Michael Demkowicz, profesor słynnego amerykańskiego Massachusetts Institute of Technology, wpadł na trop rewolucyjnych właściwości metali przez przypadek. Kiedy wraz ze swoim studentem Guogiang Xu prowadził badania, zauważył coś zaskakującego: pęknięty kawałek metalu, który był naciągany, zamiast w dalszym ciągu pękać, zaczął się... "zrastać".
Początkowo obaj badacze myśleli, że popełnili jakiś błąd. - Musieliśmy to jeszcze raz sprawdzić - przyznał Demkowicz w rozmowie z serwisem Mit News.
Okazało się jednak, że naukowcy nie popełnili błędu. Dlatego też stworzyli model komputerowy tej mikrostruktury, dzięki któremu przyglądali się temu, jak zachowuje się ona w różnych warunkach. - Odkryliśmy, że jest mechanizm, który może, w zasadzie, zamknąć pęknięcia - powiedział Demkowicz
Migracja granicy ziarna
Prowadząc dalsze badania nad fenomenem, uczeni doszli do wniosku, że kluczowy jest sposób, w jaki tzw. granica ziarna reaguje z krystaliczną strukturą metalu, którym w tym przypadku był nikiel. Granica ziarna to wewnętrzna powierzchnia graniczna, która oddziela dwa kryształy lub ziarna o takim samym składzie chemicznym, a większość metali składa się właśnie z takich niewielkich krystalicznych ziaren.
Otóż w pewnych warunkach poddanie metalu odpowiedniej sile "powoduje zmianę mikrostruktury: sprawia, że granice ziaren migrują. Ta migracja granicy ziaren to klucz do uzdrowienia metalu".
Zdolność do samonaprawiania się występuje jednak w tylko jednym rodzaju granicy - tej, która rozciąga się nie przez całe ziarno, a przez jego część. Jest to swego rodzaju defekt. Cechuje się on bardzo silnym polem naprężeń (naprężenie to miara sił wewnętrznych powstających w ciele pod wpływem zewnętrznej, odkształcającej siły). To pole naprężeń sprawia, że metal, zamiast pękać, sam się naprawia.
Droga do pozyskania tego typu materiałów otwarta
"Zamykając niewielkie pęknięcia, a także tłumiąc rozprzestrzenianie się innych, ten mechanizm może zapewnić nową drogę łagodzenia wewnętrznych uszkodzeń, które wpływają na plastyczność w metalach nanokrystalicznych" - piszą autorzy na łamach "Physical Review Letters".
To oznacza, że odkrycie może prowadzić do stworzenia innych samonaprawiających się materiałów, w których początkowe uszkodzenia zniwelują się, zamiast postępować.
Autor: map/rs / Źródło: Physical Review Letters, Mit News