Учёные проследили эффект самозаживления микроскопических трещин в металле

Ученые из Sandia National Laboratories и Техасского университета A&M впервые пронаблюдали, как куски металла спонтанно трескаются, а затем снова сплавляются друг с другом. Это новаторское открытие противоречит давним научным теориям и может проложить путь к самым разнообразным сферам потенциального применения, включая самовосстанавливающиеся двигатели, мосты и самолеты, способные «залечивать» повреждения, вызванные износом.

Брэд Бойс, специалист по материалам Sandia, пояснил, что согласно сравнительно недавней теории металлы обладают собственной естественной способностью к самовосстановлению – по крайней мере, в случае усталостного повреждения на наноуровне.

«От паяных соединений в электронных устройствах до двигателей автомобилей и мостовых металлоконструкций – все эти элементы часто непредсказуемо выходят из строя из-за циклической нагрузки, которая приводит к возникновению трещин и, в конечном итоге, разрушению. Это оборачивается затратами на замену, потерянным временем, а в некоторых случаях, даже с травмами или гибелью людей. Экономические последствия подобных повреждений только для США измеряются сотнями миллиардов долларов ежегодно», – отметил Бойс.

Некоторые виды самовосстанавливающихся материалов (главным образом пластмассы) уже разработаны учеными, но концепция самовосстанавливающегося металла в целом причислялась к области научной фантастики. Однако это давнее представление начал оспаривать в 2013 году Майкл Демкович, профессор Texas A&M. Он опубликовал новую теорию, основанную на компьютерном моделировании, согласно которой в определенных условиях металлы должны быть способны самозаживлять трещины, вызванные износом.

Подтверждение теории Демковича было непреднамеренно получено в Центре интегрированных нанотехнологий, пользовательском объекте Министерства энергетики США.

Учёные назвали это «беспрецедентным открытием». А Бойс, который был знаком с новой теорией, поделился своими открытиями с профессором Демковичем. Позднее ученые воссоздали эксперимент на компьютерной модели, подтвердив, что явление, наблюдавшееся в Сандии, было тем же самым, что предсказывала теория Демковича.

О выявленном процессе самовосстановления многое все еще остается неизвестным, в том числе о том, станет ли он практическим инструментом в производственных условиях. «Мы показали, как это происходит в нанокристаллических металлах в вакууме. Но мы не знаем, может ли это также быть вызвано обычными металлами в воздухе», – отметил Бойс. Тем не менее, открытие остается прорывом вперед на переднем крае материаловедения.