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麻省理工學(xué)院發(fā)現(xiàn)金屬材料自我修復(fù)機(jī)制
來(lái)源:中機(jī)院  時(shí)間:2013-10-12  點(diǎn)擊:672
自然界中的生物體和具有記憶功能的有機(jī)材料等，在遭受損傷時(shí)具有自我康復(fù)的功能。然而近日，麻省理工學(xué)院的研究人員在一項(xiàng)金屬特性實(shí)驗(yàn)中意外發(fā)現(xiàn)，受損的金屬也具有自我修復(fù)的功能。

        自然界中的生物體和具有記憶功能的有機(jī)材料等，在遭受損傷時(shí)具有自我康復(fù)的功能。然而近日，麻省理工學(xué)院的研究人員在一項(xiàng)金屬特性實(shí)驗(yàn)中意外發(fā)現(xiàn)，受損的金屬也具有自我修復(fù)的功能。

        金屬合金分子結(jié)構(gòu)電腦模擬顯示，微晶粒之間的邊界會(huì)在壓力下出現(xiàn)裂痕。大多數(shù)金屬都是由細(xì)微的晶粒構(gòu)成，這些晶粒的大小和方向能夠影響金屬的強(qiáng)度和特性。但在某些條件下，壓力可以讓這種晶粒的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變：使晶界（晶粒邊界）發(fā)生移動(dòng)，而晶界移動(dòng)則是修復(fù)“創(chuàng)傷”的關(guān)鍵。

        近幾十年來(lái)，科研人員對(duì)固體金屬中晶界的移動(dòng)一直開(kāi)展著研究，但發(fā)現(xiàn)只有某些晶界才發(fā)生導(dǎo)致自我修復(fù)的現(xiàn)象，即只有部分晶界延伸到一個(gè)晶粒，但不是所有部分。這造成了一種被稱之為“向錯(cuò)”的缺陷。實(shí)際上早在一個(gè)世紀(jì)前，“向錯(cuò)”就已經(jīng)被觀察到，但當(dāng)時(shí)認(rèn)為這只是一種奇特現(xiàn)象。當(dāng)麻省理工學(xué)院（MIT）材料科學(xué)和工程教授邁克爾·戴姆克維茲和研究生徐國(guó)強(qiáng)在實(shí)驗(yàn)中意外發(fā)現(xiàn)，金屬中晶界在受外力作用產(chǎn)生裂痕后可以開(kāi)展全面的修復(fù)行為，而且這種自我修復(fù)功能，其實(shí)是向錯(cuò)缺陷帶來(lái)的結(jié)果。

        為重現(xiàn)這一現(xiàn)象，他們?yōu)橹⒘擞?jì)算機(jī)模型，通過(guò)模型演示能清楚地觀察到金屬材料在遭受外力創(chuàng)傷時(shí)，晶界發(fā)生移動(dòng)從而完成自我修復(fù)的過(guò)程。戴姆克維茲教授認(rèn)為，金屬內(nèi)部原則上都存在一個(gè)縮小外力造成裂痕的機(jī)制。

        向錯(cuò)有強(qiáng)烈的應(yīng)力場(chǎng)，“實(shí)際上它們完全可以減弱外加負(fù)載產(chǎn)生的影響。”戴姆克維茲教授說(shuō)，“當(dāng)破裂的材料兩邊被撕開(kāi)時(shí)，這種機(jī)制阻止裂痕不再進(jìn)一步擴(kuò)大，并且使之產(chǎn)生愈合。”

        發(fā)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制后，MIT的研究人員計(jì)劃進(jìn)一步研究如何設(shè)計(jì)出相應(yīng)的金屬合金，以便在特殊應(yīng)用條件下產(chǎn)生自我修復(fù)的功能。戴姆克維茲教授指出，合金微觀結(jié)構(gòu)控制技術(shù)已經(jīng)存在，現(xiàn)在只需要計(jì)算出如何獲得理想的結(jié)果。“我們?yōu)橹蜷_(kāi)了通途，如何設(shè)計(jì)出可以自我復(fù)原的金屬材料不會(huì)太久。”

        詳細(xì)研究成果發(fā)表于近期出版的《物理評(píng)論通訊》上。

        中機(jī)院產(chǎn)業(yè)規(guī)劃所認(rèn)為，金屬材料自我修復(fù)機(jī)制，為設(shè)計(jì)出可自我復(fù)原的金屬打開(kāi)大門(mén)，新材料面世指日可待。
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