在终结者电影中由液体金属打造的机器人T1000,不但可以任意改变形状,而且中弹后还可以自我修复,但这毕竟只是科幻电影,现实中可以改变形状的机器人是存在的,但是能够自我修复的金属此前还只是停留在理论层面,科学家所研究的大多数具有自我修复能力的材料主要是塑料。
正常情况下,金属一旦因为高强度载荷产生裂纹损伤,除非是重新熔铸或者人为修复,否则损伤只会一直存在不会逆转,甚至因为应力的原因裂纹会越来越大直至发生断裂,所以金属一般被认为不具有自我修复能力。而这一科学理论可能要被改写了,美国桑迪亚国家实验室和得克萨斯农工大学的研究团队,首次目睹了金属碎片在没有进行任何人为干预的情况下破裂后,又重新融合在一起的过程,这一发现证实了金属具有其固有的自我修复能力,如果能够利用这一新发现的现象,它可能会引发一场工程革命。
其实早在2013年的时候,当时还是麻省理工材料科学与工程系助理教授的Michael Demkowicz(现在是得克萨斯农工大学正教授)就根据计算机模拟的结果发表了一项新理论,即在某些条件下,金属应该能够焊接封闭因磨损而形成的裂纹。
而这一理论直到如今才被证实,实际上也是误打误撞,发现这一现象时,研究团队只是想使用一种专门的电子显微镜技术来评估裂纹是如何在纳米级铂片上形成和扩散的,于是他们开发了一种可以每秒重复拉动金属末端200次的技术。正常来说裂纹应该会不断扩散变大,但令人惊讶的是,实验进行约40分钟后,损伤情况发生了逆转。裂缝的一端重新融合在一起,没有留下先前受伤的痕迹。换句话说在纳米尺度上,金属产生的裂纹会发生自我修复。
绿色为裂缝形成的地方,红色箭头表示触发该现象的拉力方向
相关的成果以“Autonomous healing of fatigue cracks via cold welding”为题发表在《自然》杂志,目前关于这一自愈过程还有很多未知之处,包括它是否会能够成为制造环境中的实用工具。研究团队的实验只是验证了真空中纳米晶金属会发生这种情况,但在空气中传统的金属是否也能诱导产生这种现象还尚不可知。不过,即使还存在着诸多未知的因素,这一全新的发现仍然是材料科学前沿的一次飞跃。