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
Что случится с Сибирью к 2080 году: прогноз красноярских ученых и эксперта NASA
Арбузы вместо мерзлоты, большая ложка дегтя и открытый финал — в одном из самых обстоятельных исследований о будущем России...
В морском льду Антарктиды протаяла дыра площадью с Португалию. Теперь ученые знают, почему
Эксперты говорят: сбой ледового ритма опасен для Мирового океана и планеты в целом...
За 320 миллионов лет Земля как минимум 4 раза опрокидывалась набок
Поразительное, но такое заваливание идет прямо сейчас. И геологи рассказали, как и почему это происходит...
Раскрыта 217-летняя тайна: искусственный интеллект взломал зашифрованное письмо Наполеона
Нейросети последних лет — это реальный прорыв: только за несколько недель было вскрыто более 30 безнадежных шифров...
Почти детективная история: в Ленобласти обнаружен самый большой клад серебра за всю историю
Среди находок две уникальные монеты, которых всего четыре в мире, включая, а также языческие вороны Одина… среди православных крестов...
Он помогал нести крест Христу: надпись на саркофаге проливает свет на библейского персонажа
2000-летний гроб был найден еще 1941 году, но ученые до сих пор не пришли к какому-то общему мнению. Почему?...
40 000-летний подводный город нашли в Турции: почему официальная наука против такой даты?
Интересно, что древний объект находится недалеко от горы Арарат, где прямо сейчас ищут легендарный Ноев ковчег...
Искусственная гравитация: ученые рассказали, появится ли вообще главная фишка из фантастических фильмов в космосе
Космические инженеры знают три способа обмануть невесомость. Но пока рабочий из них только один, да и то есть нюансы...
Искусственный интеллект «ненавидит»… белых мужчин: новое исследование еще раз подтвердило западный тренд
Появление нейросетей значительно ухудшило положение одной из групп белого населения в Америке и Европе...
Кита лечили тем, от чего обычно умирают: этот эксперимент изменил медицину
Одиннадцатилетняя белуха угасала от неизлечимой болезни, и тогда ученые пошли на рискованные опыты...
100-летняя страшная история с черепами у древнеегипетских гробниц наконец-то прояснилась
Неожиданно оказалось, что человеческие жертвоприношения 5000 лет назад совершались совсем не так, как описано в древних табличках...
Тайна Мертвого моря: что «кипятит» водоем изнутри, рассказали ученые
Оказалось, что в кристалликах соли скрыта история прошедших эпох...
Аура цвета индиго: как появился этот феномен и кем в итоге стали уникальные дети
Их называли будущим человечества, но чуда не случилось. Разбираемся, почему так произошло...
Главный поджигатель в истории Австралии: почему ученые обвиняют капитана Джеймса Кука в постоянных мегапожарах на Зеленом континенте?
Воскрешение традиции, которую сломали британские колонизаторы, поможет «потушить» Пылающую Австралию...
Секрет марсианского «невозможного» облака-призрака наконец-то разгадан
Как оказалось, на Красной планете работает физика, которая на Земле считалась чистой теорией...