在科幻電影中，金屬自我修復(fù)的場景常常出現(xiàn)。然而，近日美國科學(xué)家首次親眼目睹了鉑和銅出現(xiàn)金屬疲勞裂紋后會自動愈合，這一發(fā)現(xiàn)令人驚嘆！通常人們認(rèn)為，金屬裂縫只會越來越大，但現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)證實(shí)，金屬也具有固有的自然修復(fù)能力，至少是在納米級疲勞損傷下。目前已經(jīng)開發(fā)出的自愈材料大都是塑料，但未來或許能夠開發(fā)出能自我修復(fù)的飛機(jī)、橋梁、發(fā)動機(jī)等工程設(shè)備。這對傳統(tǒng)理論提出挑戰(zhàn)，也為開發(fā)抗金屬疲勞材料帶來啟示。相關(guān)研究報告19日發(fā)表于《自然》雜志。

【意外發(fā)現(xiàn)】

美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室研究人員在一次實(shí)驗(yàn)中驚奇地發(fā)現(xiàn)金屬疲勞裂紋可自動愈合的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)室材料專家布拉德·博伊斯說，人們以前認(rèn)為金屬疲勞產(chǎn)生的裂紋只會越來越大，而不會變小。

他們本來是要研究一塊納米級鉑會如何產(chǎn)生裂紋以及裂紋如何擴(kuò)大。他們用特殊技術(shù)以每秒200次的頻率拉拽這塊金屬的兩頭。意外的是，最初金屬出現(xiàn)裂紋，接著裂紋擴(kuò)大，但是實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到40分鐘時，裂紋開始愈合，直到最終消失。

據(jù)路透社報道，研究人員用銅做實(shí)驗(yàn)，也發(fā)現(xiàn)了金屬裂紋自動愈合現(xiàn)象。

他們將這一發(fā)現(xiàn)告訴得克薩斯農(nóng)業(yè)與機(jī)械大學(xué)材料學(xué)家邁克爾·德姆科維奇。后者十年前曾借助計算機(jī)模擬技術(shù)預(yù)言金屬疲勞裂紋可自我愈合。

德姆科維奇用計算機(jī)模型重復(fù)了桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室研究人員的實(shí)驗(yàn)過程，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與他十年前的預(yù)言吻合。

科學(xué)家先前開發(fā)出一些有自我愈合功能的材料，不過大部分材料的材質(zhì)是塑料。金屬自我愈合的應(yīng)用先前只出現(xiàn)在一些科幻作品中。

【應(yīng)用前景】

博伊斯說，雖然只在鉑和銅上發(fā)現(xiàn)了金屬裂紋自動愈合現(xiàn)象，但是計算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)顯示，其他金屬也可能發(fā)生同樣情況，鋼等合金的裂紋也“完全有可能”自動愈合。新發(fā)現(xiàn)或有助于開發(fā)抗金屬疲勞材料。

金屬疲勞指金屬受到持續(xù)壓力或在反復(fù)運(yùn)動后受損，并隨著時間延續(xù)受損情況更加嚴(yán)重直至損壞的現(xiàn)象。金屬疲勞可能導(dǎo)致飛機(jī)上的重要零部件損壞，甚至釀成空難。橋梁等結(jié)構(gòu)的金屬部件也可能出現(xiàn)金屬疲勞，導(dǎo)致橋梁損壞甚至垮塌。

此次實(shí)驗(yàn)在真空環(huán)境中開展。博伊斯說，研究人員面臨的主要疑問之一是，如果不是在真空中，而是在空氣中，是否還能出現(xiàn)金屬裂紋自動愈合現(xiàn)象。

不過，他說，即便只有在真空環(huán)境中才能有這種現(xiàn)象，這一發(fā)現(xiàn)也有意義，或有助于開發(fā)更加耐用安全的航天器材料或防止物體表層下接觸不到空氣的金屬材料出現(xiàn)裂紋。

【這個發(fā)現(xiàn)或?qū)⒁l(fā)一場工程革命】

科學(xué)家們通過觀察金屬在特定條件下的自我修復(fù)過程，發(fā)現(xiàn)了一種新的自愈機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)金屬受到納米級疲勞損傷時，表面會形成一種微小的凸起結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以與周圍的金屬原子相互作用并促進(jìn)金屬分子之間的重組。這項(xiàng)研究還揭示了金屬自愈能力的潛在應(yīng)用前景。除了現(xiàn)有的應(yīng)用領(lǐng)域外，研究人員認(rèn)為，自愈材料還可以用于制造更加堅(jiān)固和耐用的產(chǎn)品。例如，未來的飛機(jī)、橋梁和發(fā)動機(jī)可能會采用自愈材料來增強(qiáng)其抗損能力和穩(wěn)定性。此外，自愈材料還可以用于制造可穿戴設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備和建筑材料等。

盡管這項(xiàng)研究取得了重大突破，但仍然需要進(jìn)一步的研究來完善自愈材料的制備方法和性能評估。未來的發(fā)展將取決于科學(xué)家們對金屬自愈機(jī)制的深入理解以及對新型自愈材料的開發(fā)和應(yīng)用。