№ 2(11)

Май – июнь

Russian Traveler №2(11) 2024

Кусок металла самовосстановился прямо на глазах ученых

Фото: Dan Thompson / Sandia National Laboratories

Эксперимент исследователей чем-то напоминает «Терминатора-2».

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, говорят исследователи.

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 описанной выше деформацией, известны как усталостное разрушение: повторяющиеся напряжения и движения, вызывающие микроскопические разрывы, в конечном итоге приводят 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.

«Мы подтвердили, что металлы обладают собственной естественной способностью к самовосстановлению, по крайней мере, в случае усталостного разрушения на наноуровне», – Брэд Бойс, соавтор исследования.

Ученые добавляют, что это произошло в определенных условиях, и мы пока точно не знаем, как именно это происходит и как мы можем это использовать. И хотя наблюдение беспрецедентно, оно не совсем неожиданно. Ещё в 2013 году материаловед из Техасского университета A& M Майкл Демкович работал над исследованием, предсказывающим, что такое заживление нанотрещин может происходить за счет крошечных кристаллических зерен внутри металлов, существенно смещающих 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 на самом деле.

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, чтобы их соответствующие атомы «спутывались» друг с другом. 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.