금속 치유 자체의 관찰로 연구자의 예측 확인

반복적인 신장을 가했을 때 아주 작은 백금 조각에 미세한 균열이 생겼습니다. 피로균열 성장을 연구하기 위해 고안된 실험은 한동안 예상대로 계속되다가 예상치 못한 일이 일어났습니다. 균열은 성장을 멈추고 대신 짧아지기 시작하여 효과적으로 자체적으로 "치유"되었습니다.

Sandia National Laboratories의 연구원 그룹은 나노결정질 금속에 대한 파괴 실험을 수행하는 동안 이러한 놀라운 관찰을 했습니다.최근 연구 결과가 발표되었습니다.저널 네이처에서.

이 발견 이전에는 자가 치유 금속은 공상과학 소설에서만 발견할 수 있는 것이라고 생각하는 것이 합리적일 것입니다. 최근 연구의 공동저자이자 텍사스 A&M 대학의 재료과학 및 공학부 교수인 Michael Demkowicz 박사는 그러한 가정을 하지 않았습니다.

10년 전 매사추세츠공과대학 재료과학 및 공학부 조교수였던 Demkowicz와 그의 학생은 금속의 자가 치유를 예측했습니다.

“우리는 치유를 찾기 위해 시작한 것이 아닙니다. 내 학생인 Guoxiang Xu는 골절에 대한 시뮬레이션을 하고 있었습니다.”라고 Demkowicz는 말했습니다. "우리는 우연히 그의 시뮬레이션 중 하나에서 자발적인 치유를 관찰했고 후속 조치를 취하기로 결정했습니다."

그렇다면 지금과 마찬가지로 2013년에도 놀라운 결과가 나왔습니다. Demkowicz는 그와 그의 학생, 동료들이 모두 원래 이론에 다소 회의적이라고 덧붙였습니다. 그러나 그의 시뮬레이션 모델은 그 사이에 다른 연구자들에 의해 많은 복제와 확장을 보게 될 것입니다.

Demkowicz는 "다른 사람들이 모델링 작업에서 동일한 효과를 보았기 때문에 시뮬레이션에 오류가 없다는 것이 분명해졌습니다."라고 말했습니다. "그러나 실험은 지금까지 도달하지 못했습니다."

2013년 모델과 최근 실험 모두 나노크기(100만분의 1밀리미터)로 측정된 결정 구조 또는 입자 크기를 갖는 나노결정질 금속을 사용했습니다. Demkowicz에 따르면 엔지니어링 분야에서는 널리 사용되지 않지만 대부분의 금속은 이 형태로 만들어질 수 있습니다.

그는 또한 나노결정질 금속의 작은 입자 크기로 인해 작은 균열도 상호작용할 수 있는 더 많은 미세구조적 특징을 허용하기 때문에 자가치유 연구를 더 쉽게 만든다고 설명했습니다.

두 연구 모두 이러한 특징 중 하나인 결정립계가 균열에 대한 경계 이동 방향에 따라 균열 치유에 영향을 미칠 수 있음을 발견했습니다. Demkowicz는 이러한 특징이 많은 금속 및 합금에서 일반적이며 조작될 수 있다고 덧붙였습니다.

Demkowicz는 "현재 연구의 주요 영향은 원래의 이론적 예측을 '설계 단계에서 벗어나' 현실에서 발생한다는 것을 보여주는 것입니다."라고 말했습니다. “우리는 아직 자가 치유를 위한 미세 구조 최적화를 실제로 시작하지 않았습니다. 자가 치유를 촉진하기 위한 최선의 변화를 찾아내는 것은 향후 연구를 위한 어려운 과제입니다.”

이 작업의 잠재적인 적용은 매우 다양할 수 있습니다. Demkowicz는 입자 크기가 더 큰 기존 금속에서 자가 치유가 가능할 수 있지만 향후 조사가 필요할 것이라고 제안했습니다.

2013년 이론과 최근 실험 모두에 공통적인 조건 중 하나는 둘 다 이물질이 없는 진공 환경에서 수행되었다는 것입니다. 이러한 외부 물질은 균열 표면의 결합 또는 냉간 용접 능력을 방해할 수 있습니다. 이러한 제한에도 불구하고 우주 비행 기술이나 외부 공기에 노출되지 않는 내부 균열에 대한 적용은 여전히 ​​가능할 수 있습니다.

10년 동안 제작된 Demkowicz의 이론은 Sandia National Laboratories의 실험에서 큰 성과를 거두었습니다. 현재 연구에서 Demkowicz는 최근 관찰된 현상이 원래 시뮬레이션 모델과 일치하는지 확인할 수 있었습니다.

“놀라운 실험이에요. 그러나 나는 이것이 이론에 있어서도 큰 승리라고 생각합니다”라고 Demkowicz는 말했습니다. “재료의 복잡성으로 인해 새로운 현상을 확실하게 예측하기 어려운 경우가 많습니다. 이번 발견은 물질 거동에 대한 우리의 이론적 모델이 올바른 방향으로 가고 있다는 희망을 줍니다.”