科学者を驚かせた実験で、ひび割れた金属片が自然治癒した : ScienceAlert

Jul 05, 2023

これを「そんなことは起こるはずがない！」としてファイルしてください。科学者たちは、これまでに見たことのない、金属の治癒そのものを観察しました。 このプロセスを完全に理解して制御できれば、エンジニアリングのまったく新しい時代の始まりとなる可能性があります。

サンディア国立研究所とテキサス A&M 大学のチームは、特殊な透過型電子顕微鏡技術を使用して金属の端を毎秒 200 回引っ張り、金属の弾力性をテストしていました。 次に、真空中に浮遊させた厚さ40ナノメートルのプラチナ片の超微細スケールでの自己修復を観察した。

上で説明した種類のひずみによって生じる亀裂は疲労損傷として知られています。繰り返しの応力と運動によって微細な破損が生じ、最終的には機械や構造物が破損します。 驚くべきことに、約 40 分間観察した後、プラチナの亀裂は再び融合して修復し始め、その後、別の方向に再び動き始めました。

サンディア国立研究所の材料科学者ブラッド・ボイス氏は、「これを直接見て本当に驚くべきものでした」と語る。 「確かに私たちはそれを探していませんでした。」

「私たちが確認したのは、少なくともナノスケールでの疲労損傷の場合には、金属にはそれ自体が固有の自然治癒能力を持っているということです。」

これらは正確な状況ですが、これがどのように起こっているのか、またそれをどのように利用できるのかはまだ正確にはわかりません。 しかし、橋からエンジン、電話に至るまであらゆるものを修理するのに必要なコストと労力を考えると、自己修復金属がどれだけの違いをもたらすかはわかりません。

この観測は前例のないものですが、まったく予想外というわけではありません。 2013年、テキサスA&M大学の材料科学者マイケル・デムコウィッツは、金属内部の小さな結晶粒が応力に応じて本質的にその境界を移動させることによって、この種のナノ亀裂の治癒が起こる可能性があると予測する研究に取り組んだ。

デムコウィッツ氏はまた、最新のコンピューターモデルを使用して、ナノスケールでの金属の自己修復挙動に関する彼の10年前の理論がここで起こっていることと一致することを示し、この最新の研究にも取り組んだ。

自動修復プロセスが室温で起こったことは、研究のもう一つの有望な側面です。 通常、金属の形状を変えるには多量の熱が必要ですが、実験は真空中で行われました。 同じプロセスが典型的な環境で従来の金属で起こるかどうかはまだわかりません。

考えられる説明としては、冷間溶接として知られるプロセスが関係しています。このプロセスは、金属表面が互いに十分に接近してそれぞれの原子が絡み合うたびに周囲温度で発生します。 通常、空気の薄い層や汚染物質がプロセスを妨げます。 宇宙の真空のような環境では、純粋な金属が文字通りくっつくほど近づけられることがあります。

「私の希望は、この発見が材料研究者に、適切な状況下では材料は私たちが予想していなかったようなことをする可能性があるということを考えるきっかけになることです」とデムコウィッツ氏は言う。

この研究は『Nature』誌に掲載されました。