Pęknięty kawałek metalu sam się zagoił. Zdarzenie bez precedensu
To nie powinno się wydarzyć, ale tak właśnie było – naukowcy w trakcie eksperymentu zauważyli, że pęknięty kawałek metalu „wyleczył się”. Stwierdzili, że do tej pory nie widzieli czegoś podobnego. Czy jest to początek dla zupełnie nowej ery inżynierii?
Naukowcy z Sandia National Laboratories i Texas A&M University prowadzili analizy sprężystości metali, wykorzystując do tego techniki transmisyjnego mikroskopu elektronowego. Następnie w trakcie badań, zaczęli rozciągać niewielki kawałek platyny.
W ten sposób powstały pęknięcia, które są rodzajem tzw. uszkodzeń zmęczeniowych.
Uszkodzenia zmęczeniowe to mikroskopijne pęknięcia, które powstają w trakcie powtarzających się naprężeń i ruchów, które ostatecznie uszkadzają maszyny i konstrukcje. Jak zauważyli naukowcy, po około 40 minutach obserwacji, jedno pęknięcie w badanym kawałku platyny zaczęło się samoistnie łączyć i naprawiać. Następnie pęknięcie zaczęło rozchodzić się w innym kierunku.
Jak powiedział dr Brad Boyce z Sandia National Laboratories: - To było absolutnie oszałamiające do obejrzenia z pierwszej ręki. Z pewnością czegoś takiego nie szukaliśmy.
Naukowcy nie wiedzą dokładnie, w jaki sposób to się wydarzyło. W swoim artykule naukowym napisali: "Nieoczekiwanie zaobserwowano gojenie się pęknięć w procesie, który można opisać jako zgrzewanie boczne pęknięć na zimno, wywołane połączeniem lokalnego stanu naprężenia i migracji granic ziaren".
Dalej stwierdzają, że: "Założenie, że pęknięcia zmęczeniowe mogą samoczynnie goić się w metalach poprzez lokalną interakcję z cechami mikrostruktury, stanowi wyzwanie dla najbardziej fundamentalnych teorii dotyczących projektowania i oceny trwałości zmęczeniowej materiałów konstrukcyjnych przez inżynierów".
Obecnie naukowcy zastanawiają się, w jaki sposób można wykorzystać to bezprecedensowe wydarzenie. Media już piszą o mostach, telefonach, czy silnikach zbudowanych z samonaprawiających się metali - oznaczałoby to zupełnie nową erę inżynierii.
Co ciekawe, jeden ze współautorów analiz, dr Michael Demkowicz z Texas A&M University w 2013 roku pracował nad badaniem, które przewidywało gojenie się nanopęknięć wewnątrz metali - materiał miał "przesuwać swoje granice w odpowiedzi na stres".
Warto również zauważyć, że w nowych badaniach proces samonaprawiania się metalu odbywał się w temperaturze pokojowej oraz w próżni. Zazwyczaj metale wymagają wysokiej temperatury, by zmienić swoją formę. W kolejnych badaniach naukowcy chcą sprawdzić, czy ten sam proces może zachodzić w konwencjonalnych metalach w "typowym środowisku".
Jak powiedział Boyce: - Zakres, w jakim te odkrycia można uogólnić, prawdopodobnie stanie się przedmiotem szeroko zakrojonych badań. Pokazujemy, że dzieje się to w metalach nanokrystalicznych w próżni. Ale nie wiemy, czy można to również wywołać w konwencjonalnych metalach w powietrzu.
Z kolei Demkowicz dodaje: - Mam nadzieję, że to odkrycie zachęci badaczy materiałów do rozważenia, że w odpowiednich okolicznościach materiały mogą robić rzeczy, których nigdy się nie spodziewaliśmy. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym Nature.
