Науковці приголомшені: Тріснутий шматок металу загоївся самостійно під час експерименту

Вчені спостерігали за тим, як метал загоює сам себе, чого ніколи раніше не бачили. Якщо цей процес вдасться повністю зрозуміти і контролювати, ми можемо опинитися на початку цілої нової ери інженерії.

У дослідженні, опублікованому в липні, команда з Сандійської національної лабораторії та Техаського університету A&M тестувала пружність металу, використовуючи спеціалізований трансмісійний електронний мікроскоп, щоб витягувати кінці металу 200 разів щосекунди.

Потім вони спостерігали самовідновлення в надмалих масштабах на шматку платини товщиною 40 нанометрів, підвішеному у вакуумі.

Тріщини, спричинені описаним вище типом деформації, відомі як втомні пошкодження: повторювані напруження і рухи спричиняють мікроскопічні розриви, що зрештою призводять до поломки машин або конструкцій.

Дивовижно, але після приблизно 40 хвилин спостереження тріщина в платині почала зростатися і відновлюватися, перш ніж знову почала рухатися в іншому напрямку.

Сили тяжіння (червоні стрілки) створили тріщину, яка зажила (зелена) в металі платини. (Ден Томпсон/Сандійська національна лабораторія)

“Це було абсолютно приголомшливо спостерігати на власні очі”, – сказав матеріалознавець Бред Бойс з Сандійської національної лабораторії, коли були оголошені результати.

“Ми, звичайно, не шукали цього. Ми підтвердили, що метали мають власну внутрішню, природну здатність до самовідновлення, принаймні у випадку втомних пошкоджень на нанорівні”.

Це точні умови, і ми ще не знаємо, як саме це відбувається і як ми можемо це використати. Однак, якщо подумати про витрати і зусилля, необхідні для ремонту всього, від мостів до двигунів і телефонів, то неможливо уявити, як багато можуть змінити самовідновлювані метали.

Хоча це спостереження є безпрецедентним, воно не є цілком несподіваним. У 2013 році матеріалознавець Техаського університету A&M Майкл Демкович працював над дослідженням, в якому передбачив, що таке загоєння нанотріщин може відбуватися завдяки крихітним кристалічним зернам всередині металів, які зміщують свої кордони у відповідь на стрес.

Демкович також працював над цим останнім дослідженням, використовуючи оновлені комп’ютерні моделі, щоб показати, що його десятирічні теорії про самовідновлення металів на нанорівні відповідають тому, що відбувається тут.

Те, що процес автоматичного відновлення відбувався при кімнатній температурі, є ще одним багатообіцяючим аспектом дослідження. Зазвичай метал потребує багато тепла, щоб змінити свою форму, але експеримент проводився у вакуумі; ще належить з’ясувати, чи відбудеться той самий процес у звичайних металах у типовому середовищі.

Можливим поясненням може бути процес, відомий як холодне зварювання, який відбувається за температури навколишнього середовища, коли металеві поверхні наближаються одна до одної настільки, що їхні атоми можуть сплутатися.

Зазвичай цьому процесу заважають тонкі шари повітря або домішки; у таких середовищах, як космічний вакуум, чисті метали можуть бути притиснуті один до одного настільки близько, що буквально злипаються.

“Я сподіваюся, що це відкриття спонукатиме дослідників матеріалів замислитися над тим, що за певних обставин матеріали можуть робити те, чого ми ніколи не очікували”, – каже Демкович.

Дослідження було опубліковано в журналі Nature.