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May 18, 2023

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[1/2]Der Forscher Ryan Schoell von den Sandia National Laboratories der US-Regierung in New Mexico verwendet eine spezielle Transmissionselektronenmikroskoptechnik, die von den Wissenschaftlern Khalid Hattar entwickelt wurde.

[1/2]Der Forscher Ryan Schoell von den Sandia National Laboratories der US-Regierung in New Mexico verwendet eine spezielle Transmissionselektronenmikroskoptechnik, die von den Wissenschaftlern Khalid Hattar, Dan Bufford und Chris Barr entwickelt wurde, um Ermüdungsrisse im Nanomaßstab zu untersuchen, 16. November 2022. Craig ... Mehr lesen

WASHINGTON, 19. Juli (Reuters) – Im Film „Terminator 2: Judgement Day“ aus dem Jahr 1991 bewies ein bösartiger zeitreisender und formverändernder Android namens T-1000, der aus flüssigem Metall hergestellt wurde, eine einzigartige Qualität. Wenn es mit Schüssen oder Kugeln getroffen wird, heilt sich sein Metall von selbst.

Selbstheilendes Metall ist immer noch nur Science-Fiction, oder? Scheinbar nicht.

Wissenschaftler beschrieben am Mittwoch, wie Stücke aus reinem Platin und Kupfer spontan Risse heilten, die durch Metallermüdung verursacht wurden. Dies geschah in Nanoexperimenten, mit denen untersucht werden sollte, wie sich solche Risse in Metall bilden und ausbreiten, das unter Spannung steht. Sie zeigten sich optimistisch, dass diese Fähigkeit in relativ naher Zukunft in Metalle eingebaut werden kann, um selbstheilende Maschinen und Strukturen zu schaffen.

Metallermüdung tritt auf, wenn Metall – einschließlich Teile in Maschinen, Fahrzeugen und Strukturen – mikroskopisch kleine Risse aufweist, nachdem es wiederholter Belastung oder Bewegung ausgesetzt wurde, wobei sich die Schäden mit der Zeit tendenziell verschlimmern. Metallermüdung kann zu katastrophalen Ausfällen in Bereichen wie der Luftfahrt (z. B. Triebwerken) und der Infrastruktur (Brücken und anderen Bauwerken) führen.

Bei den Experimenten in den Sandia National Laboratories der US-Regierung in New Mexico verwendeten die Forscher eine Technik, bei der etwa 200 Mal pro Sekunde an den Enden der winzigen Metallstücke gezogen wurden. Zunächst bildete sich ein Riss, der sich ausbreitete. Doch etwa 40 Minuten nach Beginn des Experiments verschmolz das Metall wieder.

Die Forscher nannten diese Heilung „Kaltschweißen“.

„Der Kaltschweißprozess ist ein metallurgischer Prozess, der bekanntermaßen auftritt, wenn zwei relativ glatte und saubere Metalloberflächen zusammengebracht werden, um atomare Bindungen wiederherzustellen“, sagte Brad Boyce, Materialwissenschaftler der Sandia National Laboratories, der die in der Zeitschrift veröffentlichte Studie mitgeleitet hat Natur.

„Im Gegensatz zu den selbstheilenden Robotern im ‚Terminator‘-Film ist dieser Prozess im menschlichen Maßstab nicht sichtbar. Er findet im Nanomaßstab statt und wir sind noch nicht in der Lage, den Prozess zu kontrollieren“, fügte Boyce hinzu.

Die Metallstücke waren etwa 40 Nanometer dick und einige Mikrometer breit. Während die Heilung in den Experimenten nur bei Platin und Kupfer beobachtet wurde, deuteten Simulationen laut Boyce darauf hin, dass Selbstheilung auch bei anderen Metallen stattfinden kann und dass es „völlig plausibel“ sei, dass Legierungen wie Stahl diese Eigenschaft aufweisen könnten.

„Man kann sich Materialien vorstellen, die darauf zugeschnitten sind, dieses Verhalten auszunutzen“, sagte Boyce.

„Angesichts dieses neuen Wissens könnte es alternative Materialdesignstrategien oder technische Ansätze geben, die zur Minderung von Ermüdungsversagen beitragen könnten. Darüber hinaus könnte dieses neue Verständnis Aufschluss über Ermüdungsversagen in bestehenden Strukturen geben – und so unsere Fähigkeit verbessern, solche zu interpretieren und vorherzusagen.“ Misserfolge“, fügte Boyce hinzu.

Wissenschaftler haben in der Vergangenheit einige selbstheilende Materialien hergestellt, hauptsächlich Kunststoffe. Der Co-Autor der Studie, Michael Demkowicz, Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwissenschaften an der Texas A&M University, sagte vor einem Jahrzehnt die Selbstheilung von Metall voraus.

Demkowicz ging richtig davon aus, dass unter bestimmten Bedingungen die Belastung von Metall, die normalerweise zu ermüdungsbedingten Rissen führen sollte, den gegenteiligen Effekt haben könnte.

„Ich schätze jetzt, dass es noch weitere zehn Jahre dauern wird, bis sich konkrete Anwendungen unserer Erkenntnisse entwickeln“, sagte Demkowicz.

„Als ich zum ersten Mal meine Vorhersagen machte, sagten einige in der Presse, ich arbeite an einem T-1000. Das ist immer noch Science-Fiction“, sagte Demkowicz. „Am Ende der (Fernsehserie) ‚Battlestar Galactica‘ adaptierte die Crew jedoch einige zylonische (eine fiktive Roboterrasse) Technologie, um Ermüdungsschäden an ihrem Schiff zu heilen, sodass sich Metall eher wie ein organisches Gewebe verhielt, das sein eigenes heilen kann.“ Wunden. Ich würde sagen, woran wir arbeiten, ähnelt eher dem Beispiel von „Battlestar Galactica“.

Die Selbstheilung wurde in einer ganz bestimmten Umgebung mit einem Gerät namens Elektronenmikroskop beobachtet.

„Eine der großen Fragen, die in der Studie offen geblieben sind, ist, ob der Prozess auch in der Luft und nicht nur in der Vakuumumgebung des Mikroskops abläuft. Aber selbst wenn er nur im Vakuum abläuft, hat er dennoch wichtige Auswirkungen auf die Ermüdung in Raumfahrzeugen oder.“ „Ermüdung im Zusammenhang mit Rissen unter der Oberfläche, die nicht der Atmosphäre ausgesetzt sind“, sagte Boyce.

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