7月25日消息，許多金屬一旦斷裂，通常無法在沒有外力的情況下自行修復(fù)。然而，最近的一個科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，銅、鉑等少量金屬在納米級別上具有“內(nèi)在自我修復(fù)”能力，這一發(fā)現(xiàn)可能會改變未來的工程設(shè)計。

這項(xiàng)研究上周在《自然》期刊上發(fā)表，由新墨西哥州阿爾伯克基的桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室和得克薩斯A&M大學(xué)的材料科學(xué)團(tuán)隊(duì)共同完成。在觀測銅和鉑樣品的40分鐘內(nèi)，他們觀察到這些金屬具有自我修復(fù)的能力，就像裂縫從未出現(xiàn)過一樣。

這一發(fā)現(xiàn)對于許多研究人員來說是一個驚喜，但也證實(shí)了由麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程教授Michael Demkowicz首次提出的十年前的理論。然而，這個理論一直沒有經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證實(shí)。因此，這項(xiàng)新的研究成果可以說是對Demkowicz理論的有力支持。

在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們使用了先進(jìn)的電子顯微鏡技術(shù)，將銅和鉑樣品放入真空室中觀察其斷裂行為。他們發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，銅和鉑的斷裂表面會重新聚攏，并且裂縫消失。這種自愈現(xiàn)象并不僅僅是表面層的重新排列，而是銅和鉑原子在裂縫附近重新排列，填補(bǔ)裂縫的空隙。

這一發(fā)現(xiàn)對于工程設(shè)計具有重要意義。目前，當(dāng)金屬構(gòu)件發(fā)生斷裂時，往往需要進(jìn)行修復(fù)或更換。而如果金屬材料本身具有自愈能力，那么就能夠延長金屬構(gòu)件的使用壽命，減少維修和更換的成本。此外，自愈能力也可以提高金屬構(gòu)件的安全性和可靠性，減少事故的發(fā)生。

對于銅和鉑等金屬具有自愈能力的原因，科學(xué)家們提出了一種可能的解釋。他們認(rèn)為，銅和鉑的晶體結(jié)構(gòu)具有一定的彈性，在受到外力作用時能夠發(fā)生畸變。一旦外力消失，晶體結(jié)構(gòu)就會恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而導(dǎo)致裂縫的自愈。這一解釋得到了之前的計算機(jī)模擬結(jié)果的進(jìn)一步證實(shí)。

然而，雖然銅和鉑等金屬具有自愈能力，但這種能力并不是無窮無盡的。研究人員發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)力作用下，金屬的自愈能力會逐漸減弱。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定程度時，金屬就無法自愈了。因此，在實(shí)際工程設(shè)計中，還需要考慮金屬材料的自愈能力的局限性。

盡管如此，這項(xiàng)研究仍然為材料科學(xué)和工程領(lǐng)域帶來了新的突破?？茖W(xué)家們表示，他們將繼續(xù)深入研究金屬的自愈機(jī)制，以進(jìn)一步提高金屬材料的自愈能力。他們希望通過調(diào)控金屬材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)更好的自愈效果。

此外，科學(xué)家們還希望將這一發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到其他材料中。目前，他們正在研究其他金屬以及非金屬材料的自愈能力。如果能夠在更多的材料中發(fā)現(xiàn)自愈現(xiàn)象，那么將有望在未來實(shí)現(xiàn)更多材料的自愈性能，進(jìn)一步推動工程設(shè)計的發(fā)展。