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驚人的發現：金屬可以自愈

發表于 2025-12-08 20:46:50 來源：桑間濮上網

在這幅由桑迪亞國家實驗室發現的金屬納米自我修復藝術圖中，綠色標志著裂縫形成的現金地方，然后又融合在一起。自愈紅色箭頭表示意外觸發該現象的驚人拉力方向。鳴謝:丹·湯普森，現金桑迪亞國家實驗室
（神秘的自愈地球uux.cn）據桑迪亞國家實驗室：科學家們首次見證了金屬碎片在沒有任何人為干預的情況下破裂，然后融合在一起，驚人在這個過程中推翻了基本的現金科學理論。如果新發現的自愈現象能夠得到利用，它可能會引發一場工程革命——在這場革命中，驚人自我修復的現金引擎、橋梁和飛機可以逆轉磨損造成的自愈損害，使它們更安全、驚人更持久。現金
來自桑迪亞國家實驗室和德克薩斯A&M大學的自愈研究小組今天在《自然》雜志上描述了他們的發現。
桑迪亞材料科學家布拉德·博伊斯說:“這絕對是親眼目睹的驚人之舉?！薄?br>“我們已經證實的是，金屬有自己內在的、自然的自我修復能力，至少在納米尺度的疲勞損傷情況下是如此，”博伊斯說。
疲勞損壞是機器磨損并最終損壞的一種方式。重復的壓力或運動會導致微觀裂紋的形成。隨著時間的推移，這些裂縫不斷擴大，直到——啪！整個裝置壞了，或者用科學術語來說，它失敗了。
博伊斯和他的團隊看到消失的裂縫是這些微小但重要的裂縫之一——以納米計量。
博伊斯說:“從我們電子設備中的焊點到我們車輛的發動機，再到我們駛過的橋梁，這些結構經常會因循環載荷而不可預測地發生故障，導致裂紋產生并最終斷裂?！薄爱斔鼈兇_實出現故障時，我們不得不應對替換成本、時間損失，在某些情況下，甚至是人員傷亡。對美國來說，這些失敗的經濟影響每年以數千億美元來衡量?！?br>雖然科學家已經創造了一些自我修復材料，主要是塑料，但自我修復金屬的概念在很大程度上一直是科幻小說的領域。
“金屬中的裂紋只會變大，而不會變小。甚至我們用來描述裂紋增長的一些基本方程也排除了這種愈合過程的可能性，”博伊斯說。
理論創始人證實的意外發現
2013年，邁克爾·德姆科維茲(Michael Demkowicz)——當時是麻省理工學院材料科學與工程系的助理教授，現在是德克薩斯A&M大學的正教授——開始削弱傳統材料理論。他發表了一個基于計算機模擬發現的新理論，即在一定條件下，金屬應該能夠焊接由磨損形成的裂縫。
由桑迪亞和洛斯阿拉莫斯國家實驗室聯合運營的能源部用戶設施集成納米技術中心無意中發現了他的理論是正確的。
“我們當然不是在找它，”博伊斯說。
現為田納西大學諾克斯維爾分校副教授的哈立德·哈塔爾和現為能源部核能辦公室工作的克里斯·巴爾在桑迪亞進行實驗時發現了這一現象。他們只是想利用他們開發的一種專門的電子顯微鏡技術來評估裂紋是如何形成并通過納米尺寸的鉑片擴散的，這種技術可以每秒鐘重復拉動金屬的末端200次。
令人驚訝的是，在實驗進行了大約40分鐘后，損害發生了逆轉。裂縫的一端重新融合在一起，就好像它在沿著原路返回，沒有留下以前受傷的痕跡。隨著時間的推移，裂縫會沿著不同的方向重新生長。
哈塔爾稱之為“前所未有的洞察力”
了解這一理論的博伊斯與德姆科維奇分享了他的發現。
“當然，我很高興聽到這個消息，”Demkowicz說。然后，教授在計算機模型上重現了實驗，證實了在桑迪亞目睹的現象與他多年前理論化的現象相同。
他們的工作得到了能源部基礎能源科學辦公室的支持；國家核安全局和國家科學基金會。
關于自我修復過程還有很多未知，包括它是否會成為制造環境中的實用工具。
博伊斯說:“這些發現的可推廣程度可能會成為廣泛研究的主題。”“我們展示了這種情況在真空中的納米晶金屬中的發生。但我們不知道這是否也能在空氣中的常規金屬中誘導出來。”
然而，對于所有的未知，這一發現仍然是材料科學前沿的一次飛躍。
“我希望這一發現將鼓勵材料研究人員考慮，在適當的情況下，材料可以做我們從未預料到的事情，”Demkowicz說。

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