تاریخ خبر : ۲۹ تیر ۱۴۰۲
در یک کشف پیشگامانه، دانشمندان برای اولین بار مشاهده کردند که فلز به طور خودبه‌خودی ترک‌های میکروسکوپی خود را بهبود می‌بخشد و با نظریه‌های سنتی مغایرت دارد و مرزهای جدیدی در علم مهندسی مواد باز می کند. این مشاهدات می تواند منجر به تولید ماشین های خود ترمیم شونده شود و ایمنی و طول عمر آنها را به طور قابل توجهی افزایش دهد. این پدیده که نظریه ارائه شده در سال 2013 را تأیید می کند، ممکن است راه را برای یک انقلاب مهندسی هموار کند، اگرچه تحقیقات بیشتری برای درک کامل کاربرد عملی آن ضروری است.
اگر بتوان از پدیده تازه کشف شده استفاده کرد، کاربردهای بالقوه آن دامنه وسیعی دارد که شامل موتورهای خود ترمیم شونده، پل ها و هواپیماهایی می شود که می توانند به طور مستقل آسیب های ناشی از سایش و ترک را ترمیم کنند و در نتیجه ایمنی و طول عمر آنها را افزایش دهند.
این کشف توسط یک تیم تحقیقاتی در آزمایشگاه‌های ملی ساندیا و دانشگاه A&M تگزاس انجام شد. یافته های آنها در 19 ژوئیه در ژورنال Nature شرح داده شد.
براد بویس دانشمند مواد ساندیا در گفته های خود تایید کرده است که فلزات توانایی ذاتی و طبیعی برای التیام خود دارند ، حداقل در مورد آسیب خستگی و در مقیاس نانو.
پیامدهای آسیب خستگی
آسیب خستگی یکی از دلایل رایج خرابی دستگاه است. این آسیب به صورت ترک های میکروسکوپی که در اثر تنش یا حرکت مکرر ایجاد می شود، با گذشت زمان، این ترک ها گسترش می‌یابند تا در نهایت دستگاه بشکند یا به عبارت علمی از کار بیفتد.
شکافی که بویس و تیمش دیدند ناپدید شد، یکی از این شکستگی‌ها کوچک اما متعاقب بود که در نانومتر اندازه‌گیری شد.
بویس گفت: «از اتصالات لحیم در دستگاه‌های الکترونیکی گرفته تا موتورهای وسیله نقلیه و پل‌هایی که روی آنها راه 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 ترک می خورند، باید با هزینه های سنگین ، زمان از دست رفته و در برخی موارد جراحات یا تلفات جانی دست و پنجه نرم کنیم. تأثیر اقتصادی این شکست‌ها سالانه صدها میلیارد دلار برای ایالات متحده سنجیده می‌شود.
بازنگری در نظریه مواد
در حالی که برخی از مواد خود ترمیم شونده، در درجه اول پلاستیک، توسط دانشمندان ساخته شده است، مفهوم فلز خود ترمیم شونده تا حد زیادی در قلمرو داستان های علمی تخیلی باقی مانده است.
با این حال، این مفهوم دیرینه در سال 2013 توسط مایکل دمکوویچ، استادیار بخش علوم و مهندسی مواد مؤسسه فناوری ماساچوست، که اکنون استاد تمام تگزاس A&M است، به چالش کشیده شد. دمکوویچ نظریه جدیدی را بر اساس شبیه سازی های کامپیوتری منتشر کرد که در شرایط خاص، فلزات باید بتوانند ترک های ناشی از سایش و ترک را جوش دهند.
کشف غیرمنتظره و تایید آن
تأیید تئوری دمکوویچ به طور سهوی در مرکز فناوری‌های نانو یکپارچه، یک مرکز استفاده‌کننده از وزارت انرژی که به طور مشترک توسط آزمایشگاه‌های ملی ساندیا و لوس آلاموس اداره می‌شود، صورت گرفت.
تحقیقات آینده
چیزهای زیادی درباره فرآیند خوددرمانی فلزات باقی مانده است، از جمله اینکه آیا این فرآیند به ابزار عملی در یک محیط تولید تبدیل خواهد شد یا خیر.
بویس گفت: «میزان قابل تعمیم این یافته‌ها احتمالاً موضوع تحقیقات گسترده‌ای خواهد بود». نشان دادیم که این اتفاق در فلزات نانوکریستالی در خلاء رخ می‌دهد. اما نمی دانیم که آیا می تواند در فلزات معمولی در هوا نیز ایجاد شود یا خیر.
با وجود همه ی ابهامات، این کشف همچنان یک جهش رو به جلو در مرز علم مواد است.
منبع :
“Autonomous healing of fatigue cracks via cold welding” by Christopher M. Barr, Ta Duong, Daniel C. Bufford, Zachary Milne, Abhilash Molkeri, Nathan M. Heckman, David P. Adams, Ankit Srivastava, Khalid Hattar, Michael J. Demkowicz and Brad L. Boyce, 19 July 2023, Nature.
هنوز هیچ دیدگاهی ثبت نشده