과학자들을 놀라게 한 실험에서 깨진 금속 조각이 스스로 치유되었습니다.

Jul 05, 2023

이것을 '그런 일이 일어나서는 안 됩니다!' 아래에 제출하십시오. 과학자들은 이전에는 볼 수 없었던 금속 자체 치유를 관찰했습니다. 이 프로세스를 완전히 이해하고 제어할 수 있다면 완전히 새로운 엔지니어링 시대가 시작될 수 있습니다.

샌디아 국립 연구소(Sandia National Laboratories)와 텍사스 A&M 대학교(Texas A&M University) 팀은 특수 투과 전자 현미경 기술을 사용하여 금속 끝을 초당 200회 잡아당겨 금속의 탄력성을 테스트하고 있었습니다. 그런 다음 그들은 진공에 매달린 40나노미터 두께의 백금 조각에서 초소형 규모로 자가 치유되는 것을 관찰했습니다.

위에서 설명한 종류의 변형으로 인해 발생하는 균열은 피로 손상으로 알려져 있습니다. 반복적인 응력과 움직임으로 인해 미세한 파손이 발생하여 결국 기계나 구조물이 파손되는 것입니다. 놀랍게도 약 40분 동안 관찰한 후에 백금의 균열이 다시 융합되기 시작하여 스스로 고쳐지기 시작하다가 다른 방향으로 다시 시작되었습니다.

Sandia National Laboratories의 재료 과학자 Brad Boyce는 "이것은 직접 보면서 정말 놀라운 일이었습니다."라고 말했습니다. "우리는 확실히 그것을 찾고 있지 않았습니다."

"우리가 확인한 것은 적어도 나노 규모의 피로 손상의 경우 금속이 스스로 치유할 수 있는 고유하고 자연스러운 능력을 가지고 있다는 것입니다."

이는 정확한 조건이며, 이것이 어떻게 발생하는지, 어떻게 사용할 수 있는지 아직 정확히 알 수 없습니다. 그러나 교량부터 엔진, 전화기까지 모든 것을 수리하는 데 필요한 비용과 노력을 생각하면 자가 치유 금속이 얼마나 많은 변화를 가져올 수 있는지는 알 수 없습니다.

그리고 이러한 관찰은 전례가 없는 것이지만, 완전히 예상치 못한 것은 아닙니다. 2013년 텍사스 A&M 대학의 재료과학자 Michael Demkowicz는 금속 내부의 작은 결정립이 응력에 반응하여 경계를 이동함으로써 이러한 종류의 나노균열 치유가 일어날 수 있다고 예측하는 연구를 진행했습니다.

Demkowicz는 또한 업데이트된 컴퓨터 모델을 사용하여 나노 수준에서 금속의 자가 치유 작용에 대한 그의 10년 된 이론이 여기서 일어나는 일과 일치한다는 것을 보여주는 최신 연구에 참여했습니다.

자동 수선 과정이 실온에서 일어났다는 점은 연구의 또 다른 유망한 측면입니다. 금속은 일반적으로 형태를 바꾸려면 많은 열이 필요하지만 실험은 진공 상태에서 수행되었습니다. 일반적인 환경의 기존 금속에서도 동일한 프로세스가 발생할지는 아직 알 수 없습니다.

가능한 설명은 금속 표면이 각각의 원자가 서로 엉킬 수 있을 만큼 충분히 가까워질 때마다 주변 온도에서 발생하는 냉간 용접으로 알려진 프로세스와 관련됩니다. 일반적으로 공기나 오염 물질의 얇은 층이 공정을 방해합니다. 우주의 진공과 같은 환경에서는 순수한 금속이 문자 그대로 달라붙을 만큼 서로 가깝게 강제될 수 있습니다.

Demkowicz는 "이번 발견이 재료 연구자들이 올바른 환경에서 재료가 우리가 예상하지 못했던 일을 할 수 있다는 점을 고려하도록 장려하는 것입니다."라고 말했습니다.

이 연구는 네이처(Nature)에 게재되었습니다.