ekipa znanstvenikov Nacionalni laboratoriji Sandia in Teksaška univerza A&M Pred kratkim so prvič opazili presenetljiv pojav: drobce Kovina razidejo, nato pa se spet združijo brez človekovega posredovanja.

Če bi ta osupljivi pojav lahko izkoristili, bi to lahko pripeljalo do inženirske revolucije, v kateri bi lahko samopopravljivi mostovi, motorji ali letala odpravili obrabo in tako postali varnejši in dolgotrajnejši.

“Prav neverjetno je bilo videti to prvič,” je dejal Brad Boyce, znanstvenik za materiale pri Sandia. “Potrdili smo, da imajo kovine svojo notranjo, naravno sposobnost, da se same pozdravijo, vsaj v primeru poškodb zaradi utrujenosti na nanometru.”

Majhni zlomi, velike težave

Poškodba zaradi utrujenosti je eden glavnih načinov, kako se stroj obrabi in sčasoma pokvari. Pri ponavljajočih se obremenitvah ali gibanju se sčasoma pojavijo mikroskopske razpoke, ki se večajo in na koncu povzročijo popolno odpoved opreme.

Razpoka, ki so jo raziskovalci videli izginiti v trenutni študiji, je bila ena od teh majhnih (merjenih v nanometrih), a posledičnih zlomov.

“Od spajkalnih spojev v naših elektronskih napravah do motorjev naših vozil do mostov, po katerih se vozimo, te strukture pogosto nepričakovano odpovejo zaradi cikličnih obremenitev, začnejo pokati in se sčasoma zlomiti,” je pojasnil Boyce.

»Ko odpovejo, se moramo ukvarjati s stroški zamenjave, izgubljenim časom in v nekaterih primerih celo s poškodbami ali izgubo življenja. Gospodarski učinek teh napak se vsako leto za ZDA meri v stotinah milijard dolarjev.

nepričakovane možnosti

Po besedah ​​Boycea, čeprav so znanstveniki že ustvarili nekaj samozdravljivih materialov (večinoma plastike), so do nedavnega mislili, da so samozdravilne kovine nemogoče. »Pričakovati je bilo, da bodo razpoke v kovinah samo večje, ne manjše. Tudi nekatere osnovne enačbe, ki jih uporabljamo za opis rasti razpok, izključujejo možnost takšnih procesov celjenja,« je dejal.

Vendar pa je bila leta 2013 že teoretizirana možnost samozdravljenja kovin Študij vodil Michael Demkowicz, ki je bil takrat docent za znanost o materialih in tehniko Massachusetts Institute of Technology (MIT), trenutno pa je redni profesor na Texas A&M.

Na podlagi računalniških simulacij je Demkowicz trdil, da bi morale biti kovine pod določenimi pogoji sposobne variti in zapreti razpoke, ki nastanejo zaradi obrabe.

jasni dokazi

Zdaj so strokovnjaki pri Sandia nenamerno našli jasne dokaze za to hipotezo, medtem ko so ocenjevali, kako se razpoke oblikujejo in širijo skozi nanometrski kos platine z uporabo posebne tehnike elektronskega mikroskopa, ki lahko večkrat raztegne konce kovine 200-krat na sekundo.

Presenetljivo je, da se je po približno 40 minutah na enem mestu poškodba nenadoma obrnila, en konec razpoke se je spet združil, kot da bi sledil svojim korakom, in ni pustil sledi prejšnje poškodbe. Kasneje se je razpoka ponovno začela povečevati v drugo smer.

Potrebnih je več raziskav, da bi ocenili, ali bi takšni procesi samozdravljenja lahko postali praktična orodja v proizvodnji.

»V kolikšni meri so te ugotovitve posplošljive, bo verjetno postalo predmet obsežnih raziskav. Pokazali smo, da se to dogaja v nanokristalnih kovinah v vakuumu. Vendar ne vemo, ali ga je mogoče inducirati tudi v običajnih kovinah v zraku,” je dejal Boyce.

“Upam, da bo to odkritje spodbudilo raziskovalce materialov, da menijo, da lahko materiali pod pravimi pogoji naredijo stvari, ki jih nikoli nismo pričakovali,” je zaključil Demkowicz.

Ta študija je objavljena v reviji Narava,

Samozdravljive kovine so vznemirljivo področje raziskav v znanosti o materialih. Izraz se nanaša na kovine, ki imajo sposobnost, da se same zacelijo, potem ko so poškodovane ali korodirane.

Ta postopek običajno vključuje avtonomno popravilo poškodb, kot so razpoke ali korozija, ki bi lahko ogrozila strukturno celovitost kovine.

Za ustvarjanje samozdravljivih kovin znanstveniki običajno uvedejo mehanizem, ki se lahko odzove na pojav poškodb. To je mogoče storiti na več širokih načinov:

Mikrokapsulacija

Majhne kapsule, napolnjene z zdravilnimi sredstvi, so razporejene po kovini. Ko pride do razpoke ali poškodbe, zlomi te kapsule in sprosti zdravilno sredstvo. Nato lahko reagira s kovino ali kakšnim drugim sredstvom, da “zaceli” razpoko in prepreči njeno nadaljnje širjenje.

notranje samozdravljenje

Nekatere zlitine imajo notranjo sposobnost samozdravljenja, saj lahko tvorijo oksidne plasti, ki ščitijo osnovno kovino pred nadaljnjo korozijo. Ta pristop se lahko spodbuja s skrbnim nadzorom legirnih elementov, toplotne obdelave ali mikrostrukture materiala, da se spodbudijo koristne fazne transformacije ali drugi procesi samozdravljenja.

,

Avtor: Andrej Ionescu, earth.com osebje Pisatelj

preverite nas EarthSnapPred vami je brezplačna aplikacija Eric Rawls in earth.com,