Shkencëtarët zbulojnë metale që mund të shërojnë veten

Në një zbulim novator, shkencëtarët kanë vëzhguar për herë të parë që metali shëron spontanisht çarjet e tij mikroskopike, duke përmbysur teoritë tradicionale të materialeve. Ky vëzhgim mund të çojë në makina vetë-shëruese, duke rritur ndjeshëm sigurinë dhe jetëgjatësinë e tyre. Fenomeni, që konfirmon një teori të propozuar në 2013, mund të hapë rrugën për një revolucion inxhinierik, megjithëse kërkime të mëtejshme janë të nevojshme për të kuptuar plotësisht zbatueshmërinë e tij praktike.

Për herë të parë, shkencëtarët kanë vëzhguar copa metali që plasariten spontanisht dhe më pas shkrihen së bashku. Ky vëzhgim novator bie ndesh me teoritë shkencore të mbajtura prej kohësh dhe mund të hapë rrugën për një revolucion inxhinierik. Nëse fenomeni i zbuluar rishtazi mund të shfrytëzohet, aplikimet e mundshme janë me një gamë të gjerë dhe përfshijnë motorë vetë-shërues, ura dhe aeroplanë që mund të riparojnë në mënyrë autonome dëmet e shkaktuara nga konsumimi, duke rritur kështu sigurinë dhe jetëgjatësinë e tyre.

Zbulimi u bë nga një ekip kërkimor nga Sandia National Laboratories dhe Texas A&M University. Gjetjet e tyre u përshkruan më 19 korrik në revistën Nature.

“Kjo ishte absolutisht mahnitëse për t’u parë nga dora e parë,” tha shkencëtari i materialeve Sandia, Brad Boyce.

“Ajo që ne kemi konfirmuar është se metalet kanë aftësinë e tyre të brendshme, natyrore për të shëruar veten, të paktën në rastin e dëmtimit të lodhjes në shkallë nano,” tha Boyce.

Implikimet për dëmtimin e lodhjes
Dëmtimi i lodhjes është një shkak i zakonshëm i dështimit të makinës. Ky dëmtim manifestohet si çarje mikroskopike të cilat formohen për shkak të stresit ose lëvizjes së përsëritur. Me kalimin e kohës, këto çarje zgjerohen dhe përhapen derisa përfundimisht, pajisja prishet, ose në terma shkencorë, ajo dështon.

Çarja që Boyce dhe ekipi i tij panë të zhdukej ishte një nga këto fraktura të vogla por të njëpasnjëshme – e matur në nanometra.

“Nga nyjet e saldimit në pajisjet tona elektronike te motorët e automjetit tonë tek urat mbi të cilat ne lëvizim, këto struktura shpesh dështojnë në mënyrë të paparashikueshme për shkak të ngarkimit ciklik që çon në fillimin e çarjes dhe thyerjen eventuale,” tha Boyce. “Kur ato dështojnë, ne duhet të përballemi me kostot e zëvendësimit, kohën e humbur dhe, në disa raste, edhe lëndimet ose humbjen e jetës. Ndikimi ekonomik i këtyre dështimeve matet në qindra miliarda dollarë çdo vit për SHBA-në.”

Ndërsa disa materiale vetë-shëruese, kryesisht plastika, janë zhvilluar nga shkencëtarët, koncepti i një metali vetë-shërues ka mbetur kryesisht në fushën e fantashkencës.

“Çarjet në metale pritej vetëm të bëheshin më të mëdha, jo më të vogla. Edhe disa nga ekuacionet bazë që përdorim për të përshkruar rritjen e plasaritjes përjashtojnë mundësinë e proceseve të tilla shëruese, “tha Boyce.

Megjithatë, ky nocion i kahershëm filloi të sfidohej në vitin 2013 nga Michael Demkowicz, atëherë asistent profesor në departamentin e shkencës dhe inxhinierisë së materialeve të Institutit të Teknologjisë së Massachusetts, tani profesor i rregullt në Texas A&M. Demkowicz publikoi një teori të re, bazuar në simulimet kompjuterike, se në kushte specifike, metalet duhet të jenë në gjendje të saldojnë çarjet e mbyllura të shkaktuara nga konsumimi.

Konfirmimi i teorisë së Demkowicz erdhi pa dashje në Qendrën për Nanoteknologjitë e Integruara, një strukturë përdoruese e Departamentit të Energjisë, e operuar bashkërisht nga laboratorët kombëtarë Sandia dhe Los Alamos.

“Ne sigurisht nuk po e kërkonim atë,” tha Boyce.

Khalid Hattar, tani një profesor i asociuar në Universitetin e Tenesit, Knoxville, dhe Chris Barr, i cili tani punon për Zyrën e Energjisë Bërthamore të Departamentit të Energjisë, po drejtonin eksperimentin në Sandia kur u bë zbulimi. Ata synonin vetëm të vlerësonin se si u formuan çarjet dhe u përhapën përmes një copë platini në shkallë nano duke përdorur një teknikë të specializuar të mikroskopit elektronik që ata kishin zhvilluar për të tërhequr në mënyrë të përsëritur skajet e metalit 200 herë në sekondë.

Çuditërisht, rreth 40 minuta pas eksperimentit, dëmi ndryshoi rrjedhën. Njëri skaj i plasaritjes u shkri përsëri me njëra-tjetrën, sikur po tërhiqte hapat e saj, duke mos lënë asnjë gjurmë të lëndimit të mëparshëm. Me kalimin e kohës, plasaritja u rrit në një drejtim tjetër.

Hattar e quajti atë një “një pasqyrë të paprecedentë”.

Boyce, i cili ishte në dijeni të teorisë, ndau gjetjet e tij me Demkowicz.

“Unë u gëzova shumë që e dëgjova, sigurisht,” tha Demkowicz. Profesori më pas rikrijoi eksperimentin në një model kompjuterik, duke vërtetuar se fenomeni i dëshmuar në Sandia ishte i njëjti që ai kishte teorizuar vite më parë.

Puna e tyre u mbështet nga Zyra e Shkencës e Departamentit të Energjisë, Shkenca Bazë e Energjisë; Administrata Kombëtare e Sigurisë Bërthamore dhe Fondacioni Kombëtar i Shkencës.

Mbeten shumë të panjohura rreth procesit të vetë-shërimit, duke përfshirë nëse ai do të bëhet një mjet praktik në një mjedis prodhimi.

“Shkalla në të cilën këto gjetje janë të përgjithësueshme ka të ngjarë të bëhet objekt i një hulumtimi të gjerë,” tha Boyce. “Ne tregojmë se kjo ndodh në metalet nanokristaline në vakum. Por ne nuk e dimë nëse kjo mund të shkaktohet edhe nga metalet konvencionale në ajër.”

Megjithatë, për të gjitha të panjohurat, zbulimi mbetet një hap përpara në kufirin e shkencës së materialeve.

“Shpresoj se ky zbulim do të inkurajojë studiuesit e materialeve të konsiderojnë se, në rrethanat e duhura, materialet mund të bëjnë gjëra që nuk i prisnim kurrë,” tha Demkowicz.