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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?qǐng)?bào) 來(lái)源：河南日?qǐng)?bào) 分享至：

科學(xué)家們首次目睹了金屬碎片在沒(méi)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(huì)帶來(lái)一場(chǎng)工程革命。

科學(xué)家首次目睹

在這場(chǎng)革命中，自我修復(fù)的發(fā)動(dòng)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(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和得克薩斯農(nóng)工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)19日在《自然》雜志上描述了此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)。

金屬納米級(jí)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室

此次，研究團(tuán)隊(duì)看到消失的裂縫是納米級(jí)的裂縫，雖小卻舉足輕重。桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(dòng)機(jī)，再到開(kāi)車經(jīng)過(guò)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(cè)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(shuō)中。此前理論認(rèn)為，金屬裂縫只會(huì)變大，而不會(huì)變小。2013年，科學(xué)家發(fā)表了一項(xiàng)基于計(jì)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合運(yùn)營(yíng)的集成納米技術(shù)中心，這一理論得到了證明。

研究團(tuán)隊(duì)此次開(kāi)發(fā)了一種每秒可重復(fù)拉動(dòng)金屬末端200次的技術(shù)，并使用專門(mén)的電子顯微鏡來(lái)評(píng)估裂縫是如何在一塊納米級(jí)的鉑片上形成和擴(kuò)展的。實(shí)驗(yàn)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(méi)有留下曾經(jīng)受損的痕跡。隨著時(shí)間的推移，裂縫又沿著不同的方向重新擴(kuò)展。

團(tuán)隊(duì)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(huì)帶來(lái)一場(chǎng)工程革命

此次研究團(tuán)隊(duì)看到消失的裂縫是納米級(jí)的裂縫，如果新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象能夠被利用，它可能會(huì)帶來(lái)一場(chǎng)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(huì)提高工業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)這兩項(xiàng)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(dòng)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(dòng)機(jī)可減少機(jī)件磨損，提高發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命，提高運(yùn)營(yíng)率，每年可節(jié)省巨額資金，從而提升綜合效益。

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