Шрамы металла: ученые впервые увидели, как трещины на платине зарастают сами собой

Исследователи из Национальной лаборатории «Сандиа» и Техасского университета A&M (США) объявили о первом в истории науки зафиксированном самовосстановлении металла. Во время эксперимента с платиной они воочию увидели, как микроскопические трещины сами затягиваются и исчезают. Открытие может произвести революцию в создании таких металлических изделий, как двигатели, мосты и самолеты.

Открытие, с одной стороны, противоречит привычной теории материаловедения, с другой — подтверждает сравнительно недавно появившуюся гипотезу, основанную на компьютерном моделировании. Результаты нового исследования опубликованы в журнале Nature.

Постепенный износ механизмов из-за повторяющихся движений и напряжения называют усталостью металла. Со временем микро- и нанотрещины растут и распространяются по металлу до тех пор, пока не приводят к окончательной поломке устройства, часто внезапной.

Уже существуют пластмассы, разработанные учеными, которые могут самовосстанавливаться. Но металлы, которые способны на такое, до сих пор были областью научной фантастики, говорят специалисты. В 2013 году Майкл Демкович, доцент кафедры материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института, предположил на основе результатов компьютерного моделирования, что металл тоже должен быть способен «исцелять» свои трещины износа.

Открытие, которое впервые подтвердило эту гипотезу, произошло случайно. Как отмечают авторы, «мы, конечно, не искали этого». Команда проводила эксперимент, целью которого было оценить, как образуются и распространяются трещины в нанокуске платины. Наблюдения проводились по специальной технологии с помощью электронного микроскопа, при которой концы металла можно многократно натягивать по 200 раз в секунду.

Ученые ожидали, что трещины будут увеличиваться: «даже некоторые из основных уравнений, которые мы используем для описания роста трещин, исключают возможность процессов заживления». Но примерно через 40 минут после начала эксперимента один конец трещины сросся, не оставив следа от прежнего повреждения. Спустя еще какое-то время трещина стала расти в другом направлении. Исследователи впервые наблюдали, как кусочки металла снова соединяются без вмешательства человека.

Авторы назвали это ошеломляющим и беспрецедентным открытием. И сообщили о нем автору гипотезы Демковичу. Профессор создал компьютерную модель эксперимента, которая подтвердила, что выводы команды и его теория свидетельствуют об одном и том же — способности металла восстанавливаться самостоятельно.

Пока это подтверждается только на наноуровне, и многое о процессе еще не известно. Но открытие теперь станет предметом обширных исследований, чтобы его можно было применить в производстве в будущем.