Впервые металл поймали на способности срастаться после трещин
Зелёным цветом на иллюстрации отмечено, где образовалась трещина, которая затем снова срослась. Трещина была чрезвычайно мала, поскольку перед нами отображение наноразмерного процесса самовосстановления металла. Явление обнаружили в Национальной лаборатории Сандия, США. Красные стрелки указывают направление сил, которые неожиданно вызвали явление.
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.
— 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.
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.
- Дмитрий Ладыгин
- phys.org
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
«Этого не должно происходить»: что ученые нашли в облаках Венеры
Там возможны абсолютно другие, просто невероятные формы жизни. И эксперименты это доказали...
Молилась и убивала: какой диагноз ставят Салтычихе психиатры и психологи?
Ученые говорят: феномен жестокости самой страшной помещицы России разгадан, но......
Супервспышка-1947: тогда Земля избежала триллиона бомб. Но успокоилось ли Солнце?
Астрофизики говорят, что нам очень повезло со звездой. Но шансы на глобальную катастрофу все-таки есть...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Камчатка 1000 лет назад: археологи заглянули в исчезнувший мир из космоса
Предков этих людей изгнало мощное извержение вулкана, но через столетия они вернулись в родные земли...
Жизнь за пределами Земли: что рассказала ученым межзвездная комета 3I/ATLAS?
Объект настолько древний, что его возраст крайне сложно представить. И это не единственная загадка пришельца из глубокого космоса...
Нашли тайную комнату в гробнице Тутанхамона: почему там может быть Нефертити?
Если гипотеза подтвердится, это будет крупнейшее археологическое открытие современной эпохи...
Астрономы поймали сигнал из космоса: пришельцы или помеха?
И почему главная проблема в том, что мы мастерски сами себе мешаем за пределами Земли?...
928 разбросанных костей в Гёбекли-Тепе: спустя 30 лет раскопок тайна древнейшего храма наконец-то раскрыта
Однако археологи признаются: от открытия им проще не стало. Напротив, все еще больше запуталось...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...