科学家震惊于纳米晶金属的自愈能力
科学家震惊于纳米晶金属的自愈能力在桑迪亚国家实验室（SandiaNationalLaboratories）发现的纳米级金属自愈合艺术效果图中，绿色标示出裂缝形成的位置，然后重新融合在一起。红色箭头表示意外触发这一现象的拉力方向。资料来源：丹-汤普森，桑迪亚国家实验室桑迪亚国家实验室的一组研究人员在对纳米晶金属进行断裂实验时，发现了这一令人难以置信的现象。研究结果最近发表在《自然》杂志上。在这一发现之前，人们有理由认为自愈金属只能出现在科幻小说中。德克萨斯农工大学材料科学与工程系教授、最近这项研究的共同作者MichaelDemkowicz博士却不这么认为。十年前，在麻省理工学院材料科学与工程系担任助理教授时，Demkowicz和他的学生就预测到了金属的自愈性。"我们的出发点并不是要找到自愈。我的学生GuoxiangXu当时正在做断裂模拟，"Demkowicz说。"我们无意中在他的一个模拟中观察到了自发愈合，于是决定继续跟进"。当时，就像现在一样，2013年的结果令人惊讶。Demkowicz补充说，他、他的学生和同事都对最初的理论有些怀疑。不过，他的模拟模型在随后的几年里被其他研究人员多次复制和扩展。Demkowicz说："很明显，模拟并没有错误，因为其他人在他们的建模工作中也看到了同样的效果。"2013年的模型和最近的实验都使用了纳米晶金属，这种金属的晶体结构或晶粒大小以纳米级（百万分之一毫米）测量。Demkowicz表示，虽然这种金属在工程应用中并不广泛，但大多数金属都能以这种形式制造。他进一步解释说，纳米晶金属使研究自愈合变得更容易，因为它们的晶粒尺寸小，可以产生更多的微结构特征，即使是微小的裂缝也能与之相互作用。这两项研究都发现，晶界这一特征会影响裂纹愈合，具体取决于晶界相对于裂纹的迁移方向。Demkowicz补充说，这些特征在许多金属和合金中都很常见，而且可以加以控制。Demkowicz说："当前工作的主要影响是将最初的理论预测'从绘图板上移开'，并证明它在现实中发生了。我们还没有真正开始优化自愈微结构。找出促进自愈合的最佳改变是未来工作的一项具有挑战性的任务。"这项工作的潜在应用可能会有很大不同。Demkowicz认为，在晶粒尺寸较大的传统金属中也有可能实现自愈，但还需要未来的研究。2013年的理论和最近的实验都有一个共同的条件，那就是两者都是在真空环境中进行的，完全没有外来物质。这些外来物质可能会干扰裂纹表面的粘合或冷焊能力。即使存在这种限制，但仍有可能应用于航天技术或不接触外界空气的内部裂缝。经过十年的努力，Demkowicz的理论在桑迪亚国家实验室的实验中取得了成果。在目前的研究中，Demkowicz能够验证最近观察到的现象是否与他最初的模拟模型相符。"这是一个了不起的实验。不过，我认为这也是理论上的一大胜利，"Demkowicz说。"材料的复杂性往往使我们难以自信地预测新现象。这一发现让我看到了希望，我们的材料行为理论模型正走在正确的道路上。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389121.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1389121.htm
