Σε ένα νέο πείραμα, οι επιστήμονες παρατήρησαν μεταλλικά κομμάτια να ραγίζουν και στη συνέχεια να συντήκονται ξανά μεταξύ τους, όλα μόνα τους, χωρίς ανθρώπινη βοήθεια.
Αυτή η νέα ανακάλυψη έχει αμφισβητήσει θεμελιώδεις επιστημονικές θεωρίες και θα μπορούσε ενδεχομένως να οδηγήσει σε μια μεγάλη μηχανική επανάσταση.
Η ερευνητική ομάδα από τα Εθνικά Εργαστήρια Sandia και το Πανεπιστήμιο A&M του Τέξας μοιράστηκε τα ευρήματά της στο περιοδικό Nature .
Ο επιστήμονας υλικών Sandia Brad Boyce περιέγραψε την παρατήρηση ως «απολύτως εκπληκτική για να την παρακολουθείς από πρώτο χέρι».
Ο Boyce δήλωσε ότι έχουν επιβεβαιώσει την έμφυτη και φυσική ικανότητα των μετάλλων να αυτοθεραπεύονται, ειδικά όταν πρόκειται για την αποκατάσταση των ζημιών από κόπωση σε νανοκλίμακα.
Τι είναι η βλάβη από κόπωση;
Τα υλικά που υφίστανται επαναλαμβανόμενη φόρτωση μπορεί να αναπτύξουν ρωγμές με την πάροδο του χρόνου, ένα φαινόμενο γνωστό ως κόπωση, σύμφωνα με τη Wikipedia.
Αυτές οι ρωγμές κόπωσης ξεκινούν σε σημεία συγκέντρωσης τάσεων και διαδίδονται με συνεχή κυκλική τάση, αφήνοντας συχνά χαρακτηριστικά μοτίβα που ονομάζονται ραβδώσεις στην επιφάνεια του κατάγματος.
Η ζημιά από κόπωση είναι μια κύρια αιτία της φθοράς των μηχανημάτων και τελικά της βλάβης. Όταν τα μηχανήματα υφίστανται επαναλαμβανόμενη πίεση ή κίνηση, αυτό οδηγεί στο σχηματισμό μικροσκοπικών ρωγμών που είναι αόρατες με γυμνό μάτι.
Καθώς περνά ο καιρός, αυτές οι ρωγμές επεκτείνονται και διαδίδονται έως ότου, ξαφνικά, ολόκληρη η συσκευή σπάσει ή χαλάσει.
Η ρωγμή που ο Boyce και η ομάδα του είδαν να εξαφανίζεται ήταν ένα από αυτά τα μικροσκοπικά αλλά σημαντικά κατάγματα μετρημένα σε νανόμετρα.
Ο Boyce επεσήμανε ότι πολλές κατασκευές, από τις συνδέσεις συγκόλλησης στις ηλεκτρονικές συσκευές μας έως τους κινητήρες των οχημάτων και τις γέφυρες που χρησιμοποιούμε, συχνά αποτυγχάνουν απροσδόκητα. Αυτό οφείλεται στην κυκλική φόρτιση, η οποία προκαλεί το σχηματισμό ρωγμών και τελικά οδηγεί σε κατάγματα.
Όταν αυτές οι δομές αποτυγχάνουν, οδηγεί σε δαπανηρές αντικαταστάσεις, χαμένο χρόνο και σε ορισμένες περιπτώσεις τραυματισμούς ή ακόμα και απώλεια ζωών. Ο οικονομικός αντίκτυπος αυτών των αποτυχιών στις ΗΠΑ ανέρχεται σε εκατοντάδες δισεκατομμύρια δολάρια κάθε χρόνο.
Απροσδόκητη ανακάλυψη «αυτοθεραπευόμενων» μετάλλων
Το 2013, ο Michael Demkowicz, ο οποίος ήταν τότε επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, άρχισε να αμφισβητεί την παραδοσιακή θεωρία υλικών.
Εισήγαγε μια νέα θεωρία βασισμένη σε προσομοιώσεις υπολογιστή, προτείνοντας ότι κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες, τα μέταλλα θα μπορούσαν να συγκολλήσουν ρωγμές μεταξύ τους που προκύπτουν από τη φθορά.
Η επικύρωση της θεωρίας του έγινε απροσδόκητα αληθινή στο Κέντρο Ολοκληρωμένων Νανοτεχνολογιών, μια εγκατάσταση χρηστών του Υπουργείου Ενέργειας που λειτουργεί από κοινού από τα εθνικά εργαστήρια Sandia και Los Alamos.
«Σίγουρα δεν το ψάχναμε», παρατήρησε ο Μπόις για την απροσδόκητη ανακάλυψη.
Κατά τη διάρκεια του πειράματος στη Sandia, η εργασία έγινε από τον Khalid Hattar, ο οποίος είναι επί του παρόντος αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Tennessee, στο Knoxville, και ο Chris Barr. Η κύρια πρόθεσή τους ήταν να εξετάσουν το σχηματισμό και την εξάπλωση ρωγμών σε ένα κομμάτι πλατίνας νανοκλίμακας.
Για να το πετύχουν αυτό, χρησιμοποίησαν μια εξειδικευμένη τεχνική ηλεκτρονικού μικροσκοπίου που είχαν αναπτύξει. Η μέθοδος περιλάμβανε επανειλημμένα τράβηγμα των άκρων του μετάλλου με αξιοσημείωτο ρυθμό 200 φορές το δευτερόλεπτο.
Μετά από 40 λεπτά, η ζημιά που είχε σημειωθεί αρχικά άρχισε να αντιστρέφεται. Το ένα άκρο της ρωγμής συγχωνεύτηκε ξανά σαν να αναιρούσε την προηγούμενη διαδρομή του και δεν υπήρχαν στοιχεία για τον προηγούμενο τραυματισμό. Ωστόσο, με τον καιρό, η ρωγμή επανήλθε σε διαφορετική κατεύθυνση.
