Kim loại được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, và vốn dĩ không có khả năng tự phục hồi (Ảnh minh họa: Getty).
Từ trước tới nay, các vật liệu có khả năng tự phục hồi chủ yếu là nhựa, polyme. Trong khi đó, khái niệm về kim loại tự phục hồi phần lớn vẫn nằm trong lĩnh vực khoa học viễn tưởng.
Thế nhưng trong một khám phá mang tính đột phá mới đây, lần đầu tiên các nhà khoa học đã quan sát thấy một miếng kim loại có thể “tự chữa lành” các vết nứt siêu nhỏ của nó.
Giới chuyên môn cho rằng điều này đã làm đảo lộn các lý thuyết vật chất truyền thống, và có thể mở đường cho một cuộc cách mạng kỹ thuật. Mặc dù vậy, vẫn cần nghiên cứu thêm để hiểu đầy đủ khả năng ứng dụng thực tế của nó.
Phát hiện này được thực hiện bởi một nhóm nghiên cứu tới từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia và Đại học Texas A&M. Điều thú vị là kết quả của nghiên cứu không hề nằm trong tính toán của nhóm.
Lực kéo (mũi tên đỏ) tạo ra vết nứt, nhưng đã được chữa lành sau đó (màu xanh) trên kim loại bạch kim (Ảnh: Dan Thompson).
Ban đầu, họ dùng thiết bị chuyên dụng kéo giãn các đầu của một miếng bạch kim khoảng 200 lần mỗi giây, nhằm tạo ra những đoạn đứt gãy khi kim loại này biến dạng.
Sau đó, họ bất ngờ quan sát thấy quá trình phục hồi cấu trúc ở quy mô siêu nhỏ, khi miếng bạch kim dày 40 nanomet lơ lửng trong chân không bằng một cách nào đó đã “tự chữa lành”.
Kết quả là chỉ sau khoảng 40 phút quan sát, vết nứt trên miếng bạch kim bắt đầu hợp nhất lại với nhau và tự hàn gắn như chưa có gì xảy ra.
“Các vết nứt trên kim loại từng được cho là sẽ ngày càng lớn hơn, chứ không phải nhỏ đi”, Sandia Brad Boyce, nhà khoa học vật liệu đại diện cho nhóm nghiên cứu, cho biết. “Điều này thực sự tuyệt vời khi được tận mắt chứng kiến”.
Kim loại được sử dụng rộng rãi, từ các mối hàn trong thiết bị điện tử, động cơ xe, cho đến những cây cầu khổng lồ. Theo thời gian, những cấu trúc này có thể hỏng hóc ở mức độ không thể đoán trước do tải trọng mà chúng phải đón nhận. Điều này dẫn tới các vết nứt và cuối cùng là đứt gãy.
Một nhà nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia sử dụng kỹ thuật kính hiển vi điện tử chuyên dụng để nghiên cứu các vết nứt trên kim loại ở cấp độ nano (Ảnh: Craig Fritz).
“Khi chúng hỏng hóc, bạn phải đối mặt với chi phí thay thế, mất thời gian và trong một số trường hợp thậm chí bị thương hoặc mất mạng”, bà Boyce chia sẻ thêm. “Tác động về mặt kinh tế của những sự cố này được tính bằng hàng trăm tỷ USD mỗi năm, chỉ riêng đối với Mỹ”.
Tuy nhiên dựa trên phát hiện mới, nhóm nghiên cứu cho rằng kim loại dường như có khả năng tự chữa lành vết thương ở một số điều kiện nhất định, ít nhất là ở cấp độ nano.
Trước đó, các chuyên gia trong ngành từng cho rằng khả năng chữa lành vết nứt ở kim loại có thể đã được thúc đẩy bởi các hạt tinh thể nhỏ bên trong, khi chúng thay đổi ranh giới để phản ứng với nhau. Tuy nhiên, họ chưa thể chứng minh được điều này.
Tới nay, mặc dù vẫn chưa thể xác định được nguyên nhân xảy ra đặc tính thú vị nêu trên, nhưng khám phá vẫn là một bước nhảy vọt trong lĩnh vực khoa học vật liệu, và có tiềm năng thiết thực trong môi trường sản xuất.
