迈克尔-德姆考维兹博士曾预言过金属的自愈合现象，今年夏天终于观测到了这一现象，令全球科学家震惊不已。一块极小的铂在反复拉伸的情况下产生了微小的裂纹。这项旨在研究疲劳裂纹生长的实验按预想进行了一段时间。但随后，意想不到的事情发生了。裂纹停止了生长，反而开始变短，有效地”自愈”了。
在桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）发现的纳米级金属自愈合艺术效果图中，绿色标示出裂缝形成的位置，然后重新融合在一起。红色箭头表示意外触发这一现象的拉力方向。资料来源：丹-汤普森，桑迪亚国家实验室
桑迪亚国家实验室的一组研究人员在对纳米晶金属进行断裂实验时，发现了这一令人难以置信的现象。研究结果最近发表在《自然》杂志上。
在这一发现之前，人们有理由认为自愈金属只能出现在科幻小说中。德克萨斯农工大学材料科学与工程系教授、最近这项研究的共同作者 Michael Demkowicz 博士却不这么认为。
十年前，在麻省理工学院材料科学与工程系担任助理教授时，Demkowicz 和他的学生就预测到了金属的自愈性。
“我们的出发点并不是要找到自愈。我的学生 Guoxiang Xu 当时正在做断裂模拟，”Demkowicz 说。”我们无意中在他的一个模拟中观察到了自发愈合，于是决定继续跟进”。
当时，就像现在一样，2013 年的结果令人惊讶。Demkowicz 补充说，他、他的学生和同事都对最初的理论有些怀疑。不过，他的模拟模型在随后的几年里被其他研究人员多次复制和扩展。
Demkowicz说：”很明显，模拟并没有错误，因为其他人在他们的建模工作中也看到了同样的效果。”
2013 年的模型和最近的实验都使用了纳米晶金属，这种金属的晶体结构或晶粒大小以纳米级（百万分之一毫米）测量。Demkowicz 表示，虽然这种金属在工程应用中并不广泛，但大多数金属都能以这种形式制造。
他进一步解释说，纳米晶金属使研究自愈合变得更容易，因为它们的晶粒尺寸小，可以产生更多的微结构特征，即使是微小的裂缝也能与之相互作用。
这两项研究都发现，晶界这一特征会影响裂纹愈合，具体取决于晶界相对于裂纹的迁移方向。Demkowicz 补充说，这些特征在许多金属和合金中都很常见，而且可以加以控制。
Demkowicz 说：”当前工作的主要影响是将最初的理论预测’从绘图板上移开’，并证明它在现实中发生了。我们还没有真正开始优化自愈微结构。找出促进自愈合的最佳改变是未来工作的一项具有挑战性的任务。”
这项工作的潜在应用可能会有很大不同。Demkowicz 认为，在晶粒尺寸较大的传统金属中也有可能实现自愈，但还需要未来的研究。
2013 年的理论和最近的实验都有一个共同的条件，那就是两者都是在真空环境中进行的，完全没有外来物质。这些外来物质可能会干扰裂纹表面的粘合或冷焊能力。即使存在这种限制，但仍有可能应用于航天技术或不接触外界空气的内部裂缝。
经过十年的努力，Demkowicz 的理论在桑迪亚国家实验室的实验中取得了成果。在目前的研究中，Demkowicz 能够验证最近观察到的现象是否与他最初的模拟模型相符。
“这是一个了不起的实验。不过，我认为这也是理论上的一大胜利，”Demkowicz 说。”材料的复杂性往往使我们难以自信地预测新现象。这一发现让我看到了希望，我们的材料行为理论模型正走在正确的道路上。”
