Специалисты Техасского университета обнаружили у металлов способность к самовосстановлению. Этот механизм поможет в будущем создать самовосстанавливающиеся конструкции, например, мосты.

Эксперименты показали, что платина после того, как потрескалась, соединилась без какого-либо вмешательства человека. Авторы изначально хотели оценить, как по металлу распространяются трещины, образованные в результате износа платины. Ученые растягивали кусок материала — через 40 минут после этого концы трещин срастались.

Чтобы подтвердить это, авторы создали компьютерную модель, в которую загрузили данные о характеристиках металла. Модель подтвердила возможность сращивания трещин. В будущем исследователи проведут еще ряд экспериментов, чтобы точно установить обнаруженных механизм. В дальнейшем он может лечь в основу самовосстанавливающихся мостов, самолетов, двигателей и других устройств. По словам авторов, это поможет сократить их износ.

Понимание концепции самовосстановления:

Это далеко не концепция, взятая из научно-фантастического романа, самовосстанавливающийся металл — это осязаемая реальность, возникшая благодаря естественному процессу. Действительно, металлы обладают внутренней способностью к самовосстановлению. Это свойство было подчеркнуто исследователями, которые наблюдали, что под действием напряжения в металлах могут образовываться микротрещины.

Эти микротрещины, хотя и крошечные, могут восприниматься как повреждения материала. Однако вместо того, чтобы ухудшаться или оставаться стабильными, эти трещины закрываются сами по себе. Это явление, известное как "холодная сварка", представляет собой своеобразный процесс заживления, который металл осуществляет самостоятельно, без какого-либо внешнего вмешательства.

Это естественный механизм, позволяющий металлу сохранять свою структурную целостность в условиях нагрузок, которым он подвергается. Это открытие, раскрывающее новую грань природы металлов, открывает беспрецедентные перспективы для будущего материаловедения.

Это открытие было сделано случайно! Авторы просто хотели оценить, как образуются и распространяются трещины в куске платины в нанометрическом масштабе. Для этого они использовали специальную методику электронной микроскопии, разработанную ими для наблюдения последствий механических нагрузок, которая заключалась в многократном потягивании за концы куска металла 200 раз в секунду.

Нанометрический масштаб, составляющий порядка миллиардной доли метра, настолько мал, что позволяет наблюдать явления на уровне атомов и молекул. Именно в этом масштабе исследователи смогли наблюдать образование и закрытие микротрещин, раскрывающих процесс самовосстановления металлов.

Удивительно, но примерно через 40 минут после начала эксперимента повреждение изменилось на противоположное. Один конец трещины сросся, как бы втягиваясь, не оставив следов старого повреждения. Со временем трещина регенерировала в другом направлении.

Эти наблюдения, ставшие возможными благодаря развитию наблюдательных технологий, показали, что металлы обладают способностью "самоисцеляться" автономно, без необходимости внешнего вмешательства.

Самовосстановление металлов ставит под сомнение наши традиционные представления о них и открывает путь к новым потенциальным применениям в различных областях техники и технологий. Как отмечает в пресс-релизе Брэд Бойс (Brad Boyce), материаловед из лаборатории Sandia: "От паяных соединений в наших электронных устройствах до двигателей в наших автомобилях и мостов, по которым мы ездим, эти конструкции часто выходят из строя непредсказуемым образом из-за циклических нагрузок, которые приводят к образованию трещин и, в конечном итоге, к разрушению".

Несмотря на энтузиазм, вызванный этим открытием, до сих пор ничего не сделано. На данный момент исследователи лишь наблюдают и изучают это явление на поверхности. Им еще предстоит понять, как оптимизировать этот процесс самовосстановления и как им управлять. Кроме того, еще предстоит выяснить, можно ли воспроизвести это свойство в больших масштабах.

Тем не менее открытие способности металлов к самовосстановлению - это еще один шаг на пути к более устойчивому будущему. Продлив срок службы материалов и уменьшив необходимость их частой замены, мы сможем уменьшить наш экологический след и немного быстрее продвинуться к более экологичному будущему.

 

В статье используются материалы из источников:

https://www.gazeta.ru/science/news/2023/07/23/20928842.shtml?updated

https://new-science.ru/kitaj-novyj-rekord-hraneniya-energii-dlya-litievoj-batarei/