اندی کوربلی -20 ژوئیه 2023-تصویری از خوددرمانی در مقیاس نانو (به رنگ سبز) – آزمایشگاه ملی ساندیا / دن تامپسون
دانشمندان برای اولین بار شاهد ترک خوردگی قطعات فلزی بوده که سپس بدون دخالت انسان به یکدیگر جوش می خورند و تئوری های علمی بنیادی را در این فرآیند زیر و رو می کنند.
اگر بتوان از پدیده تازه کشف‌شده استفاده کرد، می‌توان انقلابی مهندسی را آغاز کرد – انقلابی که در آن موتورها، پل‌ها و هواپیماهای خود ترمیم شونده می‌توانند آسیب‌های ناشی از سایش و پارگی را معکوس کنند و آنها را ایمن‌تر و ماندگارتر کنند.
تیم تحقیقاتی از آزمایشگاه‌های ملی ساندیا و دانشگاه A&M تگزاس یافته‌های خود را امروز در مجله نیچر شرح دادند.
براد بویس، دانشمند مواد ساندیا، گفت: «تماشای دست اول کاملاً خیره کننده بود.
او به مطبوعات گفت: «آنچه ما تأیید کرده‌ایم این است که فلزات توانایی ذاتی و طبیعی خود را برای التیام خود دارند، حداقل در مورد آسیب خستگی در مقیاس نانو».
تنش یا حرکت مکرر باعث ایجاد ترک های میکروسکوپی در اجزای فلزی ماشین ها می شود. با گذشت زمان، این ترک‌ها رشد می‌کنند و گسترش می‌یابند تا زمانی که کل دستگاه بشکند، یا در زبان علمی، از کار بیفتد.
شکافی که بویس و تیمش مشاهده کردند که ناپدید شد، یکی از این شکستگی‌های کوچک بود که در نانومتر اندازه‌گیری شد.
بویس گفت: «از اتصالات لحیم در دستگاه‌های الکترونیکی ما گرفته تا موتورهای وسیله نقلیه ما تا پل‌هایی که روی آنها می‌رویم، این سازه‌ها اغلب به‌دلیل بارگذاری چرخه‌ای که منجر به شروع ترک و در نهایت شکستگی می‌شود، به‌طور غیرقابل پیش‌بینی از کار می‌افتند. هنگامی که آنها شکست می خورند، ما باید با هزینه های جایگزینی، زمان از دست رفته و در برخی موارد حتی جراحات یا تلفات جانی دست و پنجه نرم کنیم. تأثیر اقتصادی این شکست‌ها سالانه با صدها میلیارد دلار برای ایالات متحده سنجیده می‌شود.»
خود درمانی، به همان اندازه که به نظر چیزی مثل داستان های علمی-تخیلی است، در واقع هزاران سال قدمت دارد. رومی‌ها متوجه شدند که ساخت بتن با مواد خاصی مانند برخی آهک‌ها به آن اجازه می‌دهد در طول زمان خود را التیام بخشد.
اخیراً، مهندسان دانشگاه ایلینویز دریافته‌اند که چگونه می‌توانند باتری‌های لیتیوم یونی خود ترمیم شونده را از یک الکترولیت مبتنی بر پلیمر بسازند که دندریت‌های لیتیوم مضری را تشکیل نمی‌دهد که می‌تواند باعث اتصال کوتاه و انفجار شود.
خالد هاتار، که اکنون دانشیار دانشگاه تنسی، ناکسویل است، و کریس بار، که اکنون برای دفتر انرژی هسته‌ای وزارت انرژی کار می‌کند، در زمان کشف این آزمایش را در ساندیا اجرا می‌کردند. آنها فقط می خواستند چگونگی شکل گیری و گسترش ترک ها را از طریق یک قطعه پلاتین در مقیاس نانو با استفاده از تکنیک میکروسکوپ الکترونی تخصصی که برای کشیدن مکرر انتهای فلز 200 بار در ثانیه ایجاد کرده بودند، ارزیابی کنند.
با کمال تعجب، حدود 40 دقیقه پس از آزمایش، آسیب مسیر خود را معکوس کرد. یک سر ترک طوری به هم چسبیده بود که انگار در حال عقب نشینی پله هایش بود و هیچ اثری از آسیب قبلی باقی نگذاشت. با گذشت زمان، شکاف در جهت دیگری رشد کرد.
چیزهای زیادی درباره فرآیند خوددرمانی ناشناخته باقی مانده است، از جمله اینکه آیا این فرآیند به ابزاری عملی در یک محیط تولید تبدیل خواهد شد یا خیر.
بویس گفت: «میزان قابل تعمیم این یافته‌ها احتمالاً موضوع تحقیقات گسترده‌ای خواهد بود». ما نشان می‌دهیم که این اتفاق در فلزات نانوکریستالی در خلاء رخ می‌دهد. اما ما نمی دانیم که آیا این می تواند در فلزات معمولی در هوا نیز ایجاد شود یا خیر.
با وجود همه ناشناخته ها، این کشف همچنان یک جهش به جلو در مرز علم مواد است.
