Các nhà khoa học đã quan sát một điều chưa từng thấy trước đây, một miếng kim loại tự vá lành vết nứt. Nếu có thể hiểu và kiểm soát hoàn toàn được quá trình này, chúng ta có thể bước vào một kỷ nguyên kỹ thuật hoàn toàn mới.
Trong quá trình kiểm tra độ bền của kim loại bằng cách sử dụng kỹ thuật kính hiển vi điện tử truyền qua chuyên dụng để kéo các đầu của kim loại 200 lần mỗi giây, một nhóm từ Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia, Hoa Kỳ, và Đại học Texas A&M đã quan sát thấy quá trình tự vá lành ở quy mô siêu nhỏ trong một miếng bạch kim dày 40 nanomet được treo trong môi trường chân không.
Các vết nứt gây ra bởi loại biến dạng được mô tả ở trên được gọi là những hư hỏng do mỏi (fatigue damage): ứng suất và chuyển động lặp đi lặp lại gây ra các vết nứt cực nhỏ, cuối cùng làm hỏng máy móc hoặc cấu trúc. Đáng kinh ngạc là sau khoảng 40 phút quan sát, vết nứt trên bạch kim bắt đầu hợp nhất với nhau và tự hàn gắn trước khi bắt đầu bị nứt theo một hướng khác.
Nhà khoa học vật liệu Brad Boyce từ Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia cho biết: “Thật tuyệt vời khi được tận mắt chứng kiến điều này. Chúng tôi chắc chắn không tìm kiếm nó”.
Boyce nói thêm: "Những gì chúng tôi đã xác nhận là kim loại có khả năng tự nhiên, nội tại của riêng chúng để tự vá lành vết nứt, ít nhất là trong trường hợp hư hỏng do mỏi ở cấp độ nano”.
Điều này xảy ra trong các điều kiện chính xác và chúng ta chưa biết rõ nó đã xảy ra như thế nào hoặc cách chúng ta có thể sử dụng nó. Nhưng nếu bạn nghĩ về chi phí và nỗ lực cần thiết để sửa chữa mọi thứ, từ cầu nối, động cơ cho đến điện thoại, thì việc kim loại tự vá lành có thể tạo ra sự khác biệt ở một mức độ nào đó.
Và cho dù quan sát mới là chưa từng có, nhưng nó không hoàn toàn là một điều bất ngờ. Vào năm 2013, nhà khoa học vật liệu Michael Demkowicz của Đại học Texas A&M đã thực hiện một nghiên cứu dự đoán rằng kiểu vá lành vết nứt nano này có thể xảy ra, và được thúc đẩy bởi các hạt tinh thể nhỏ bên trong kim loại thay đổi ranh giới của chúng để phản ứng với ứng suất.
Demkowicz cũng tham gia vào nghiên cứu này. Ông sử dụng các mô hình máy tính đã được cập nhật để chỉ ra rằng các lý thuyết từ hàng chục năm trước của ông về hành vi tự vá lành của kim loại ở cấp độ nano là phù hợp với phát hiện mới.
Quá trình sửa chữa tự động xảy ra ở nhiệt độ phòng là một khía cạnh hứa hẹn khác của nghiên cứu. Kim loại thường cần nhiều nhiệt để thay đổi hình dạng, nhưng thí nghiệm mới được thực hiện trong chân không. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu vẫn còn phải xem liệu quá trình tương tự có xảy ra với các kim loại thông thường trong một môi trường điển hình hay không.
Một lời giải thích khả dĩ liên quan đến một quá trình được gọi là hàn lạnh, xảy ra ở nhiệt độ môi trường bất cứ khi nào các bề mặt kim loại tiến đến đủ gần nhau để các nguyên tử của chúng lẫn vào nhau. Thông thường, các lớp không khí mỏng hoặc chất gây ô nhiễm cản trở quá trình; trong các môi trường như chân không vũ trụ, các kim loại nguyên chất có thể bị ép lại đủ gần để dính vào nhau theo đúng nghĩa đen.
Demkowicz nói: “Hy vọng của tôi là phát hiện này sẽ khuyến khích các nhà nghiên cứu vật liệu cân nhắc rằng, trong những điều kiện thích hợp, vật liệu có thể làm những điều mà chúng ta không ngờ tới”.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature.
Theo Science Alert
Văn Thiện biên dịch
