Тріснутий шматок металу загоївся в експерименті, який приголомшив вчених

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.

Команда з Сандійської національної лабораторії та Техаського університету A&M тестувала стійкість металу, використовуючи спеціалізований трансмісійний електронний мікроскоп, щоб витягнути кінці металу 200 разів щосекунди. Потім вони спостерігали самовідновлення в надмалих масштабах на шматку платини завтовшки 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 спостережень тріщина в платині почала зростатися і відновлюватися, перш ніж знову почала рухатися в іншому напрямку.

“Це було абсолютно приголомшливо спостерігати на власні очі”, – каже матеріалознавець Бред Бойс з Сандійської національної лабораторії. “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.

І хоча це спостереження є безпрецедентним, воно не зовсім несподіваним. У 2013 році матеріалознавець Техаського університету A&M Майкл Демкович (Michael Demkowicz) 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 забруднювачі; у таких середовищах, як космічний вакуум, чисті метали можуть бути зближені настільки, що буквально злипнуться.

“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.

Результати дослідження опубліковані в журналі Nature.