当一块非常小的铂金被反复拉伸时，会出现微小的裂纹。这项旨在研究疲劳裂纹扩展的实验按照预期持续了一段时间，然后发生了意想不到的事情。裂缝不再增长，而是开始变短，有效地自我“愈合”。

桑迪亚国家实验室的一组研究人员在对纳米晶金属进行断裂实验时做出了这一令人惊讶的观察。该研究结果最近发表在《自然》杂志上。

可以合理地认为，在这个发现之前，自愈金属只是科幻小说中才会出现的东西。德克萨斯农工大学材料科学与工程系教授、这项最新研究的合著者迈克尔·德姆科维奇博士并不持有这样的假设。

过去告诉现在

十年前，当德姆科维奇和他的学生在麻省理工学院材料科学与工程系担任助理教授时，他预测了金属的自我修复能力。

“我们并没有打算寻找治疗方法。我的学生徐国祥正在对骨折进行模拟，”德姆科维奇说。“我们在他的一次模拟中意外观察到自发愈合，并决定跟进。”

然后，就像现在一样，2013年的结果令人惊讶。德姆科维奇补充说，他、他的学生和同事都对最初的理论有些怀疑。然而，他的模拟模型在随后的几年里被其他研究人员进行了许多复制和扩展。

“很明显，模拟并没有错误，因为其他人在他们的建模工作中看到了同样的效果，”德姆科维奇说。“然而，到目前为止，实验还遥不可及。”

2013年的模型和最近的实验都使用了纳米晶金属，这些金属具有在纳米尺度上测量的晶体结构或晶粒尺寸。德姆科维奇表示，虽然在工程应用中没有广泛使用，但大多数金属都可以采用这种形式制造。

他进一步解释说，纳米晶金属使自愈研究变得更加容易，因为它们的小晶粒尺寸允许更多的微观结构特征，即使是小裂缝也可以与之相互作用。

两项研究都发现，晶界这一特征可以影响裂纹愈合，具体取决于边界相对于裂纹的迁移方向。德姆科维奇补充说，这些特征在许多金属和合金中很常见，并且可以被操纵。

未来可能会发生什么

德姆科维奇说：“当前工作的主要影响是将最初的理论预测‘脱离了绘图板’，并表明它在现实中发生了。”“我们还没有真正开始优化自我修复的微观结构。找出促进自我修复的最佳改变对于未来的工作来说是一项具有挑战性的任务。”

这项工作的潜在应用可能会有很大差异。德姆科维奇认为，具有较大晶粒尺寸的传统金属可能具有自愈能力，但还需要未来的研究。

2013年的理论和最近的实验的一个共同条件是，两者都是在真空环境中进行的，没有异物。这些外部物质可能会干扰裂纹表面粘合或冷焊在一起的能力。即使有这种限制，航天技术或不暴露于外部空气的内部裂缝仍然可以应用。

经过十年的酝酿，德姆科维奇的理论在桑迪亚国家实验室的实验中得到了回报。在当前的研究中，Demkowicz能够验证最近观察到的现象是否与其原始模拟模型相符。

“这是一个令人惊奇的实验。然而，我认为这也是理论的一次伟大胜利，”德姆科维奇说。“材料的复杂性常常使得我们很难自信地预测新现象。这一发现给了我希望，我们的材料行为理论模型走在正确的轨道上。”

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