Metaal dat barst en zichzelf dan zonder menselijke hulp repareert. Het klinkt als sciencefiction, maar wetenschappers hebben het echt gezien. De ontdekking kan een revolutie teweegbrengen als bruggen, vliegtuigen en motoren zichzelf in de toekomst kunnen herstellen.
Deze ontdekking werpt ook fundamentele wetenschappelijke theorieën omver, need wetenschappers dachten lange tijd dat barstjes in metaal niet terug te draaien zijn.
“Dit was absoluut verbluffend om met eigen ogen te zien”, zegt materiaalwetenschapper Brad Boyce van Sandia Nationwide Laboratories op hun website. Het onderzoeksteam van Sandia Nationwide Laboratories en Texas A&M College beschreven hun bevindingen woensdag in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.
Hun ontdekking bevestigt dat pure metalen het vermogen hebben om zichzelf te herstellen.
Pure metalen zijn metalen die niet gemixt zijn met andere metalen, zoals aluminium, koper en lood. Boyce benadrukt dat ze dit alleen op heel kleine schaal hebben gezien, maar ‘metaalmoeheid’ begint ook klein. Daarom kan de ontdekking een groot positief impact hebben op de bouwwereld.
Een oplossing voor ‘metaalmoeheid’?
Machines of infrastructuur zoals bruggen verslijten: na verloop van tijd gaan ze kapot doordat herhaalde spanning of continu dezelfde beweging microscopische kleine scheurtjes veroorzaken.
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 tot automotoren en bruggen. “Deze structuren falen vaak op onvoorspelbare wijze”, zegt Boyce.
Dit kan gevaarlijke situaties opleveren en herstel kost vaak veel geld en tijd. De economische influence komt in de Verenigde Staten volgens Boyce uit op honderden miljarden {dollars} per jaar.
Wetenschappers hebben wel een paar keer zelfherstellende materialen gemaakt, maar dat waren voornamelijk kunststoffen.
Dat ook metaal zichzelf zou kunnen helen, was vooral iets dat in sciencefiction voorkwam, niet in de wetenschappelijke literatuur. “Van scheuren in metalen werd alleen verwacht dat ze groter zouden worden, nooit kleiner.”
De eerste wetenschapper die iets anders beweerde
Toch is er een wetenschapper die in 2013 al een fundament legde voor de huidige ontdekking. Michael Demkowicz baseerde zijn theorie op computersimulaties. Daaruit bleek dat metaal – onder bepaalde omstandigheden – in staat zou moeten zijn om door slijtage veroorzaakte scheuren te dichten.
De onderzoekers van Sandia Nationwide Laboratories en Texas A&M College leverden onbedoeld het bewijs voor de theorie van Demkowicz. Boyce en zijn collega’s onderzochten de theorie van Demkowicz namelijk helemaal niet.
Zij wilden alleen weten hoe scheuren zich op nanoschaal vormen en verspreiden in een stuk platina. Zij waren verbaasd toen zij na ongeveer veertig minuten zagen dat het uiteinde van een scheur steeds verder ‘smolt’ totdat de scheur weer helemaal verdwenen was. Na verloop van tijd groeide de scheur in een andere richting terug.
Het gaat om een revolutionaire ontdekking, maar het is nog afwachten hoeveel impact het in de praktijk zal hebben.
Zelfherstellende brug is nog brug te ver
Het zou kunnen dat de ontdekking het start inluidt van een technologische revolutie waarbij motoren, vliegtuigen en bruggen veiliger worden en langer meegaan doordat ze slijtage zelf ongedaan maken. Maar voor het zover is, is er veel meer onderzoek nodig.
Zo benadrukt Boyce dat hun onderzoek plaatsvond met “nanokristallijne metalen in een vacuüm”. Het is de vraag of andere metalen hetzelfde kunnen. Helemaal als ze ook nog eens aan lucht blootgesteld worden. Misschien blijven zelfherstellende bruggen dan toch tot de sciencefiction behoren.
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.”