Тріснутий шматок металу зажив сам себе під час експерименту

Залиште це в розділі «Цього не повинно відбуватися!»: вчені спостерігали процес загоєння металу, чого раніше не бачили. Якщо цей процес можна повністю зрозуміти та контролювати, ми можемо стати початком абсолютно нової ери інженерії.

Команда з національних лабораторій Sandia та Техаського університету A&M перевіряла стійкість металу, використовуючи спеціальну техніку трансмісійного електронного мікроскопа, щоб потягнути за кінці металу 200 разів кожну секунду. Потім вони спостерігали самовідновлення в надмалих масштабах у шматку платини товщиною 40 нанометрів, підвішеному у вакуумі.

Тріщини, спричинені деформацією, описаною вище, відомі як втомне пошкодження: повторювані напруги та рухи, які спричиняють мікроскопічні розриви, що зрештою спричиняє руйнування машин або конструкцій. Дивовижно, але приблизно через 40 хвилин спостереження тріщина в платині почала знову з’єднуватися і виправлятися, перш ніж почати знову в іншому напрямку.

«Це було просто приголомшливо спостерігати з перших вуст», — каже дослідник матеріалів Бред Бойс із національних лабораторій Сандіа. «Ми точно цього не шукали».

«Ми підтвердили, що метали мають власну внутрішню природну здатність самовідновлюватися, принаймні у випадку втомного пошкодження на нанорозмірі».

Це точні умови, і ми ще не знаємо точно, як це відбувається або як ми можемо цим скористатися. Однак, якщо ви подумаєте про витрати та зусилля, необхідні для ремонту всього, від мостів до двигунів і телефонів, неможливо сказати, яку різницю можуть зробити метали, що самовідновлюються.

І хоча це спостереження є безпрецедентним, воно не зовсім несподіване. У 2013 році вчений з матеріалів Техаського університету A&M Майкл Демкович працював над дослідженням, яке передбачало, що такий вид загоєння нанотріщин може відбуватися через те, що крихітні кристалічні зерна всередині металів фактично зміщують свої межі у відповідь на навантаження.

Демкович також працював над цим останнім дослідженням, використовуючи оновлені комп’ютерні моделі, щоб показати, що його теорії десятирічної давності про самовідновлення металу в нанорозмірі відповідають тому, що відбувається тут.

Те, що процес автоматичного ремонту відбувався при кімнатній температурі, є ще одним перспективним аспектом дослідження. Зазвичай металу потрібно багато тепла, щоб змінити його форму, але експеримент проводився у вакуумі; ще невідомо, чи відбудеться той самий процес у звичайних металах у типовому середовищі.

Можливе пояснення полягає в процесі, відомому як холодне зварювання, який відбувається за температури навколишнього середовища щоразу, коли металеві поверхні наближаються досить близько одна до одної, щоб їхні відповідні атоми сплуталися. Як правило, процесу заважають тонкі шари повітря або забруднення; у таких середовищах, як космічний вакуум, чисті метали можуть бути притиснуті досить близько один до одного, щоб буквально злипнутися.

«Я сподіваюся, що це відкриття спонукає дослідників матеріалів вважати, що за правильних обставин матеріали можуть робити те, чого ми ніколи не очікували», — каже Демкович. Дослідження опубліковано в Nature.