ชิ้นส่วนโลหะที่ร้าวหายได้เองในการทดลองที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ตกตะลึง

จัดเก็บสิ่งนี้ไว้ใต้ 'นั่นไม่ควรจะเกิดขึ้น!' ในการทดลอง นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นโลหะที่รักษาตัวเองได้ หากสามารถเข้าใจและควบคุมกระบวนการนี้ได้อย่างสมบูรณ์ เราก็อาจอยู่ในจุดเริ่มต้นของยุคใหม่ของวิศวกรรม

ในการศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อปีที่แล้ว ทีมงานจาก Sandia National Laboratories และ Texas A&M University กำลังทดสอบความยืดหยุ่นของโลหะ โดยใช้การส่งผ่านแบบพิเศษกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเทคนิคดึงปลายโลหะ 200 ครั้งทุกวินาที

จากนั้นพวกเขาสังเกตเห็นการรักษาตัวเองด้วยเกล็ดขนาดเล็กพิเศษในแผ่นแพลตตินัมหนา 40 นาโนเมตรที่แขวนอยู่ในสุญญากาศ

รอยแตกที่เกิดจากความเครียดที่อธิบายไว้ข้างต้นเรียกว่าความเสียหายจากความเมื่อยล้า: ความเครียดและการเคลื่อนไหวซ้ำๆ ซึ่งทำให้เกิดการแตกหักด้วยกล้องจุลทรรศน์ ส่งผลให้เครื่องจักรหรือโครงสร้างแตกหักในที่สุด

น่าประหลาดใจที่หลังจากการสังเกตการณ์ประมาณ 40 นาที รอยแตกในแพลตตินัมเริ่มหลอมกลับเข้าด้วยกันและซ่อมแซมตัวเอง ก่อนที่จะเริ่มต้นอีกครั้งในทิศทางอื่น

“มันน่าทึ่งมากที่ได้ดูโดยตรง”พูดว่าแบรด บอยซ์ นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุจาก Sandia National Laboratories เมื่อมีการประกาศผล

“เราไม่ได้มองหามันอย่างแน่นอน สิ่งที่เรายืนยันได้ก็คือโลหะมีความสามารถตามธรรมชาติในการรักษาตัวเอง อย่างน้อยก็ในกรณีของความเสียหายจากความเมื่อยล้าในระดับนาโน”

นี่เป็นเงื่อนไขที่แน่นอน และเรายังไม่ทราบแน่ชัดว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร หรือเราจะนำไปใช้ได้อย่างไร อย่างไรก็ตาม หากคุณคิดถึงต้นทุนและความพยายามที่จำเป็นสำหรับการซ่อมทุกอย่างตั้งแต่เครื่องยนต์ไปจนถึงโทรศัพท์ ไม่อาจบอกได้ว่าโลหะที่สามารถรักษาตัวเองได้จะมีความแตกต่างกันมากเพียงใด

แม้ว่าการสังเกตจะไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน แต่ก็ไม่ใช่เรื่องที่คาดไม่ถึงเลย ในปี 2013 Michael Demkowicz นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุจากมหาวิทยาลัย Texas A&M ได้ทำการศึกษาวิจัยชิ้นหนึ่งทำนายว่าการบำบัดแบบนาโนแคร็กแบบนี้สามารถเกิดขึ้นได้ โดยได้รับแรงผลักดันจากเม็ดผลึกเล็กๆ ภายในโลหะ ซึ่งเปลี่ยนขอบเขตของพวกมันเป็นหลักเพื่อตอบสนองต่อความเครียด-

Demkowicz ยังได้ศึกษาเรื่องนี้โดยใช้การอัปเดตโมเดลคอมพิวเตอร์เพื่อแสดงให้เห็นว่าทฤษฎีเก่าแก่หลายทศวรรษของเขาเกี่ยวกับพฤติกรรมการรักษาตัวเองของโลหะในระดับนาโนตรงกับสิ่งที่เกิดขึ้นที่นี่

กระบวนการซ่อมแซมอัตโนมัติเกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้องเป็นอีกแง่มุมที่น่าหวังของการวิจัย โลหะมักจะต้องใช้ความร้อนมากมายเพื่อเปลี่ยนรูปแบบ แต่การทดลองดำเนินการในสุญญากาศ คงต้องรอดูกันว่ากระบวนการเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นกับโลหะทั่วไปในสภาพแวดล้อมทั่วไปหรือไม่

คำอธิบายที่เป็นไปได้เกี่ยวข้องกับกระบวนการที่เรียกว่าการเชื่อมเย็นซึ่งเกิดขึ้นภายใต้อุณหภูมิโดยรอบเมื่อใดก็ตามที่พื้นผิวโลหะเข้ามาใกล้กันมากพอที่อะตอมของพวกมันจะพันกัน

โดยทั่วไปแล้ว ชั้นอากาศหรือสารปนเปื้อนบางๆ จะรบกวนกระบวนการนี้ ในสภาพแวดล้อมเช่นสุญญากาศในอวกาศ โลหะบริสุทธิ์สามารถถูกบีบให้ชิดกันมากพอที่จะเกาะติดกัน

"ความหวังของฉันคือการค้นพบนี้จะช่วยกระตุ้นให้นักวิจัยด้านวัสดุพิจารณาว่าภายใต้สถานการณ์ที่ถูกต้อง วัสดุสามารถทำสิ่งที่เราไม่เคยคาดหวังได้"พูดว่าเดมโควิคซ์.

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในธรรมชาติ-

บทความนี้ฉบับก่อนหน้าเผยแพร่ในเดือนกรกฎาคม 2023