Wetenschappers ontdekken het natuurlijke vermogen van mineralen om zichzelf te herstellen

In het licht van uitdagingen op het gebied van materiaalduurzaamheid zou een recente ontdekking onze aanpak kunnen veranderen: een zelfherstellend metaal. Deze doorbraak, gebaseerd op het intrinsieke vermogen van metalen om zichzelf te herstellen, kan de levensduur van componenten in verschillende sectoren, waaronder de ruimtevaart, verlengen. Er blijven echter uitdagingen bestaan, waaronder het optimaliseren en beheersen van dit proces, maar ook het opschalen ervan.

In een wereld waar innovatie het sleutelwoord is, wenden onderzoekers zich tot nieuwe oplossingen om de uitdagingen van onze tijd aan te gaan. Een van die uitdagingen is de duurzaamheid van materialen, een kritiek punt voor veel industriële sectoren.

Onlangs heeft een onderzoeksteam van Sandia National Laboratories en Texas A&M University een ontdekking gedaan die ons begrip van mineralen zoals we die kennen kan veranderen: het zelfgenezende mineraal.

Als dit fenomeen op grote schaal zou kunnen worden benut, zou het een technologische revolutie inluiden waarin zelfherstellende motoren, bruggen en vliegtuigen de door slijtage veroorzaakte schade zouden kunnen ongedaan maken, waardoor ze veiliger en duurzamer zouden worden. Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift natuur.

Begrijp het concept van genezing

Verre van een concept rechtstreeks uit een sciencefictionroman te zijn, is een zelfherstellend mineraal een tastbare realiteit, veroorzaakt door een natuurlijk proces. Mineralen hebben zelfs een intrinsiek vermogen om zichzelf te herstellen. Deze eigenschap werd benadrukt door onderzoekers die merkten dat mineralen onder invloed van stress microscheurtjes kunnen ontwikkelen.

Deze kleine scheurtjes, hoewel klein, kunnen worden beschouwd als verwondingen aan het materiaal. In plaats van erger te worden of stabiel te blijven, sluiten deze kloven echter vanzelf. Dit fenomeen, dat bekend staat als ‘koud lassen’, is in zekere zin een genezingsproces dat het metaal zelf uitvoert, zonder tussenkomst van buitenaf.

Het is een natuurlijk mechanisme dat ervoor zorgt dat een metaal zijn structurele integriteit behoudt ondanks de spanningen waaraan het wordt blootgesteld. Deze ontdekking, die een nieuw facet van de aard van mineralen onthult, opent nieuwe horizonten voor de toekomst van materiaaltechnologie.

Mineralen in een nieuw licht en op een geïmproviseerde manier zien

Maar het moet worden opgemerkt dat deze ontdekking bij toeval is gedaan! In feite wilden de auteurs alleen beoordelen hoe scheuren zich vormen en zich voortplanten door een platina-nanodeeltje. Om dit te doen, gebruikten ze gespecialiseerde elektronenmicroscopietechnologie die ze hadden ontwikkeld om de gevolgen van mechanische spanning te observeren – wat bestaat uit het herhaaldelijk trekken aan de uiteinden van een stuk metaal, 200 keer per seconde.

De nanometerschaal, tot op een miljardste van een meter, is zo klein dat het mogelijk is om fenomenen waar te nemen op het niveau van atomen en moleculen. Op deze schaal konden de onderzoekers de vorming en sluiting van microscheuren observeren, waardoor het zelfherstellende proces van het mineraal werd onthuld.

Verbazingwekkend genoeg keerde de schade na ongeveer 40 minuten terug. Het ene uiteinde van de schuine streep versmolt alsof het op zijn schreden terug wilde, zonder een spoor van de oude wond achter te laten. Na verloop van tijd is de scheur in een andere richting vernieuwd.

Deze waarnemingen, mogelijk gemaakt door de ontwikkeling van waarnemingstechnologieën, toonden aan dat mineralen het vermogen hebben om zichzelf onafhankelijk te “genezen”, zonder tussenkomst van buitenaf.

Implicaties voor ontdekking

Zelfreparatie van metalen daagt ons traditionele begrip van metalen uit en opent de deur naar potentiële nieuwe toepassingen op verschillende gebieden van engineering en technologie. Zoals vermeld in a communicatie Brad Boyce, materiaalwetenschapper bij Sandia: Van de soldeerverbindingen in onze elektronische apparaten tot de motoren van onze voertuigen tot de bruggen waarop we lopen, deze constructies falen vaak onverwachts als gevolg van cyclische belasting waardoor ze beginnen te barsten en uiteindelijk breken. “.

Toevoegen : ” Als ze uitvallen, hebben we te maken met vervangingskosten, verloren tijd en in sommige gevallen blessures of erger. De economische impact van deze mislukkingen wordt gemeten in de honderden miljarden dollars per jaar voor de Verenigde Staten. “.

In de lucht- en ruimtevaartindustrie, waar materialen onderhevig zijn aan extreme spanningen, kan het gebruik van zelfherstellende metalen de levensduur van componenten verlengen en de onderhoudskosten verlagen.

Ondanks de opwinding die deze ontdekking teweegbracht, werd er niets aan gedaan. In feite hebben onderzoekers tot nu toe alleen het fenomeen aan de oppervlakte waargenomen en bestudeerd. Ze moeten nog steeds begrijpen hoe ze dit zelfgenezingsproces kunnen verbeteren en beheersen. Bovendien moet nog worden bepaald of deze eigenschap op grote schaal kan worden gereproduceerd.

De ontdekking van het vermogen van mineralen om zichzelf te genezen, blijft een nieuwe stap op weg naar een duurzamere toekomst. Door de levensduur van materialen te verlengen en de noodzaak van frequente vervanging te verminderen, kunnen we onze ecologische voetafdruk verkleinen en een beetje sneller naar een groenere toekomst gaan.

bron : natuur