”不过，未来的染料可能某一天会利用石墨烯的显著特性，包括它的高导电性。“人们可以使用这种染料使头发表层具有导电性，”黄教授说，“那么它就可以连接可穿戴电子设备集成或成为导电探头。我们只是受到想象力的限制。
”到目前为止，黄教授已经开发出多种棕色调和黑色调的石墨烯染发剂。接下来，他打算试验更多的颜色。