一塊破裂的金屬在實(shí)驗(yàn)中自愈，讓科學(xué)家們大吃一驚

將此文件提交到“那不應(yīng)該發(fā)生！在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們觀察到金屬會(huì)自行愈合。如果能夠完全理解和控制這個(gè)過(guò)程，我們就可以處于一個(gè)全新的工程時(shí)代的開(kāi)始。

在去年發(fā)表的一項(xiàng)研究中，來(lái)自桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和德克薩斯 A&M 大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)正在使用專(zhuān)門(mén)的傳輸來(lái)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?40 納米厚的鉑塊中觀察了超小尺度的自愈。

由上述應(yīng)變類(lèi)型引起的裂紋稱(chēng)為疲勞損傷：導(dǎo)致微觀斷裂的重復(fù)應(yīng)力和運(yùn)動(dòng)，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 分鐘的觀察后，鉑的裂縫開(kāi)始重新融合并自行修復(fù)，然后再次向不同的方向開(kāi)始。

“親眼目睹這絕對(duì)令人震驚，”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） 在結(jié)果公布時(shí)。

“我們當(dāng)然不是在尋找它。我們已經(jīng)證實(shí)的是，金屬具有自身內(nèi)在的天然自愈能力，至少在納米級(jí)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 Bridges從發(fā)動(dòng)機(jī)到手機(jī)，誰(shuí)也不知道自愈金屬能產(chǎn)生多大的不同。

雖然這一觀察是前所未有的，但并不完全出乎意料。2013 年，德克薩斯 A&M 大學(xué)材料科學(xué)家 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會(huì)發(fā)生，由金屬內(nèi)部的微小結(jié)晶顆?；旧细淖兤溥吔珧?qū)動(dòng)應(yīng)對(duì)壓力.

Demkowicz 還參與了這項(xiàng)研究，使用更新的計(jì)算機(jī)模型以證明他十年前關(guān)于金屬在納米尺度上的自愈行為的理論與這里發(fā)生的事情相匹配。

自動(dòng)修復(fù)過(guò)程發(fā)生在室溫下是這項(xiàng)研究的另一個(gè)有前途的方面。金屬通常需要大量熱量改變它的形式，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(chēng)為冷焊，在環(huán)境溫度下，只要金屬表面靠得足夠近，以至于它們各自的原子纏結(jié)在一起，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;在太空真空等環(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?！?a>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)表于 2023 年 7 月。

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