科学者が偶然、金属が自らを「修復」する様子を捉える

金属は、自ら「修復」することは知られていない。一度破損すると、外部からの力で修復されない限り、その材料は破損したままであると想定されている。しかし、金属特性に関する新たな研究は、必ずしもそうではないことを示している。実際、一部の金属は自然に自ら修復するようだ。この発見は、いつの日か地球上や地球外の工学設計を変える可能性がある。

先週Nature 誌に掲載された研究によると、ニューメキシコ州アルバカーキのサンディア国立研究所とテキサス A&M 大学の材料科学者が、少なくとも一部の金属（この場合は銅とプラチナ）が「固有の自己修復を起こす」ことができることを発見した。Live Science が最近指摘したように、研究チームの観察は、2 つの材料をナノスケール レベルで観察しているときに完全に偶然に得られたものだった。

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この発見は、プラチナと銅の極小サンプルの応力耐性特性をテストしているときに起こりました。このテストを行うために、研究チームは透過型電子顕微鏡を使用して、金属を毎秒 200 回の速度で素早く微小に押し付けました。この装置が加えた圧力は、蚊が歩くときの足の圧力と同程度でしたが、それでも時間の経過とともに金属に小さな亀裂が生じました。

こうした問題は現実世界で毎日起きている。「電子機器のはんだ接合部から自動車のエンジン、車で渡る橋まで、こうした構造物は周期的な負荷によって予期せず破損することが多く、その結果亀裂が生じ、最終的には破損する」とサンディア国立研究所の材料科学者ブラッド・ボイス氏は最近のプレスリリースで述べた。「破損すると、交換費用、時間の損失、場合によっては負傷や死亡にも対処しなければならない」

しかし、研究チームのテストから40分以内に、プラチナと銅のサンプルは両方とも、亀裂が最初からなかったかのように治癒した。

「金属のひび割れは小さくなるのではなく、大きくなるとしか考えられていなかった。ひび割れの成長を説明するために使用する基本方程式のいくつかでさえ、そのような治癒プロセスの可能性を排除している」とボイス氏はプレスリリースで述べた。

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多くの研究者にとって驚きだったが、この治癒能力は、当時MITの材料科学および工学教授だったマイケル・デムコヴィッツが初めて提唱した10年前の理論を実際に裏付けるものだった。2013年、デムコヴィッツはコンピューターシミュレーションによって従来の材料理論を訂正しようと試み、特定の条件下では金属が応力による亀裂を修復できる可能性を示した。このような驚くべき能力の鍵は、いわゆる「冷間圧接」にあり、非常に特定の条件下で2つの亀裂の側面が互いに押し付けられる。

まだ調査やテストが必要なことはたくさんあるが、こうした影響は広範囲に及ぶ可能性があり、地球上の建物から宇宙船まで、エンジニアがあらゆるものを設計し構築する方法を変える可能性がある。最近の実験は真空中で行われたが、チームは金属の冷間溶接が通常の大気条件で起こるかどうかを調べたいと考えている。少なくとも、デムコヴィッツ氏は、この発見は「適切な状況下では、材料は予想もしなかったようなことができる」という素晴らしい教訓だと考えている。