自我修复的金属——桥梁、宇宙飞船或机器人——的概念可能更接近现实。科学家们首次观察到固体金属在没有人为干预的情况下自行修补裂缝,这违背了材料科学的基本理论。
斯坦福大学化学工程师鲍哲南(Zhenan Bao)没有参与这项新研究,他说:“我们从来没有想到金属能够自我修复裂缝。”根据传统的材料理论,对破裂的金属施加应力只会扩大这些裂纹。新的发现“肯定会让人们重新思考我们如何预测金属初中学历找工作结构和设备的机械可靠性,”鲍说。
Michael Demkowicz是德克萨斯农工大学的材料科学家,也是最近发表在《自然》杂志上的这项新研究的合著者,他在10年前首次提出了金属自我修复的理论,当时他的计算机模拟显示,固体金属可以自己“焊接”关闭小裂缝。Demkowicz说,因为金属通常需要高温才能改变形状,许多科学家认为模拟是有缺陷的。
“我认为这是一个可爱的玩具模型,但当时很难进行实验探索,”研究报告的合著者、田纳西州诺克斯维尔大学的核工程师哈立德·哈塔尔说。但后来他偶然发现了Demkowicz理论的现实证据。2016年,他和桑迪亚国家实验室的科学家们正在研究真空中纳米级铂片上的裂缝是如何扩散的。他们使用一种专门的电子显微镜,以每秒200次的速度刺激这种金属,观察裂缝在其表面形成的蜘蛛网。然后,大约40分钟后,损害开始消失;研究人员看到裂缝重新融合在一起,就像倒放的视频一样。“我想迈克终究是对的,”哈塔尔记得自己当时这么想。
当裂缝的边缘被压得足够近,使它们各自的原子浙江教育考试 网结合在一起时,就会出现自愈能力。在某些“最佳点”区域,当施加外部张力(如自然磨损施加的力)时,金属整齐的晶体结构中的不规则性会发生变化。当这些不规则物移动时,它们会产生压应力,从而触发重粘效应。
桑迪亚大学的研究小组和Demkowicz用铂和铜重复了他们的观察结果。计算机模拟表明,铝和银也应该自愈,但研究人员不知道合金如钢是否能实现这一壮举。目前还不清楚,在真空环境之外,自我修复是否会成为一种实用工具;研究小组说,裂缝内的大气颗粒可能会阻止裂缝重新融合在一起。尽管如此,这种现象仍将导致一些材料科学家重江门高级技工学校新思考他们对金属的了解。“在适当的情况下,”Demkowicz说,“材料可以做我们从未预料到的事情。”