آیا فلزات می‌توانند خودشان را جوش بدهند؟!
دانشمندان فلزی را مشاهده کردند که خودش را التیام می‌بخشد، چیزی که قبلاً هرگز دیده نشده بود. اگر بتوان این فرآیند را به طور کامل درک و کنترل کرد، می‌توانیم عصر جدیدی از مهندسی را آغاز کنیم.
فرادید| در مطالعه‌ای که ماه ژوئیه منتشر شد، تیمی از آزمایشگاه‌های ملی ساندیا و دانشگاه A&M تگزاس مشغول آزمایش حالت ارتجاعی فلز بودند و با استفاده از تکنیک میکروسکوپ الکترونی عبوری، انتهای فلز را ۲۰۰ بار در هر ثانیه کشیدند. سپس خود-ترمیمی را در مقیاس‌های بسیار کوچک در یک قطعه پلاتین به ضخامت ۴۰ نانومتر که در خلاء معلق بود مشاهده کردند.
به گزارش فرادید، ترک‌های ناشی از نوع کشیدگی توصیف‌شده در بالا خستگی نامیده می‌شود: فشار و حرکت مکرر که موجب شکستگی‌های میکروسکوپی شده و در نهایت موجب شکستن ماشین‌ها یا سازه‌ها می‌شود.
پس از حدود ۴۰ دقیقه مشاهده، به طرز شگفت‌انگیزی ترک در پلاتین شروع به جوش خوردن دوباره کرد و قبل از شروع مجدد در جهتی دیگر، خودش را ترمیم کرد.
نیروهای کششی (فلش‌های قرمز) شکافی ایجاد کردند که در فلز پلاتین ترمیم شد (سبز)
براد بویس، دانشمند علم مواد از آزمایشگاه ملی ساندیا، هنگام اعلام نتایج، گفت: «تماشای دست اول این فرایند کاملاً خیره‌کننده بود.»
«ما مسلماً به دنبال آن نبودیم. چیزی که ما تأیید کرده‌ایم این است که فلزات، توانایی ذاتی و طبیعی خود را دارند که التیام یابند، حداقل در مورد آسیب خستگی در مقیاس نانو».
اینها شرایط دقیقی هستند و ما هنوز نمی‌دانیم دقیقاً چگونه این اتفاق می‌افتد یا چگونه می‌توانیم از آن استفاده کنیم. با این حال، اگر به هزینه‌ها و تلاش‌های لازم برای تعمیر همه چیز فکر کنید، از پل‌ها گرفته تا موتورها و تلفن‌ها، نمی‌توان گفت خودترمیمی فلزات چقدر می‌تواند تفاوت ایجاد کند.
در حالی که این مشاهده بی‌سابقه است، اما کاملاً غیرمنتظره نیست. سال ۲۰۱۳، مایکل دِمکوویچ، دانشمند مواد دانشگاه A&M تگزاس، روی مطالعه‌ای کار کرد که بر اساس آن، پیش‌بینی میشد این نوع ترمیمِ شکاف نانو ممکن است اتفاق بیفتد، و نشات‌گرفته از دانه‌های کریستالی ریز درون فلزات است که اساساً مرزهای خود را در واکنش به استرس تغییر می‌دهند.
دمکوویچ روی این آخرین مطالعه هم کار کرد و از مدل‌های رایانه‌ای به‌روزشده استفاده کرد تا نشان دهد نظریه‌های ده‌ساله‌اش درباره رفتار خود-ترمیمی فلز در مقیاس نانو با آنچه در اینجا اتفاق می‌افتد مطابقت دارد.
یکی دیگر از جنبه‌های امیدوارکننده تحقیق این است که فرآیند ترمیم خودکار در دمای اتاق اتفاق افتاده است. فلز معمولاً برای تغییر شکل خود به گرمای زیادی نیاز دارد، اما آزمایش در خلاء انجام شده است، پس باید دید آیا همین فرآیند در فلزات معمولی در یک محیط معمولی اتفاق خواهد افتاد یا خیر.
یک توضیح احتمالی شامل فرآیندی به نام جوش سرد می‌شود که در دمای محیط اتفاق می‌افتد، زمانی که سطوح فلزی به اندازه کافی به هم نزدیک می‌شوند تا اتم‌های مربوطه به هم گره بخورند.
به طور معمول، لایه‌های نازک هوا یا آلاینده‌ها در فرآیند اختلال ایجاد می‌کنند. در محیط‌هایی مانند خلاء فضا، فلزات خالص را می‌توان به قدر کافی به هم نزدیک کرد تا به معنای واقعی کلمه بچسبند.
دمکوویچ می‌گوید: «امید من این است که این یافته، محققان مواد را ترغیب کند که این نکته را در نظر بگیرند که در شرایط مناسب، مواد می‌توانند کارهایی انجام دهند که هرگز انتظارش را نداریم.»
این تحقیق در مجله طبیعت منتشر شده است.
مترجم: زهرا ذوالقدر
