Ученые впервые наблюдали за процессом самоисцеления металла

Команда из Сандийской национальной лаборатории и Техасского университета A&M тестировала стойкость металла, используя специализированный трансмиссионный электронный микроскоп, чтобы вытягивать концы металла 200 раз ежесекундно. Затем они наблюдали самовосстановление в сверхмалых масштабах на куске платины толщиной 40 нанометров, подвешенном в вакууме.

Смотрите также Ученые нашли способ хранить данные в ДНК живых бактерий

Подробности

Трещины, вызванные описанным выше типом деформации, известны как усталость металла: повторяющиеся напряжения и движения вызывают микроскопические разрывы, в конечном счете приводящие к поломке машин или конструкций. Удивительно, но спустя примерно 40 минут наблюдения трещина в платине начала срастаться и восстанавливаться, прежде чем снова начала двигаться в другом направлении.

Это было совершенно потрясающе наблюдать своими глазами. Мы, конечно, этого не искали. Мы подтвердили, что металлы обладают собственной внутренней, естественной способностью к самовосстановлению, по крайней мере, в случае усталых повреждений на наноуровне,
– говорит материаловед Брэд Бойс из Сандийской национальной лаборатории.

Это точные условия, и мы еще не знаем, как это происходит и как мы можем это использовать. Однако если подумать о затратах и усилиях, необходимых для ремонта всего, от мостов до двигателей и телефонов, то невозможно представить, как много могут изменить самовосстанавливаемые металлы.

Возможным объяснением может быть процесс, известный как холодная сварка, который происходит при температуре окружающей среды, когда металлические поверхности приближаются друг к другу настолько, что их атомы могут спутаться. Обычно этому процессу мешают тонкие слои воздуха или загрязнение. Но в таких средах, как космический вакуум, чистые металлы могут быть прижаты друг к другу настолько близко, что буквально слипаются.

И хотя это наблюдение беспрецедентно, оно не совсем неожиданное. В 2013 году материаловед Техасского университета A&M Майкл Демкович работал над исследованием, в котором предположил, что такое заживление нанотрещин может происходить благодаря крошечным кристаллическим зернам внутри металлов, по сути, смещающих свои границы в ответ на стресс.

Демкович был среди участников этого нового исследования. Он использовал обновленные компьютерные модели, чтобы показать, что его десятилетние теории о самовосстановлении металлов на наноуровне соответствуют происходящему здесь.

• То, что процесс автоматического восстановления происходил при комнатной температуре, является еще одним многообещающим аспектом исследования. Обычно металл нуждается в большой количестве тепла, чтобы изменить свою форму.
• Минусом является то, что эксперимент проводился в вакууме, так что ученым еще предстоит выяснить, произойдет ли тот же процесс в обычных металлах на воздухе.