تنبأ الدكتور مايكل ديمكوفيتش ذات مرة بظاهرة الشفاء الذاتي للمعادن. وقد لوحظت هذه الظاهرة أخيرا هذا الصيف، مما صدم العلماء في جميع أنحاء العالم. أصيبت قطعة صغيرة من البلاتين بشقوق صغيرة عند تمددها بشكل متكرر. التجربة، المصممة لدراسة نمو صدع التعب، سارت كما هو مخطط لها لبعض الوقت. ولكن بعد ذلك، حدث شيء غير متوقع. توقفت الشقوق عن النمو وبدأت في التقصير، مما أدى إلى "شفاء نفسها" بشكل فعال.
اكتشف فريق من الباحثين في مختبرات سانديا الوطنية هذه الظاهرة المذهلة أثناء إجراء تجارب الكسر على المعادن البلورية النانوية. وقد نشرت النتائج مؤخرا في مجلة الطبيعة.
قبل هذا الاكتشاف، كان من المعقول الاعتقاد بأن المعادن ذاتية الشفاء لا يمكن أن تظهر إلا في روايات الخيال العلمي. لا يعتقد ذلك الدكتور مايكل ديمكوفيتش، الأستاذ في قسم علوم وهندسة المواد بجامعة تكساس إيه آند إم والمؤلف المشارك للدراسة الأخيرة.
توقع ديمكوفيتش وطلابه خصائص الشفاء الذاتي للمعادن قبل عقد من الزمن عندما كان أستاذا مساعدا في قسم علوم وهندسة المواد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
وقال ديمكوفيتش: "لم تكن نقطة البداية لدينا هي العثور على الشفاء الذاتي. كان طالبي GuoxiangXu يقوم بمحاكاة الكسور في ذلك الوقت". "لقد لاحظنا بالصدفة الشفاء التلقائي في إحدى عمليات المحاكاة التي أجراها وقررنا المتابعة."
آنذاك، كما هي الحال الآن، كانت نتائج عام 2013 مفاجئة. وأضاف ديمكوفيتش أنه وطلابه وزملائه كانوا متشككين إلى حد ما في النظرية الأصلية. ومع ذلك، تم تكرار نموذج المحاكاة الخاص به وتوسيعه عدة مرات من قبل باحثين آخرين في السنوات اللاحقة.
وقال ديمكوفيتش: "كان من الواضح أنه لم يكن هناك أي خطأ في المحاكاة لأن الآخرين رأوا نفس التأثير في عملهم النموذجي".
استخدم كل من نموذج 2013 والتجارب الحديثة معادن بلورية نانوية، لها بنية بلورية أو حجم حبيبي يُقاس بمقياس النانومتر (جزء من المليون من المليمتر). وقال ديمكوفيتش إنه على الرغم من أن المعدن لا يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الهندسية، إلا أنه يمكن تصنيع معظم المعادن بهذا الشكل.
وأوضح كذلك أن المعادن البلورية النانوية تسهل دراسة الشفاء الذاتي لأن أحجام حبيباتها الصغيرة يمكن أن تخلق المزيد من الميزات الهيكلية الدقيقة التي يمكن أن تتفاعل معها حتى الشقوق الصغيرة.
وجدت كلتا الدراستين أن حدود الحبوب هي ميزة تؤثر على شفاء الشقوق، اعتمادًا على اتجاه هجرة حدود الحبوب بالنسبة إلى الشق. وأضاف ديمكوفيتش أن هذه الخصائص شائعة في العديد من المعادن والسبائك ويمكن التحكم فيها.
وقال ديمكوفيتش: "إن التأثير الرئيسي للعمل الحالي هو إخراج التنبؤ النظري الأصلي من لوحة الرسم وإظهار أنه يحدث في الواقع". "لم نبدأ حقًا في تحسين البنية المجهرية للشفاء الذاتي. إن اكتشاف أفضل التغييرات لتعزيز الشفاء الذاتي يعد مهمة صعبة للعمل المستقبلي."
يمكن أن تختلف التطبيقات المحتملة لهذا العمل على نطاق واسع. يعتقد ديمكوفيتش أن الشفاء الذاتي ممكن أيضًا في المعادن التقليدية ذات الحبيبات ذات الأحجام الأكبر، لكن هناك حاجة إلى أبحاث مستقبلية.
نظرية 2013 والتجربة الأخيرة لديهما شرط مشترك، وهو أن كليهما تم إجراؤهما في بيئة مفرغة مع عدم وجود مادة غريبة على الإطلاق. قد تتداخل هذه المواد الغريبة مع قدرات الربط أو اللحام البارد للسطح المتصدع. وحتى مع هذا القيد، هناك تطبيقات محتملة في تكنولوجيا الطيران أو في الشقوق الداخلية التي لا تتعرض للهواء الخارجي.
وبعد عقد من العمل، أتت نظرية ديمكوفيتش بثمارها في التجارب التي أجريت في مختبرات سانديا الوطنية. وفي الدراسة الحالية، تمكن ديمكوفيتش من التحقق مما إذا كانت الظواهر التي تمت ملاحظتها مؤخرًا متوافقة مع نموذج المحاكاة الأصلي الخاص به.
وقال ديمكوفيتش: "إنها تجربة رائعة. لكنني أعتقد أنها تمثل أيضًا نصرًا نظريًا عظيمًا". "إن تعقيد المواد غالبًا ما يجعل من الصعب التنبؤ بالظواهر الجديدة بثقة. وهذا الاكتشاف يمنحني الأمل في أن نماذجنا النظرية لسلوك المواد تسير على المسار الصحيح."