المعدن المتصدّع يلتئم من تلقاء ذاته

تخيلوا لو انكسر شي غرض يرجع يتصلح لحالو..ممكن نحس انو هالشي خيالي خيالي بس الباحثين بال MIT دائما بيورجونا انو ما في شي مستحيل.

أظهرت نتائج غير متوقعة، بحيث اعتبرها الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا MIT خطأ في البداية، أنّ وضع قطعة من المعدن -في ظروف معينة- تحت ضغط يجدر به أن يكسرها , يُحدث أثراً معاكساً تماماً, فيرمّم الشقوق الموجودة في تلك القطعة. هذا الاكتشاف المفاجئ يمكن أن يكون الخطوة الأولى لإنتاج المواد ذاتية الإصلاح يمكنها تدارك الأضرار الأولية قبل أن تنتشر.

ولكن ظهر السؤال التالي: ما الذي يحصل ؟؟ أو كيف حصل هذا ؟

اتضح أن الجواب يكمن في كيفية تفاعل أنواع حدود التركيبة البلورية للمعدن مع الشقوق كالنيكل في هذه الحالة، والذي يشكّل الأساس في "السبائك الفائقة" المستخدمة في البيئات القاسية مثل آبار النفط في أعماق البحر. و عبر ابتكار نموذج على الحاسوب للبنية الميكروسكوبية و دراسة استجابتها لشروط متنوعة اكتشف الباحثان وجود تقنية يمكن من خلالها إغلاق التصدّعات و الشقوق تحت أي ضغط تتعرض له، حيث أن الضغط يسبب تغيراً في البنية الميكروسكوبية للمواد و يؤدي إلى هجرة الحدود، ما يعدّ المفتاح الأساسي في التحام الشقوق.

درست فكرة هجرة أنواع الحدود grain boundaries البلورية بشكل واسع خلال العقد الماضي إلا أنّ الإصلاح الذاتي يحدث فقط عبر نوع معين من الحدود، وهو نوع تبتعد حدوده عن بعضها، ما يخلق نوعاً من الخلل يُعرف بالدوران الوحشي (disclination).

و قد لوحظ الدوران الوحشي للمرة الأولى قبل قرن من الزمن، ولكنه اعتبر مجرد صفة غريبة مثيرة للفضول، ثم عندما اكتشف الباحثان سلوك الإصلاح الذاتي لزمهم وقت ﻹقناع أنفسهم أنّ ما يرونه هو في الحقيقة دوران وحشي.

هذا الخلل الذي يحدث يمتلك حقول ضغط قوية باستطاعتها أن تعكس ما يمكن أن تقوم به قوة مطبّقة؛ بعبارة أخرى: عندما يتم إبعاد طرفي شق في مادة معينة عن بعضهما، بدلاً من أن يكبر الصدع فإنّه يلتئم؛ ويعود سبب هذا السلوك غير المتوقع إلى الضغط الناتج عن الدوران الوحشي.

عند اكتشاف الباحثَين لهذه التقنية قاما بالتخطيط لدراسة طريقة تصميم سبائك معدنية يمكن للشقوق فيها أن تغلق وتلتحم باستخدام تقنية خاصة، عبر تطبيق قوة نموذجية تتحكم بالبيئة الميكروسكوبية للسبائك.

من المتوقع أن تساهم هذه التقنية في زيادة عمر السبائك المستخدمة في صناعة الطائرات وآبار النفط والتطبيقات الصناعية الأخرى، فهي تحدّ من اهتراء المعدن الناتج عن تراكم شقوق نانوية على مرّ الزمن وهذا يعني حياة أكثر تطوراً و أماناً.

المصدر:

هنا