Intrygujące odkrycie. Pęknięty kawałek metalu sam się naprawił

Badacze po raz pierwszy zaobserwowali, jak kawałki metalu pękają, a następnie łączą się z powrotem bez interwencji człowieka. Jeśli nowo odkryte zjawisko uda się wykorzystać, może to zapoczątkować rewolucję w inżynierii.

Metal sam się naprawił - zdjęcie ilustracyjneMetal sam się naprawił - zdjęcie ilustracyjne
Źródło zdjęć: © Dan Thompson, Sandia National Laboratories

Nowo odkryte zjawisko może pozwolić na tworzenie samonaprawiających się silników, mostów, samolotów i innych urządzeń. Obiekty, które samoistnie będą niwelować uszkodzenia spowodowane zużyciem, będą bezpieczniejsze i trwalsze.

– Obserwacja tego zjawiska była absolutnie oszałamiająca. Potwierdziliśmy, że metale mają wrodzoną, naturalną zdolność do samoleczenia, przynajmniej w przypadku uszkodzeń zmęczeniowych w nanoskali – mówi Brad Boyce, materiałoznawca, który brał udział w badaniach.

Odkrycie zespołu badawczego z Sandia National Laboratories i Texas A&M University opisano w magazynie "Nature" (DOI: 10.1038/s41586-023-06223-0).

Zmęczenie materiału

Uszkodzenia spowodowane zmęczeniem materiału bardzo często prowadzą do awarii urządzeń. Powtarzające się naprężenia lub ruchy powodują powstawanie mikroskopijnych pęknięć. Z biegiem czasu te pęknięcia rosną i rozprzestrzeniają się, aż w końcu cała konstrukcja się psuje.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

ZOBACZ TAKŻE: Czy warto kupić smartwatch Huawei Watch 4 Pro?

Obserwowane przez zespół pęknięcie miało kilka nanometrów, ale w końcu mogłoby się powiększyć. – Połączenia lutowane w naszych urządzeniach elektronicznych, silniki pojazdów i mosty psują się i pękają z powodu rozrastania się nanopęknięć. Kiedy zawiodą, musimy liczyć się z kosztami wymiany, stratą czasu, a w niektórych przypadkach nawet z obrażeniami lub utratą życia. Ekonomiczny wpływ tych awarii jest mierzony w Stanach Zjednoczonych w setkach miliardów dolarów rocznie – wyjaśnia Boyce.

Naukowcy stworzyli już wcześniej pewne samonaprawiające się materiały, głównie tworzywa sztuczne. Jednak metal, który samoczynnie się zrasta, był do tej pory domeną science fiction.

– Nawet niektóre podstawowe równania, których używamy do opisu wzrostu pęknięć, wykluczają możliwość takich procesów samoczynnego "gojenia" – mówi Boyce.

Nieoczekiwane odkrycie

W 2013 r. Michael Demkowicz z Massachusetts Institute of Technology opublikował koncepcją opartą na wynikach symulacji komputerowych. Według niej, w pewnych warunkach metal powinien być w stanie samoczynnie "zaleczyć" pęknięcia powstałe w wyniku uszkodzeń zmęczeniowych.

Odkrycie, że jego koncepcja jest prawdziwa, nastąpiło przypadkowo. Prof. Khalid Hattar z Uniwersytetu Tennessee i Chris Barr z Departamentu Energii USA prowadzili eksperymenty w laboratorium Sandia. Chcieli ocenić, w jaki sposób powstają i rozprzestrzeniają się mikropęknięcia w kawałku platyny. W tym celu wykorzystali mikroskop elektronowy i urządzenie, które rozciągało kawałek metalu dwieście razy na sekundę.

Niespodziewanie, około 40 minut po rozpoczęciu eksperymentu, uszkodzenia same się naprawiły. Mikropęknięcie złączyło się i nie pozostał po nim ślad.

Boyce podzielił się swoimi odkryciami z Demkowiczem, który "bardzo się ucieszył". Następnie profesor odtworzył eksperyment na modelu komputerowym i udowodnił, że zjawisko obserwowane w Sandii było tym samym, o którym teoretyzował wiele lat wcześniej.

Potrzebne są dalsze badania nad samoleczeniem metali. Nie wiadomo, czy zjawisko będzie można wykorzystać na szeroką skalę. – Proces zaobserwowaliśmy w metalach nanokrystalicznych w próżni. Ale nie wiemy, czy będzie można go wywołać w innych materiałach w środowisku naturalnym – zaznacza Boyce.

Jednak mimo wszystkich niewiadomych odkrycie pozostaje krokiem milowym dla materiałoznawstwa.

Źródło: Sandia National Laboratories

Źródło artykułu:

Wybrane dla Ciebie

Rewolucja w budownictwie: samonaprawiające się budynki z grzybów
Rewolucja w budownictwie: samonaprawiające się budynki z grzybów
Mają obserwować reaktor. Specjalne ukraińskie jednostki w Czarnobylu
Mają obserwować reaktor. Specjalne ukraińskie jednostki w Czarnobylu
"Trzeci stan istnienia". Komórki martwych organizmów mogą się przekształcać
"Trzeci stan istnienia". Komórki martwych organizmów mogą się przekształcać
Winny jest ozon. Zmiany klimatyczne nieustannie postępują
Winny jest ozon. Zmiany klimatyczne nieustannie postępują
Zaskakują dokładnością. Te prognozy zmian klimatycznych mają 30 lat
Zaskakują dokładnością. Te prognozy zmian klimatycznych mają 30 lat
Robił zdjęcia w Wielkiej Brytanii. Nagle jego torba zaczęła się ruszać
Robił zdjęcia w Wielkiej Brytanii. Nagle jego torba zaczęła się ruszać
Organizmy odporne na ekstremalne temperatury. Odkrycia naukowców
Organizmy odporne na ekstremalne temperatury. Odkrycia naukowców
Działa całą dobę. Ta chińska elektrownia jest niezwykła
Działa całą dobę. Ta chińska elektrownia jest niezwykła
"Cmentarzysko okrętów". Odkryto 13 wraków z czasów II wojny światowej
"Cmentarzysko okrętów". Odkryto 13 wraków z czasów II wojny światowej
Zaskakuje od dekad. Wow! silniejszy niż dotychczas sądzono
Zaskakuje od dekad. Wow! silniejszy niż dotychczas sądzono
Z nich pochodzi 1/3 energii w Polsce. Tak działają wiatraki
Z nich pochodzi 1/3 energii w Polsce. Tak działają wiatraki
Manipulują czasem. To kwantowy teatr gdzie można "przewijać sceny"
Manipulują czasem. To kwantowy teatr gdzie można "przewijać sceny"