От керамики до автомобильных покрытий, бетона и даже биопластика, вдохновленного зубами кальмара, научное сообщество десятилетиями было занято созданием материалов, которые могут восстанавливаться после повреждения. Но когда дело доходит до металлов, самовосстановление от крошечных трещин, вызванных временем, известное как усталостное повреждение, остается труднодостижимым.
Нанокусочек платины смог регенерировать как кожа человека — и никто не знает, почему
Долгое время считалось, что когда в металлической конструкции, такой как мост или двигатель, появляется трещина, со временем она будет только ухудшаться. Однако крошечный кусочек недавно смог доказать обратное.
Craig Fritz
«Предполагалось, что трещины в металлах будут только больше, а не меньше. Даже некоторые из основных уравнений, которые мы используем для описания роста трещин, исключают возможность таких процессов заживления», — рассказал Брэд Бойс, ученый из Sandia National Laboratories.
Вот почему Бойс и его коллеги из Техасского университета A&M были ошеломлены, когда увидели, как наноразмерный кусок платины срастается после того, как был сломан.
Команда пыталась исследовать, как в металле образуются трещины, используя технику электронного микроскопа, которая включала натяжение материала 200 раз в секунду. В то время как эта техника привела к разрыву платины, примерно через 40 минут эксперимента произошло неожиданное: небольшой участок повреждения сросся без какого-либо вмешательства со стороны исследователей, почти так же, как человеческая кожа заживает после пореза.
Компьютерное моделирование показывает направление вытягивания платины красными стрелками. Зеленая область представляет трещину, которая спонтанно зажила.
«Это было совершенно ошеломляюще — наблюдать из первых рук, — заявил Бойс, ведущий автор статьи, описывающей находку. — Мы подтвердили, что металлы обладают собственной естественной способностью к самовосстановлению, по крайней мере, в случае усталостного повреждения на наноуровне».
Это открытие заставило исследователей поверить в то, что, если механизм, лежащий в основе самопроизвольного восстановления, можно будет понять и использовать, это может изменить фундаментальный подход инженеров к проектированию и осмыслению стрессовых переломов, вызванных износом металлических конструкций.
Конечно, исследователи также быстро указывают, что они не только не совсем понимают, как платина «холодно сварила» себя, но и что их открытие произошло на наноуровне в вакууме, поэтому неизвестно, будут ли результаты перенесены в более крупные структуры в реальном мире.
«Степень, в которой эти результаты можно обобщить, вероятно, станет предметом обширных исследований», — добавил Бойс.