Треснувший кусок металла заживляет сам себя в эксперименте, который ошеломил ученых

Поместите это в рубрику «Этого не должно случиться!»: Ученые наблюдали заживление металла, чего раньше никогда не наблюдалось. Если этот процесс можно будет полностью понять и контролировать, мы сможем оказаться в начале совершенно новой эры инженерии.

В исследовании, опубликованном в июле, команда из Сандиаских национальных лабораторий и Техасского университета A&M проводила испытания. устойчивость металла, используя специальную технику просвечивающего электронного микроскопа, которая тянет концы металла 200 раз в секунду.

Затем они наблюдали самовосстановление в сверхмалых масштабах в 40-нанометровом микроскопе. толстый кусок платины, подвешенный в вакууме.

Трещины, вызванные описанным выше напряжением, известны как усталостное повреждение: повторяющееся напряжение и движение, вызывающее микроскопические разрушения, в конечном итоге вызывающие поломку машин или конструкций.

p>

Удивительно, но примерно через 40 минут наблюдения трещина в платине начала снова срастаться и затягиваться, прежде чем снова начать двигаться в другом направлении.

«Это было просто потрясающе наблюдать своими глазами», — сказал ученый-материаловед Брэд Бойс из Национальных лабораторий Сандии, когда были объявлены результаты.

«Мы определенно не искали этого. Мы подтвердили, что металлы обладают собственной присущей им естественной способностью самовосстанавливаться, по крайней мере, в случае усталостных повреждений на наноуровне».

Это точные условия, и мы пока не знаем точно, как это происходит и как мы можем этим воспользоваться. Однако, если вы подумаете о затратах и ​​усилиях, необходимых для ремонта всего, от мостов до двигателей и телефонов, невозможно предсказать, какую разницу могут иметь самовосстанавливающиеся металлы.

Хотя это наблюдение является беспрецедентным, оно не совсем так. непредвиденный. В 2013 году ученый-материаловед Техасского университета A&M Майкл Демкович работал над исследованием, предсказывающим, что такое заживление нанотрещин может произойти, вызванное тем, что крошечные кристаллические зерна внутри металлов существенно смещают свои границы в ответ на стресс.

Демкович также работал над этим последним исследованием, используя обновленные компьютерные модели, чтобы показать, что его теории десятилетней давности о самовосстановлении металла на наноуровне соответствуют тому, что происходит здесь.

То, что автоматический процесс восстановления происходит при комнатной температуре, является еще один многообещающий аспект исследования. Металлу обычно требуется много тепла, чтобы изменить свою форму, но эксперимент проводился в вакууме; еще неизвестно, будет ли тот же процесс происходить с обычными металлами в типичной среде.

Возможное объяснение связано с процессом, известным как холодная сварка, который происходит при температуре окружающей среды, когда металлические поверхности сближаются достаточно близко друг к другу, чтобы их соответствующие атомы спутываются вместе.

Обычно этому процессу мешают тонкие слои воздуха или загрязняющие вещества; в таких средах, как космический вакуум, чистые металлы могут сближаться настолько близко, что буквально слипаются.

«Я надеюсь, что это открытие побудит исследователей материалов задуматься о том, что при правильных обстоятельствах материалы могут то, чего мы никогда не ожидали», — говорит Демкович.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.

Предыдущая версия этой статьи была опубликована в июле 2023 года.