美國發現金屬材料自我修復機制

【中鎢在線新聞網-鎢新聞】

自然界中的生物體和具有記憶功能的有機材料等，在遭受損傷時具有自我康復的功能。麻省理工學院的研究人員在一項金屬特性實驗中意外發現受損的金屬也具有自我修復的功能。

　　金屬合金分子結構電腦模擬顯示，微晶粒之間的邊界會在壓力下出現裂痕。大多數金屬都是由細微的晶粒構成，這些晶粒的大小和方向能夠影響金屬的強度和特性。但在某些條件下，壓力可以讓這種晶粒的微觀結構發生改變：使晶界（晶粒邊界）發生移動，而晶界移動則是修復“創傷”的關鍵。

　　近幾十年來，科研人員對固體金屬中晶界的移動一直開展著研究，但發現只有某些晶界才發生導致自我修復的現象，即只有部分晶界延伸到一個晶粒，但不是所有部分。這造成了一種被稱之為“向錯”的缺陷。實際上早在一個世紀前“向錯”就已經被觀察到，但當時認為這只是一種奇特現象。當麻省理工學院（MIT）材料科學和工程教授邁克爾·戴姆克維茲和研究生徐國強在實驗中意外發現，金屬中晶界在受外力作用產生裂痕后可以開展全面的修復行為，而且這種自我修復功能其實是向錯缺陷帶來的結果。

　　為重現這一現象，他們為之建立了計算機模型，通過模型演示能清楚地觀察到金屬材料在遭受外力創傷時，晶界發生移動從而完成自我修復的過程。戴姆克維茲教授認為，金屬內部原則上都存在一個縮小外力造成裂痕的機制。

　　向錯有強烈的應力場，“實際上它們完全可以減弱外加負載產生的影響。”戴姆克維茲教授說，“當破裂的材料兩邊被撕開時，這種機制阻止裂痕不再進一步擴大，并且使之產生愈合。”

　　發現這個機制后，MIT的研究人員計劃進一步研究如何設計出相應的金屬合金，以便在特殊應用條件下產生自我修復的功能。戴姆克維茲教授指出，合金微觀結構控制技術已經存在，現在只需要計算出如何獲得理想的結果。“我們為之打開了通途，如何設計出可以自我復原的金屬材料不會太久。”

　　詳細研究成果發表于近期出版的《物理評論通訊》上。

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