Учёные впервые стали свидетелями того, как куски металла трескаются, а затем снова соединяются без специального вмешательства человека.
Повреждения в результате так называемой усталости материала — это один из видов износа машин и, в конечном итоге, причина их поломки. Повторяющееся напряжение или колебания вызывает образование микроскопических трещин. Со временем эти трещины растут и распространяются до тех пор, пока не раздастся щелчок. И всё, ремонт или в утиль.
Да, учёные уже создали ранее некоторые самовосстанавливающиеся материалы, в основном пластмассы. Но понятие самовосстанавливающегося металла в значительной степени было из области научной фантастики. Традиционно считалось, что трещины в металлах будут только увеличиваться, а не уменьшаться. Даже основные уравнения, которыми описывают рост трещин, исключают возможность «заживления».
В 2013 году Майкл Демкович, ныне профессор Техасскогоу университекта агрономии и механики (Texas A & M), начал углубляться в традиционную теорию материалов. И опубликовал гипотезу, основанную на результатах компьютерного моделирования. Согласно его идее, при определённых условиях металл должен сможет «заваривать» трещины, образовавшиеся в результате износа.
Подтверждение его теория в итоге увидели в Центре интегрированных нанотехнологий Сандии. Профессор Халид Хаттар и Крис Барр проводили эксперимент и случайно сделали открытие. Они всего лишь хотели оценить, как образуются и распространяются трещины в наноразмерном куске платины. Для опытов использовали разработанную ими специальную технику с использованием электронного микроскопа, которая позволяет многократно и часто-часто, по 200 раз в секунду, растягивать края металла.
Удивительно, но примерно через 40 минут эксперимента повреждения изменили направление. Один конец трещины сросся, как будто дефект пошёл вспять по собственным следам, не оставляя в итоге прежнего повреждения. Причём со временем под воздействием растяжения трещина начинала расти в ином направлении.
Первооткрыватели назвали это «беспрецедентным прозрением». И поделились своими выводами с профессором Майклом Демковичем. Затем Демкович воссоздал эксперимент в компьютерной модели и подтвердил, что явление, наблюдаемое в Сандии, было тем самым, о чём он рассуждал теоретически десять лет тому назад.
Впрочем, многое о процессе самовосстановления остаётся неизвестным, как и то, получит ли он практическое применение.
Мы показали, что это происходит с нанокристаллическими металлами в вакууме. Но мы пока не знаем, произойдёт ли то же самое с обычными металлами в воздушной среде
— Брэд Бойс, специалист по материалам лаборатории Сандия.
И несмотря на все эти вопросы, открытие всё равно оказалось на переднем крае материаловедения. А если удастся использовать обнаруженное явление, это может привести к инженерной революции. Например, забрезжила перспектива самовосстанавливающихся двигателей, мостов и самолётов, в которых будут самоустраняться повреждения, вызванные износом.
