破裂的金属片在实验中自我修复,震惊了科学家

在“这不应该发生!”下归档:科学家们观察到金属会自行愈合,这是以前从未见过的。如果这个过程能够被完全理解和控制,我们可能正处于一个全新的工程时代的开始。

在7月发表的一项研究中,桑迪亚国家实验室和德克萨斯农工大学的一个团队正在使用专门的变速器测试金属的弹性电子显微镜每秒拉动金属末端 200 次的技术。

然后,他们在悬浮在真空中的40纳米厚的铂金片中观察到超小尺度的自我修复。

由上述应变引起的裂纹称为疲劳损伤:反复的应力和运动,导致微观断裂,最终导致机器或结构断裂。

令人惊讶的是,经过大约40分钟的观察,铂金的裂缝开始重新融合在一起并自我修复,然后又开始向不同的方向发展。

拉力(红色箭头)在铂金属中产生愈合(绿色)的裂缝。(丹·汤普森/桑迪亚国家实验室)

“亲眼目睹这绝对令人惊叹,”桑迪亚国家实验室的材料科学家布拉德·博伊斯(Brad Boyce)宣布结果。

“我们当然不是在寻找它。我们已经证实,金属有其内在的、自然的自我修复能力,至少在纳米尺度的疲劳损伤的情况下是这样。

这些是确切的条件,我们还不知道这是如何发生的,或者我们如何使用它。但是,如果您考虑修复所有东西所需的成本和精力从桥梁从引擎到手机,没有人知道自愈金属能产生多大的影响。

虽然这一观察是史无前例的,但并非完全出乎意料。2013年,德克萨斯农工大学(Texas A&M University)材料科学家迈克尔·德姆科维奇(Michael Demkowicz)进行了一项研究预测这种纳米裂纹愈合可能发生,这是由金属内部的微小结晶颗粒驱动的,基本上改变了它们的边界应对压力.

Demkowicz 还参与了这项最新研究,使用更新的计算机模型以证明他关于金属在纳米尺度上的自愈行为的十年理论与这里发生的事情相匹配。

自动修补过程发生在室温下是该研究的另一个有希望的方面。金属通常需要大量热量改变其形式,但实验是在真空中进行的;在典型环境中,传统金属是否会发生相同的过程还有待观察。

一种可能的解释涉及一个称为冷焊,在环境温度下,每当金属表面靠得足够近,使它们各自的原子纠缠在一起时,就会发生这种情况。

通常,薄薄的空气层或污染物会干扰该过程;在像太空真空这样的环境中,纯金属可以被迫靠得足够近,从而真正粘在一起。

“我希望这一发现将鼓励材料研究人员考虑,在适当的情况下,材料可以做我们从未预料到的事情。德姆科维奇。

该研究发表在自然界.

本文的早期版本发布于 2023 年 7 月。

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