破裂的金屬片在實驗中自我修復(fù)，震驚了科學(xué)家

在“這不應(yīng)該發(fā)生！”下歸檔：科學(xué)家們觀察到金屬會自行愈合，這是以前從未見過的。如果這個過程能夠被完全理解和控制，我們可能正處于一個全新的工程時代的開始。

在7月發(fā)表的一項研究中，桑迪亞國家實驗室和德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的一個團(tuán)隊正在使用專門的變速器測試金屬的彈性電子顯微鏡每秒拉動金屬末端 200 次的技術(shù)。

然后，他們在懸浮在真空中的40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，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)過大約40分鐘的觀察，鉑金的裂縫開始重新融合在一起并自我修復(fù)，然后又開始向不同的方向發(fā)展。

“親眼目睹這絕對令人驚嘆，”說桑迪亞國家實驗室的材料科學(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，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５牵绻紤]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)行了一項研究預(yù)測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)動的，基本上改變了它們的邊界應(yīng)對壓力.

Demkowicz 還參與了這項最新研究，使用更新的計算機(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。

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

一種可能的解釋涉及一個稱為冷焊，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，就會發(fā)生這種情況。

通常，薄薄的空氣層或污染物會干擾該過程;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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