行業(yè)新聞 | 金屬自我修復(fù)的現(xiàn)象：材料科學(xué)的突破

來自桑迪亞國家實驗室和德州A&M大學(xué)的研究人員觀察到，金屬在極端機(jī)械壓力下修復(fù)自身。通過使用先進(jìn)的透射電子顯微鏡，團(tuán)隊密切觀察到一塊厚度為40納米的鉑金片，在真空中懸掛時，展現(xiàn)出前所未有的自我修復(fù)能力，能夠修復(fù)由疲勞損傷引起的納米級裂縫。

科學(xué)家們通過每秒拉伸鉑金樣本的兩端200次，施加了強(qiáng)烈的機(jī)械壓力。在大約40分鐘的觀察后，他們目睹了一個令人驚訝的現(xiàn)象：鉑金的裂縫開始自發(fā)地熔化并修復(fù)，甚至在修復(fù)后改變了方向。桑迪亞國家實驗室的材料科學(xué)家布拉德·博伊斯博士表示，結(jié)果“親眼目睹時令人震驚”。他補(bǔ)充道：“我們肯定不是在尋找這一現(xiàn)象。我們所確認(rèn)的是，金屬確實具備自身內(nèi)在的自然修復(fù)能力，至少在納米尺度的疲勞損傷中是如此。”

所觀察到的損傷類型被稱為疲勞損傷，它是由重復(fù)的應(yīng)力作用導(dǎo)致材料出現(xiàn)微小的裂紋。這種退化形式是一個常見問題，可能導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)的失效，從發(fā)動機(jī)到橋梁。金屬能夠在納米尺度上自我修復(fù)此類損傷的發(fā)現(xiàn)，可能會顯著影響工程師在設(shè)計和維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施及技術(shù)時的思路。

雖然自我修復(fù)金屬的現(xiàn)象前所未見，但也并非完全出乎意料。2013年，德州A&M大學(xué)的邁克爾·德姆科維奇教授提出了一種理論，認(rèn)為金屬中的納米裂紋可以通過由構(gòu)成材料結(jié)構(gòu)的微小晶體驅(qū)動的機(jī)制自我修復(fù)。根據(jù)《Scienze Notizie》報道，德姆科維奇十多年前提出的理論已通過這項最新的研究得到了實驗確認(rèn)。德姆科維奇表示：“我的希望是，這一發(fā)現(xiàn)能夠鼓勵材料研究人員考慮，在適當(dāng)?shù)臈l件下，材料能夠展現(xiàn)出我們以前從未預(yù)見過的自我修復(fù)能力。”

觀察到的自我修復(fù)現(xiàn)象可能與冷焊過程有關(guān)。當(dāng)金屬表面非常干凈且足夠接近時，它們的原子會互相交織，尤其是在真空中，這種現(xiàn)象會在沒有熱量的情況下發(fā)生連接。通常，空氣薄層或污染物會干擾冷焊現(xiàn)象，但在這項實驗的受控環(huán)境中，這些因素被最小化了。

實驗是在室溫下進(jìn)行的，這是這項研究的一個有希望的方面。這表明，自我修復(fù)過程不需要極端條件，并且在適當(dāng)?shù)那闆r下，可能會自然發(fā)生。然而，目前為止，這種效應(yīng)僅在真空條件和室溫下觀察到。為了了解這種自我修復(fù)是否在現(xiàn)實環(huán)境中也能發(fā)生，研究人員承認(rèn)還需要進(jìn)一步的實驗。如《Science Alert》所述，關(guān)于這種自我修復(fù)的具體機(jī)制仍然需要進(jìn)一步澄清，團(tuán)隊目前尚不清楚它如何被應(yīng)用。

如果金屬的自我修復(fù)過程能夠被完全理解并加以控制，這可能標(biāo)志著工程和材料技術(shù)的新時代的開始。自我修復(fù)金屬可能大大減少修復(fù)從橋梁到發(fā)動機(jī)再到手機(jī)所需的成本和工作量。它們在特定條件下的自我修復(fù)能力，可能會徹底改變修復(fù)方法，并有助于延長基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)的使用壽命。（來源：jpost）

文章來源：WPIC世界鉑金投資

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