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金屬能自我修復(fù)？科學(xué)家首次目睹！

2023-07-21 16:08:26 作者：河南日報來源：河南日報分享至：

科學(xué)家們首次目睹了金屬碎片在沒有任何人為干預(yù)的情況下破裂，然后又重新融合在一起。如果新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象能夠被利用，它可能會帶來一場工程革命。

科學(xué)家首次目睹

在這場革命中，自我修復(fù)的發(fā)動機(jī)、橋梁和飛機(jī)可消除磨損造成的損害，使其變得更安全、更持久。美國桑迪亞國家實驗室和得克薩斯農(nóng)工大學(xué)的研究團(tuán)隊19日在《自然》雜志上描述了此項發(fā)現(xiàn)。

金屬納米級自我修復(fù)的藝術(shù)渲染圖。綠色標(biāo)記了裂縫形成的地方，然后又融合在一起。紅色箭頭表示意外觸發(fā)該現(xiàn)象的拉力方向。圖片/桑迪亞國家實驗室

此次，研究團(tuán)隊看到消失的裂縫是納米級的裂縫，雖小卻舉足輕重。桑迪亞國家實驗室材料科學(xué)家布拉德·博伊斯表示，從電子設(shè)備中的焊點(diǎn)到車輛的發(fā)動機(jī)，再到開車經(jīng)過的橋梁，這些結(jié)構(gòu)經(jīng)常由于循環(huán)載荷而出現(xiàn)不可預(yù)測的故障，從而導(dǎo)致裂縫萌生并最終斷裂。

是材料科學(xué)前沿的一次飛躍

自我修復(fù)金屬的概念在很大程度上一直僅存在于科幻小說中。此前理論認(rèn)為，金屬裂縫只會變大，而不會變小。2013年，科學(xué)家發(fā)表了一項基于計算機(jī)模擬結(jié)果的新理論，即在一定條件下，金屬能夠愈合因磨損而形成的裂縫。在桑迪亞和洛斯阿拉莫斯國家實驗室聯(lián)合運(yùn)營的集成納米技術(shù)中心，這一理論得到了證明。

研究團(tuán)隊此次開發(fā)了一種每秒可重復(fù)拉動金屬末端200次的技術(shù)，并使用專門的電子顯微鏡來評估裂縫是如何在一塊納米級的鉑片上形成和擴(kuò)展的。實驗進(jìn)行了大約40分鐘后，損傷發(fā)生逆轉(zhuǎn)。裂縫的一端重新融合在一起，沒有留下曾經(jīng)受損的痕跡。隨著時間的推移，裂縫又沿著不同的方向重新擴(kuò)展。

團(tuán)隊表示，這一發(fā)現(xiàn)是材料科學(xué)前沿的一次飛躍。

它可能會帶來一場工程革命

此次研究團(tuán)隊看到消失的裂縫是納米級的裂縫，如果新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象能夠被利用，它可能會帶來一場工程革命。

業(yè)內(nèi)人士指出，金屬自我修復(fù)如果能加以利用，將會提高工業(yè)產(chǎn)品的競爭能力，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對實現(xiàn)節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)這兩項人類可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)具有重要意義。

在交通運(yùn)輸方面，以燃油為能源的汽車、船舶，其發(fā)動機(jī)在使用中發(fā)生的內(nèi)部磨損和燃油消耗率逐步增大，自我修復(fù)的發(fā)動機(jī)可減少機(jī)件磨損，提高發(fā)動機(jī)使用壽命，提高運(yùn)營率，每年可節(jié)省巨額資金，從而提升綜合效益。

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