Cercetătorii au observat șocați cum un metal s-a autovindecat

Dr. Michael Demkowicz a prezis autovindecarea la metale; vara aceasta, s-a observat în cele din urmă că un metal se poate autovindeca, ceea ce i-a șocat pe oamenii de știință din întreaga lume.

O fisură microscopică a crescut într-o bucată foarte mică de platină atunci când a fost supusă la întindere repetitivă. Experimentul, conceput pentru a studia creșterea fisurilor, a continuat așa cum era prezis pentru o perioadă. Dar apoi, s-a întâmplat ceva neașteptat. Fisura a încetat să crească și, în schimb, a început să se scurteze, „vindecându-se” efectiv.

• Cum au trecut razele cosmice prin atmosfera Pământului acum 41.000 de ani?
• Ce s-a întâmplat după ce oamenii de știință au declanșat mini-cutremure în laborator

Această observație incredibilă a fost făcută de un grup de cercetători de la Sandia National Laboratories (SUA) în timp ce efectuau experimente de fractură pe metale nanocristaline. Descoperirile au fost publicate recent în revista Nature.

Acest metal se poate autovindeca

Ar fi rezonabil să credem, înainte de această descoperire, că faptul că un metal se poate autovindeca este ceva demn de o poveste științifico-fantastică. Dr. Michael Demkowicz, profesor la departamentul de știință și inginerie a materialelor de la Texas A&M University (SUA) și coautor al studiului recent, nu a avut astfel de presupuneri.

În urmă cu zece ani, în timp ce era profesor asistent la departamentul de știință și inginerie a materialelor în cadrul Institutului de Tehnologie din Massachusetts (MIT, din SUA), Demkowicz și un student au prezis autovindecarea la metale.

„Nu ne-am propus să observăm vindecare. Studentul Guoxiang Xu efectua simulări ale fracturii. Am observat accidental vindecarea spontană într-una dintre simulările sale și am decis să continuăm”, a spus Demkowicz.

Atunci, la fel ca acum, rezultatele din 2013 au fost surprinzătoare. Demkowicz a adăugat că el, studentul său și colegii săi erau toți oarecum sceptici față de teoria originală. Cu toate acestea, modelele sale de simulare au avut parte de multe reproduceri și extinderi de către alți cercetători în anii care au urmat, scrie SciTechDaily.

„A devenit clar că simulările nu au fost greșite, deoarece alții au văzut același efect în munca lor de modelare. Cu toate acestea, experimentele nu erau la îndemână până acum”, a spus Demkowicz.

Pe ce s-au bazat experimentele?

Atât modelele din 2013, cât și experimentul recent au folosit metale nanocristaline, care au o structură cristalină (adică dimensiunea granulelor) măsurată la scară nanometrică (o milionime dintr-un milimetru). Deși nu sunt utilizate la scară largă în aplicații de inginerie, majoritatea metalelor pot fi fabricate sub această formă, potrivit lui Demkowicz.

El a explicat în continuare că metalele nanocristaline facilitează studiul autovindecării, deoarece dimensiunea mică a granulelor permite mai multe caracteristici microstructurale cu care pot interacționa chiar și fisurile mici.

Ambele studii au descoperit că o astfel de caracteristică, granițele granulelor, poate afecta vindecarea fisurilor în funcție de direcția de migrare a limitei în raport cu fisura. Demkowicz a adăugat că aceste caracteristici sunt comune în multe metale și aliaje și pot fi manipulate.

„Impactul principal al lucrării actuale este de a arăta că acest fenomen are loc în realitate. Nu am început încă să optimizăm microstructurile pentru autovindecare. Identificarea celor mai bune modificări pentru a promova autovindecarea este o provocare pentru munca viitoare”, a spus Demkowicz.

La ce ne-ar putea ajuta faptul că un metal se poate autovindeca?

Aplicațiile potențiale ale acestei lucrări ar putea varia foarte mult. Demkowicz sugerează că autovindecarea ar putea fi posibilă în metalele convenționale cu granule de dimensiuni mai mari, dar vor fi necesare investigații viitoare.

O condiție comună atât teoriei din 2013, cât și experimentului recent este că ambele au fost efectuate în medii de vid, lipsite de materii străine. O astfel de materie exterioară ar putea interfera cu capacitatea suprafețelor cu fisuri de a se lipi sau de a se suda la rece. Chiar și cu această limitare, aplicațiile ar putea fi în continuare posibile pentru tehnologia spațială sau fisuri interne care nu sunt expuse la aerul exterior.

„Este un experiment uimitor. Cu toate acestea, cred că este și o victorie grozavă pentru teorie. Complexitatea materialelor face adesea dificilă prezicerea cu încredere a noilor fenomene. Această descoperire îmi dă speranța că modelele noastre teoretice ale comportamentului materialului sunt pe drumul cel bun”, a spus Demkowicz.

Vă recomandăm să citiți și:

China a descoperit un minereu de pământuri rare nemaivăzut până acum

Primele imagini cu mostrele colectate de misiunea NASA OSIRIS-REx de pe asteroidul Bennu

Materialul care stochează energia ce ar putea fi folosit în vehiculele și electronicele viitorului

Oamenii de știință au creat materiale ecologice inspirate de viermi