Наблюдение за пластинкой платины в вакууме с помощью электронного микроскопа, который сканировал объект 200 раз в секунду, показало, как возникающие после деформации трещины в металле зарастают сами собой без каких-либо внешних воздействий на металл. Открытие ошеломило учёных, поскольку такого ещё никто не видел. Если заживление трещин воспроизведут на воздухе, это изменит наш мир, в котором усталость металла — это аварии и бесконечные ремонты.
Красным показано направление деформации, а зелёным — зажившая трещина. Источник изображения: Sandia National Laboratories
Открытие сделала группа учёных из Национальных лабораторий Сандия и Техасского университета A&M. Они проверяли устойчивость металла к деформирующим нагрузкам на растяжение — одной из распространённых причин усталости металла, когда он идёт трещинами и в итоге разрушается. При этом кусочек подвешенной в вакууме платины толщиной 40 нм был под постоянным наблюдением просвечивающего электронного микроскопа с частотой сканирования 200 раз в секунду.
Как же удивились учёные, когда примерно через 40 минут наблюдений трещина в платине начала срастаться и затягиваться, а затем снова пошла в другом направлении.
«Это было совершенно потрясающе наблюдать воочию, — сказал один из авторов исследования, которое теперь опубликовано в Nature. — Мы, конечно, этого не ожидали. Мы подтвердили, что металлы обладают собственной естественной способностью к самовосстановлению, по крайней мере, в случае усталостного повреждения на наноуровне».
В принципе, мы давно применяем так называемую холодную сварку, но она требует давления, трения или удара. В данном случае материал трещины сошёлся на уровне кристаллической решётки сам без давления или плавления. Возможно, этому способствовало нахождение образца в вакууме, где ничто не могло загрязнить края трещины и препятствовать сближению атомов металла до начала слипания. Учёные намерены повторить эксперимент на воздухе и оценить масштабы, на которых процесс «заживления» продолжает работать. Возможно, учёные смогут найти условия, при которых металлы смогут заживлять трещины самостоятельно или при минимальном воздействии на них со стороны. По крайней мере, на это теперь есть надежда.