Metaal dat barst en zichzelf dan zonder menselijke hulp repareert. Het klinkt als sciencefiction, maar wetenschappers hebben het echt gezien. Onderzoekers dromen al voorzichtig van bruggen, vliegtuigen en motoren die zichzelf kunnen herstellen.
De hoop dat metaal zich natuurlijk kon herstellen bestond al lange tijd, maar er was geen bewijs voor. "Het was absoluut verbluffend om dit met eigen ogen te zien", zegt materiaalwetenschapper en onderzoeker Brad Boyce op de website van Sandia National Laboratories.
Het onderzoek richt zich op het vermogen van pure metalen om zichzelf te herstellen. Pure metalen zijn metalen die niet gemixt zijn met andere metalen, zoals aluminium, koper en lood.
Het team van Boyce onderzocht hoe scheuren zich op nanoschaal vormen en verspreiden in een stuk platina. De onderzoekers waren verbaasd toen zij na ongeveer veertig minuten zagen dat het uiteinde van een scheur steeds verder 'smolt' totdat de scheur helemaal verdwenen was. Na verloop van tijd groeide de scheur in een andere richting terug.
Boyce benadrukt dan ook dat het herstel alleen op heel kleine schaal is gezien, maar 'metaalmoeheid' begint ook klein. Daarom kan de ontdekking een groot positief effect hebben op de bouwwereld.
Een oplossing voor 'metaalmoeheid'?
Machines en infrastructuur zoals bruggen slijten namelijk. Na verloop van tijd gaan ze kapot doordat herhaalde spanning of continu dezelfde beweging microscopisch kleine scheurtjes veroorzaakt.
Deze scheurtjes worden steeds groter, tot ze er opeens voor zorgen dat het hele apparaat of de hele constructie breekt. Dit geldt voor soldeerverbindingen in elektronische apparaten, maar ook voor die in bijvoorbeeld automotoren en bruggen. "Deze structuren falen vaak op onvoorspelbare wijze", zegt Boyce.
Van scheuren in metalen werd alleen verwacht dat ze groter zouden worden, nooit kleiner.
Scheuren kunnen gevaarlijke situaties opleveren en herstel kost vaak veel geld en tijd. De economische impact komt in de Verenigde Staten volgens Boyce uit op honderden miljarden euro's per jaar.
Theorie uit 2013 onbedoeld bewezen
Wetenschappers wisten zelf wel al een aantal zelfherstellende materialen te maken. Maar dat waren voornamelijk kunststoffen. Dat ook metaal zichzelf kan helen, was nog niet bewezen. "Van scheuren in metalen werd alleen verwacht dat ze groter zouden worden, nooit kleiner."
Het team van Boyce is de eerste groep wetenschappers die kan aantonen dat metaal zich kan herstellen. Toch was er één wetenschapper die eerder concludeerde dat dit het geval zou moeten zijn: Michael Demkowicz. Hij gebruikte in 2013 computersimulaties om tot dezelfde conclusie te komen.
Boyce heeft onbedoeld bewijs geleverd voor Demkowicz' theorie. Hij wist naar eigen zeggen niet af van diens werk.
Zelfherstellende brug is nog brug te ver
Het is nog afwachten hoeveel effect de ontdekking in de praktijk zal hebben. Onderzoekers hopen dat de vondst het begin inluidt van een technologische revolutie waarbij motoren, vliegtuigen en bruggen veiliger en langer meegaan, doordat ze slijtage zelf ongedaan maken. Maar voor het zover is, is er veel meer onderzoek nodig.
Zo benadrukt Boyce dat het onderzoek plaatsvond met "nanokristallijne metalen in een vacuüm". Het is de vraag of andere metalen hetzelfde kunnen, zeker als ze ook nog eens aan lucht worden blootgesteld.
Demkowicz hoopt dat de ontdekking tot meer onderzoek leidt en dat het wetenschappers doet inzien dat materialen - onder de juiste omstandigheden - "dingen kunnen doen die we nooit hadden verwacht".
Het onderzoeksteam van Sandia National Laboratories en Texas A&M University beschreef de bevindingen woensdag in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.
Geen opmerkingen:
Een reactie posten