破裂的金屬片在實(shí)驗(yàn)中自我修復(fù)，震驚了科學(xué)家

在“這不應(yīng)該發(fā)生！”下歸檔：科學(xué)家們觀察到金屬會(huì)自行愈合，這是以前從未見(jiàn)過(guò)的。如果這個(gè)過(guò)程能夠被完全理解和控制，我們可能正處于一個(gè)全新的工程時(shí)代的開(kāi)始。

在7月發(fā)表的一項(xiàng)研究中，桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)正在使用專門(mén)的變速器測(cè)試金屬的彈性電子顯微鏡每秒拉動(dòng)金屬末端 200 次的技術(shù)。

然后，他們?cè)趹腋≡谡婵罩械?0納米厚的鉑金片中觀察到超小尺度的自我修復(fù)。

由上述應(yīng)變引起的裂紋稱為疲勞損傷：反復(fù)的應(yīng)力和運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致微觀斷裂，最終導(dǎo)致機(jī)器或結(jié)構(gòu)斷裂。

令人驚訝的是，經(jīng)過(guò)大約40分鐘的觀察，鉑金的裂縫開(kāi)始重新融合在一起并自我修復(fù)，然后又開(kāi)始向不同的方向發(fā)展。

“親眼目睹這絕對(duì)令人驚嘆，”說(shuō)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)家布拉德·博伊斯（Brad Boyce）宣布結(jié)果。

“我們當(dāng)然不是在尋找它。我們已經(jīng)證實(shí)，金屬有其內(nèi)在的、自然的自我修復(fù)能力，至少在納米尺度的疲勞損傷的情況下是這樣。

這些是確切的條件，我們還不知道這是如何發(fā)生的，或者我們?nèi)绾问褂盟?。但是，如果您考慮修復(fù)所有東西所需的成本和精力從橋梁從引擎到手機(jī)，沒(méi)有人知道自愈金屬能產(chǎn)生多大的影響。

雖然這一觀察是史無(wú)前例的，但并非完全出乎意料。2013年，德克薩斯農(nóng)工大學(xué)（Texas A&M University）材料科學(xué)家邁克爾·德姆科維奇（Michael Demkowicz）進(jìn)行了一項(xiàng)研究預(yù)測(cè)這種納米裂紋愈合可能發(fā)生，這是由金屬內(nèi)部的微小結(jié)晶顆粒驅(qū)動(dòng)的，基本上改變了它們的邊界應(yīng)對(duì)壓力.

Demkowicz 還參與了這項(xiàng)最新研究，使用更新的計(jì)算機(jī)模型以證明他關(guān)于金屬在納米尺度上的自愈行為的十年理論與這里發(fā)生的事情相匹配。

自動(dòng)修補(bǔ)過(guò)程發(fā)生在室溫下是該研究的另一個(gè)有希望的方面。金屬通常需要大量熱量改變其形式，但實(shí)驗(yàn)是在真空中進(jìn)行的;在典型環(huán)境中，傳統(tǒng)金屬是否會(huì)發(fā)生相同的過(guò)程還有待觀察。

一種可能的解釋涉及一個(gè)稱為冷焊，在環(huán)境溫度下，每當(dāng)金屬表面靠得足夠近，使它們各自的原子糾纏在一起時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。

通常，薄薄的空氣層或污染物會(huì)干擾該過(guò)程;在像太空真空這樣的環(huán)境中，純金屬可以被迫靠得足夠近，從而真正粘在一起。

“我希望這一發(fā)現(xiàn)將鼓勵(lì)材料研究人員考慮，在適當(dāng)?shù)那闆r下，材料可以做我們從未預(yù)料到的事情。說(shuō)德姆科維奇。

該研究發(fā)表在自然界.

本文的早期版本發(fā)布于 2023 年 7 月。

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