实验中微观裂纹消失揭示了自我修复机器的可能性
科学家们首次目睹金属碎片在没有任何人为干预的情况下破裂，然后重新融合在一起，共产党 了这一过程中的基本科学理论。如果能够利用这一新发现的现象，它可能会引发一场工程革命——在这场革命中，自我修复的发动机、桥梁和飞机可以逆转磨损造成的损坏，使它们更安全、更持久。
来自桑迪亚国家实验室和德克萨斯农工大学的研究小组今天在《自然》杂志上描述了他们的发现。
桑迪亚材料科学家布拉德·博伊斯 (Brad Boyce) 表示：“亲眼目睹这绝对令人惊叹。”
“我们已经证实，金属具有其固有的、自然的自我修复能力，至少在纳米级疲劳损伤的情况下是这样，”博伊斯说。
疲劳损坏是机器磨损并最终损坏的一种方式。重复的应力或运动会导致微观裂纹的形成。随着时间的推移，这些裂缝会不断扩大并蔓延，直到——断裂!整个装置坏了，或者用科学术语来说，它失败了。
博伊斯和他的团队看到消失的裂缝是这些微小但重要的裂缝之一——以纳米为单位测量。
“从电子设备中的焊点到汽车发动机，再到我们行驶过的桥梁，这些结构经常会因循环载荷而出现不可预测的故障，从而导致裂纹萌生并最终断裂，”博伊斯说。“当它们确实出现故障时，我们必须应对更换成本、时间损失，在某些情况下甚至是人员伤亡。这些失败对每年造成的经济影响达数千亿美元”
尽管科学家们已经创造了一些自愈材料(主要是塑料)，但自愈金属的概念在很大程度上还停留在科幻小说的领域。
“人们预计金属中的裂纹只会变得更大，而不是更小。即使我们用来描述裂纹扩展的一些基本方程也排除了这种愈合过程的可能性，”博伊斯说。
意外发现被理论创始人证实
2013 年，迈克尔·德姆科维奇(Michael Demkowicz)——当时是麻省理工学院材料科学与工程系的助理教授，现在是德克萨斯农工大学的正教授——开始对传统材料理论进行研究。他 根据计算机模拟的结果发表了一项新理论，即在某些条件下，金属应该能够焊接封闭因磨损而形成的裂纹。
他的理论是正确的，这个发现是在 集成纳米技术中心无意中发现的， 该中心是由桑迪亚和洛斯阿拉莫斯国家实验室联合运营的能源部用户设施。
“我们当然不是在寻找它，”博伊斯说。
发现这一现象时，现任田纳西大学诺克斯维尔分校副教授的哈立德·哈塔尔(Khalid Hattar)和现供职于能源部核能办公室的克里斯·巴尔(Chris Barr)正在桑迪亚进行这项实验。他们只是想使用一种专门的电子显微镜技术来评估裂纹是如何在纳米级铂片上形成和扩散的，他们开发了一种每秒重复拉动金属末端 200 次的技术。
令人惊讶的是，实验进行约 40 分钟后，损坏情况发生了逆转。裂缝的一端像原路返回一样重新融合在一起，没有留下先前受伤的痕迹。随着时间的推移，裂缝沿着不同的方向重新生长。
哈塔尔称其为“前所未有的洞察力”。
博伊斯知道这个理论，他与德姆科维奇分享了他的发现。
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