2024-05-06 19:15 来源：本站编辑
一项新研究报告称，科学家首次观察到金属“愈合”本身，这一意想不到的发现挑战了材料科学的基本原则，并可能为更耐用的金属结构铺平道路。
这一突破是在桑迪亚国家实验室进行的一项实验中取得的，该实验最初关注的是金属(如铂)上纳米级疲劳裂纹的生长。桑迪亚大学的研究人员布拉德·博伊斯(Brad Boyce)和预期一样，观察了金属中微小裂纹的形成和生长，但惊讶地发现，金属会自动焊接回一起。
“我们的目标是观察与疲劳载荷相关的机械过程，特别是晶界迁移现象，”博伊斯在给Motherboard的电子邮件中说。“所以我们在第一次实验中并没有真正寻找治愈过程。但在我们第一次看到它之后，我们确实故意重复实验，再次观察愈合过程。”
这一令人惊讶的结果首次通过实验验证了德克萨斯农工大学材料科学教授迈克尔·德姆科维奇的预测。博伊斯和德姆科维茨以及其他几位研究人员在周三发表在《自然》杂志上的一项研究中表示，“纯金属偶尔会在纳米尺度上自我修复的证据令人震惊”，并“挑战了工程师如何设计和评估结构材料疲劳寿命的最基本理论”。
“我认为怀疑是科学家对这些发现的下意识反应，”Demkowicz在一封电子邮件中告诉Motherboard。“事实上，[桑迪亚]团队最初将其称为'大脚'。然而，随着我们深入挖掘，所有的碎片都融合在一起，我们对观察结果有了信心。”
“特别是，由于超过一半的实验最终显示出某种形式的裂缝愈合，我们很明显，这种情况实际上已经在某些材料中发生了，”他继续说。“我们只是直到现在才知道。未来的问题是，我们能否以一些创造性的新方式利用裂缝愈合效应。”
人类，以及无数其他生命形式，已经进化出了从伤害和疾病中治愈自己的方法，但在人造材料中复制这种恢复能力可能是一个艰巨的任务。一些物质，如塑料和陶瓷，显示出非凡的自我修复能力，但很少有专家考虑到金属可能能够自主修复它们的伤口。
相比之下，Demkowicz在2013年与麻省理工学院物理学家徐国强的一项研究中提出了一种可能导致金属纳米裂纹愈合的机制。然而，他告诉Motherboard，当时他不确定如何在实验室中跟进这一假设。
Demkowicz说:“我有点不知所措，不知道如何用实验来验证它——所需的实验极具挑战性。”“因此，我认为(桑迪亚)团队确实应该得到很多荣誉。”
事实上，近十年后，博伊斯和他在桑迪亚大学的同事们在真空环境中使用电子显微镜对极小且极薄的金属样品产生磨损。在实验中，研究人员看到微小的裂缝重新融合在一起，这一过程是由压缩力激活金属内部的“冷焊”效应引起的，正如Demkowicz和Xu所预测的那样。
博伊斯说:“这些观察结果，以及预测这种行为的支持计算模型，帮助我们获得了这是真实的和可复制的信心。”“此外，这个模型让我们深入了解了愈合发生的机械过程。现在，我认为我们很好奇，想要更详细地探索与愈合过程相关的详细条件。”
“我们想探索这种情况在真空以外的大气中发生的可能性，在真空中，氧气等物质在裂缝侧面形成薄的氧化物;并探索这种愈合过程也可能发生在传统金属合金中的可能性，”他补充道。
虽然这一发现可能会让人想起T-1000机器人或坚如摧的金属制品，但这种自我修复过程的长期影响尚不清楚。尽管如此，研究人员在研究中指出，“自我修复有可能影响金属的许多结构应用，特别是循环载荷下的疲劳失效，即使有大量的经验数据，也很难预测延迟的灾难性失效。”
博伊斯说:“虽然制造出可以治愈疲劳损伤的金属很容易让人兴奋，但我认为我们应该用一些现实来缓和这种期望:我们的观察是在微小的裂缝上进行的，大约比人类头发小1000倍，裂缝并没有完全愈合，只有裂缝的主要部分愈合了。”“尽管如此，我认为这一结果可以帮助工程师们更彻底地了解疲劳失效的基本过程，从而制定出有助于我们减轻工程结构疲劳失效的原则。”
“我对这些事情总是乐观的，”Demkowicz总结道。“问题是:多快?我猜我们还需要十年的时间才能将自我修复技术应用到技术上。由于我们的工作是在真空中完成的，我认为一个强有力的早期竞争者可能是空间技术(车辆、基础设施、机械)。”
