Ученые обнаружили удивительное свойство металла самовосстанавливаться на наноуровне

Недавний эксперимент, проведенный учеными из Национальных лабораторий Сандии и Техасского университета, потряс научное сообщество своим неожиданным результатом: кусок металла, поврежденный в ходе испытаний, начал самовосстанавливаться.

Сообщается, что исследование было сосредоточено на изучении упругих свойств тонкого слоя платины толщиной всего 40 нанометров, которая находилась в вакууме. Ученые использовали передовой просвечивающий электронный микроскоп, позволяющий наблюдать за процессом на наноуровне. В ходе эксперимента металлический образец подвергался циклическому растяжению: его концы вытягивали с частотой около 200 раз в секунду.

В течение примерно 40 минут ученые наблюдали за развитием микроскопических повреждений — усталостных трещин, возникающих при повторных нагрузках. И вдруг, к удивлению исследователей, трещина начала самостоятельно заживать, срастаясь и заживляя поврежденные участки без внешнего вмешательства. Более того, процесс происходил в условиях, максимально приближенных к обычной температуре окружающей среды, что делает его особенно перспективным для практического применения.

Это наблюдение стало сенсацией, поскольку ранее считалось, что металлы не обладают способностью к самовосстановлению после повреждений, особенно на наноуровне. Исследователь Брэд Бойс отметил: «Это было поистине потрясающе. Мы подтвердили, что металлы имеют внутреннюю способность к самовосстановлению, по крайней мере, при определенных условиях и на очень малых масштабах».

Интересно, что в 2013 году ученый-материаловед Майкл Демкович из Техасского университета предсказал возможность самовосстановления нанотрещин внутри металлов. Он использовал компьютерное моделирование, чтобы показать, что крошечные кристаллические зерна внутри металлов могут сдвигать свои границы в ответ на нагрузки, способствуя заживлению повреждений.

Демкович и его коллеги предположили, что при определенных условиях, особенно в вакууме и при комнатной температуре, эти процессы могут происходить естественным образом. Экспериментальные результаты подтверждают эти теории, что делает их особенно значимыми для будущих технологий.

Одним из возможных объяснений наблюдаемого явления стал процесс, известный как холодная сварка. Он происходит, когда металлические поверхности, находясь в очень близком контакте, соединяются на атомарном уровне без нагрева. В вакууме и при отсутствии загрязнений атомы металла могут буквально «слипаться», образуя прочное соединение.

Это означает, что поврежденные участки металла, даже если они выглядят разрушенными, могут при определенных условиях «зарастать» и восстановить свою целостность. Однако, пока что ученые не полностью понимают все механизмы этого процесса и продолжают исследования, чтобы научиться управлять им.

Несмотря на то, что эксперимент был проведен в контролируемых условиях, его результаты открывают новые возможности для разработки самовосстанавливающихся материалов. Если ученым удастся масштабировать и контролировать этот эффект, то он может стать основой для новых типов материалов — самовосстанавливающихся металлов и сплавов. Это особенно актуально для аэрокосмической, автомобильной, строительной и электронной промышленности, где микротрещины и повреждения — постоянная проблема.