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麻省理工学院发现金属材料自我修复机制

来源:中机院时间:2013-10-12 点击:635

自然界中的生物体和具有记忆功能的有机材料等，在遭受损伤时具有自我康复的功能。然而近日，麻省理工学院的研究人员在一项金属特性实验中意外发现，受损的金属也具有自我修复的功能。

        自然界中的生物体和具有记忆功能的有机材料等，在遭受损伤时具有自我康复的功能。然而近日，麻省理工学院的研究人员在一项金属特性实验中意外发现，受损的金属也具有自我修复的功能。

        金属合金分子结构电脑模拟显示，微晶粒之间的边界会在压力下出现裂痕。大多数金属都是由细微的晶粒构成，这些晶粒的大小和方向能够影响金属的强度和特性。但在某些条件下，压力可以让这种晶粒的微观结构发生改变：使晶界（晶粒边界）发生移动，而晶界移动则是修复“创伤”的关键。

        近几十年来，科研人员对固体金属中晶界的移动一直开展着研究，但发现只有某些晶界才发生导致自我修复的现象，即只有部分晶界延伸到一个晶粒，但不是所有部分。这造成了一种被称之为“向错”的缺陷。实际上早在一个世纪前，“向错”就已经被观察到，但当时认为这只是一种奇特现象。当麻省理工学院（MIT）材料科学和工程教授迈克尔·戴姆克维兹和研究生徐国强在实验中意外发现，金属中晶界在受外力作用产生裂痕后可以开展全面的修复行为，而且这种自我修复功能，其实是向错缺陷带来的结果。

        为重现这一现象，他们为之建立了计算机模型，通过模型演示能清楚地观察到金属材料在遭受外力创伤时，晶界发生移动从而完成自我修复的过程。戴姆克维兹教授认为，金属内部原则上都存在一个缩小外力造成裂痕的机制。

        向错有强烈的应力场，“实际上它们完全可以减弱外加负载产生的影响。”戴姆克维兹教授说，“当破裂的材料两边被撕开时，这种机制阻止裂痕不再进一步扩大，并且使之产生愈合。”

        发现这个机制后，MIT的研究人员计划进一步研究如何设计出相应的金属合金，以便在特殊应用条件下产生自我修复的功能。戴姆克维兹教授指出，合金微观结构控制技术已经存在，现在只需要计算出如何获得理想的结果。“我们为之打开了通途，如何设计出可以自我复原的金属材料不会太久。”

        详细研究成果发表于近期出版的《物理评论通讯》上。

        中机院产业规划所认为，金属材料自我修复机制，为设计出可自我复原的金属打开大门，新材料面世指日可待。

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