Σε πείραμα που δημοσιεύτηκε το 2023, επιστήμονες παρατήρησαν ένα ραγισμένο τμήμα μετάλλου να επουλώνεται μόνο του. Αν και η αποκατάσταση έγινε σε νανοκλίμακα, η κατανόηση της φυσικής πίσω από τη διαδικασία θα μπορούσε να εμπνεύσει μια εντελώς νέα εποχή στη μηχανική και τα υλικά.
Πώς δημιουργήθηκε η ρωγμή στην πλατίνα
Ερευνητές από τα Sandia National Laboratories και το Πανεπιστήμιο Texas A&M δοκίμαζαν την ανθεκτικότητα ενός μικρού τεμαχίου πλατίνας αιωρούμενου σε κενό, χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο μετάδοσης ηλεκτρονίων και ασκώντας πίεση στις άκρες του μετάλλου 200 φορές το δευτερόλεπτο.
Κατά την παρατήρηση, είδαν το ρήγμα σε ένα φύλλο πάχους 40 νανομέτρων να επουλώνεται αυτόματα.
Το φαινόμενο της κόπωσης και η απρόσμενη επούλωση
Οι ρωγμές αυτού του είδους προκαλούνται από κόπωση υλικού, δηλαδή επαναλαμβανόμενη πίεση που δημιουργεί μικροσκοπικά σπασίματα και τελικά οδηγεί σε αστοχία μηχανών και δομών.
Το εντυπωσιακό ήταν ότι έπειτα από περίπου 40 λεπτά παρακολούθησης, η ρωγμή στην πλατίνα άρχισε να κλείνει και να συγκολλάται μόνη της – πριν ξεκινήσει ξανά σε διαφορετική κατεύθυνση.
Επιβεβαίωση παλιότερων θεωριών για αυτοθεραπεία μετάλλων
«Ήταν απολύτως συγκλονιστικό να το παρακολουθούμε σε πραγματικό χρόνο», δήλωσε ο επιστήμονας υλικών Brad Boyce. Το εύρημα επιβεβαιώνει θεωρίες του 2013 από τον Michael Demkowicz του Texas A&M, ο οποίος είχε προτείνει ότι τα μικροσκοπικά κρυσταλλικά όρια εντός των μετάλλων μπορούν να αναδιαταχθούν υπό πίεση, επιτρέποντας την αυτοεπούλωση.
Η ελπίδα για μελλοντική τεχνολογική εφαρμογή
Ένα ιδιαίτερα ελπιδοφόρο στοιχείο είναι ότι η επούλωση έγινε σε θερμοκρασία δωματίου. Το γεγονός αυτό ανοίγει πιθανότητες για την εξέλιξη αυτοθεραπευόμενων υλικών, χωρίς την ανάγκη υψηλών θερμοκρασιών ή ειδικών συνθηκών.
Ο Demkowicz πρόσθεσε: «Ελπίζω αυτό το εύρημα να ενθαρρύνει τους ερευνητές να εξετάσουν την πιθανότητα ότι τα υλικά, υπό κατάλληλες συνθήκες, μπορούν να κάνουν πράγματα που δεν περιμέναμε».
Το γεγονός ότι η αυτόματη διαδικασία επιδιόρθωσης έλαβε χώρα σε θερμοκρασία δωματίου είναι μια άλλη πολλά υποσχόμενη πτυχή της έρευνας. Το μέταλλο συνήθως απαιτεί πολλή θερμότητα για να αλλάξει τη μορφή του, αλλά το πείραμα πραγματοποιήθηκε σε κενό. Μένει να δούμε αν η ίδια διαδικασία θα συμβεί και σε συμβατικά μέταλλα σε ένα τυπικό περιβάλλον.
Μια πιθανή εξήγηση περιλαμβάνει μια διαδικασία γνωστή ως ψυχρή συγκόλληση , η οποία λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος κάθε φορά που οι μεταλλικές επιφάνειες πλησιάζουν αρκετά η μία την άλλη ώστε τα αντίστοιχα άτομά τους να μπερδεύονται μεταξύ τους.
Συνήθως, λεπτά στρώματα αέρα ή ρύπων παρεμβαίνουν στη διαδικασία. Σε περιβάλλοντα όπως το κενό του διαστήματος, τα καθαρά μέταλλα μπορούν να πιεστούν αρκετά κοντά το ένα στο άλλο ώστε να κολλήσουν κυριολεκτικά.
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Nature.