Nature: треснувший кусок металла самовосстановился в ходе эксперимента

Ученые наблюдали заживление металла, чего никогда раньше не видели. Если бы этот процесс можно было полностью понять и контролировать, мы могли бы оказаться в начале совершенно новой эры инженерии. Исследование было опубликовано в журнале Nature.

Команда из Sandia National Laboratories и Техасского университета A&M проверяла устойчивость металла, используя специальную технику просвечивающего электронного микроскопа, вытягивая концы металла 200 раз в секунду. Затем они наблюдали самовосстановление в сверхмалых масштабах в куске платины толщиной 40 нанометров, подвешенном в вакууме.

Трещины, вызванные описанным выше видом деформации, известны как усталостное повреждение: повторяющееся напряжение и движение, вызывающие микроскопические разрывы, в конечном итоге приводящие к поломке машин или конструкций. Удивительно, но примерно через 40 минут наблюдения трещина в платине начала снова сливаться и залечиваться, прежде чем снова начать двигаться в другом направлении.

«Это было совершенно ошеломляюще — наблюдать из первых рук», — говорит материаловед Брэд Бойс из Sandia National Laboratories. «Мы, конечно, не искали его. Мы подтвердили, что металлы обладают собственной естественной способностью к самовосстановлению, по крайней мере, в случае усталостного повреждения на наноуровне».

И хотя наблюдение беспрецедентно, оно не совсем неожиданно. В 2013 году материаловед из Техасского университета A&M Майкл Демкович работал над исследованием, в котором предсказывалось, что такое заживление нанотрещин может происходить из-за того, что крошечные кристаллические зерна внутри металлов существенно смещают свои границы в ответ на нагрузку 

Демкович также работал над этим последним исследованием, используя обновленные компьютерные модели, чтобы показать, что его теории десятилетней давности о самовосстановлении металла в наномасштабе соответствуют тому, что происходит здесь.

То, что автоматический процесс починки происходил при комнатной температуре, является еще одним многообещающим аспектом исследования. Металлу обычно требуется много тепла, чтобы изменить свою форму, но эксперимент проводился в вакууме; еще предстоит выяснить, произойдет ли тот же процесс в обычных металлах в типичной среде.

Возможное объяснение включает в себя процесс, известный как холодная сварка, который происходит при температуре окружающей среды всякий раз, когда металлические поверхности сближаются достаточно близко друг к другу, чтобы их соответствующие атомы спутывались вместе. Как правило, процессу мешают тонкие слои воздуха или загрязнителей; в таких средах, как космический вакуум, чистые металлы могут располагаться достаточно близко друг к другу, чтобы буквально слипаться.

«Я надеюсь, что это открытие побудит исследователей материалов задуматься о том, что при определенных обстоятельствах материалы могут делать то, чего мы никогда не ожидали», — говорит Демкович.