Тріснутий шматок металу самовідновився в експерименті, який здивував вчених

Залиште це в розділі «Цього не повинно статися!». Під час експерименту вчені спостерігали загоєння самого металу. Якщо цей процес можна повністю зрозуміти та контролювати, ми можемо стати початком абсолютно нової ери інженерії. У дослідженні, опублікованому минулого року, команда з національних лабораторій Сандіа та Техаського університету A&M перевіряла стійкість металу, використовуючи спеціалізований трансмісійний електронний мікроскоп, 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 з’єднуватися разом і виправлятися, перш ніж почати знову в іншому напрямку.

«Це було просто приголомшливо спостерігати з перших вуст», — сказав дослідник матеріалів Бред Бойс із Sandia National Laboratories, коли були оголошені результати. «Ми точно цього не шукали. Те, що ми підтвердили, це те, 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. Хоча 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 по суті зміщують свої межі у відповідь на навантаження.

Демкович також працював над цим 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.

Можливим поясненням є процес, відомий 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», — сказав Демкович. Дослідження було опубліковано в Nature.