金屬也有“再生”機能
2013年10月25日 11:17 7980次瀏覽 來源： 中國科學報 分類： 再生金屬資訊
金屬也是有“生命”的，在一定人為干預的條件下，會出現一種自我修復的機制。而這種機制一旦被人類掌握，便可能研制出更多新式材料，應用在工業、軍事等方面。
自我修復，是生物界在長期進化過程中獲得的自我防御機制之一。無生命的物體能否自我“康復”呢？美國麻省理工學院的科研人員似乎想給出肯定的答案。他們發現，受損的金屬也具有自我修復的功能，相關成果發表在近期出版的《物理評論快報》上。
金屬自我修復的秘密
邁克爾·戴姆克維茲是麻省理工學院（MIT）的材料科學和工程教授，他和研究生徐國強在一項金屬特型實驗中意外發現，在受到外部力量作用產生裂痕后，金屬的晶粒邊界可以展開大面積的修復行為。
“我們在以往的試驗中也曾發現，金屬在固態變為液態的時候會發生相變，有不同的相態和不同的晶體。在力學和其他外部條件的作用下，會出現形態各異的支晶，類似于雪花、冰晶。”中國科學院理化技術研究所雙聘研究員劉靜在接受《中國科學報》記者采訪時表示。
多數金屬都由細微的晶粒構成，這些晶粒的大小和方向能影響金屬的強度和特性。劉靜談到，相變過程中，金屬中的支晶有的像狼牙棒、有的像仙人掌，確實會產生自我修復，但其狀態和程度取決于很多因素，比如單質的金屬和合金就不一樣，溫度的高低也會產生不同的影響。
事實上，近幾十年來，固體金屬中晶粒邊界的移動一直吸引著科研人員的關注，但很多研究發現，只有某些晶粒邊界才會誘發自我修復的現象，并非所有部分。這就造成了一種被稱為“向錯”的缺陷，這種現象早在一個世紀前就已經被觀察到，但當時只被認為是一種奇特現象。
為了重現試驗中觀察到的現象，戴姆克維茲建立了計算機模型，通過模型演示，能發現微晶粒之間的邊界，會在外部壓力下出現“創口”。這使得晶粒的微觀結構發生改變，晶粒邊界發生移動，而這種移動便是修復“創口”的關鍵。
在戴姆克維茲看來，金屬內部原則上都存在一個縮小外力造成裂痕的機制，可以減弱外部力量產生的影響。當金屬材料產生“創口”時，這種機制會阻止“傷口”進一步擴大，并使之產生“愈合”。
在發現這個機制后，麻省理工學院的研究人員將依此設計相應的金屬合金，以便在特殊應用條件下產生自我修復的功能。戴姆克維茲認為，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，期望設計出可以自我復原的金屬材料。
責任編輯：mqk
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