Треснувший кусок металла зажил сам в ходе эксперимента, который ошеломил учёных

Jul 05, 2023

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

Команда из Национальной лаборатории Сандиа и Техасского университета A&M проверяла устойчивость металла, используя специальную технику просвечивающего электронного микроскопа, вытягивая концы металла 200 раз в секунду. Затем они наблюдали самовосстановление в сверхмалых масштабах в куске платины толщиной 40 нанометров, подвешенном 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. 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», — говорит ученый-материаловед Брэд Бойс из Национальной лаборатории Сандии. «Мы, конечно, не искали это».

«Мы подтвердили, что металлы обладают собственной природной 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 это использовать. 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.

И хотя это наблюдение является беспрецедентным, оно не является совершенно неожиданным. В 2013 году ученый-материаловед из 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 напряжение.

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 происходило здесь.

То, что процесс автоматического восстановления происходит при комнатной температуре, является еще одним многообещающим аспектом исследования. Металлу обычно требуется много тепла, чтобы изменить свою форму, но эксперимент проводился в вакууме; еще неизвестно, будет ли тот же процесс происходить в обычных металлах 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 сплелись вместе. Обычно процессу мешают тонкие слои воздуха или загрязнений; 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 определенных обстоятельствах материалы могут делать то, чего мы никогда не ожидали», — говорит Демкович.

Исследование опубликовано в журнале Nature.