科学家首次观察到金属片自发开裂，然后又重新融合在一起。这一突破性的观察结果与长期以来的科学理论相悖，可能为工程革命铺平道路。如果能够利用新发现的现象，其潜在应用范围将十分广泛，包括可自动修复磨损造成的损坏的发动机、桥梁和飞机，从而提高其安全性和使用寿命。

这一发现是由桑迪亚国家实验室和德克萨斯农工大学的研究小组共同完成的。7月19日，《自然》杂志对他们的研究成果进行了介绍。

在这幅桑迪亚国家实验室发现的金属纳米级自愈合艺术效果图中，绿色标记为裂缝形成的位置，然后重新融合在一起。红色箭头表示意外触发这一现象的拉力方向。资料来源：丹-汤普森，桑迪亚国家实验室

桑迪亚材料科学家布拉德-博伊斯（Brad Boyce）说："亲眼目睹这一切绝对令人震撼。我们已经证实，金属具有内在的自然自愈能力，至少在纳米级疲劳损伤的情况下是如此。"

疲劳损伤是机器故障的常见原因。这种损伤表现为由于反复受力或运动而形成的微小裂纹。随着时间的推移，这些裂缝会不断扩大和扩展，直至最终导致设备断裂，用科学术语来说就是失效。博伊斯和他的团队看到消失的裂缝就是这些微小但后果严重的裂缝之一--以纳米为单位。

博伊斯说："从我们电子设备的焊点到汽车的发动机，再到我们驶过的桥梁，这些结构经常会由于循环加载导致裂纹产生并最终断裂，从而发生不可预知的故障。当它们发生故障时，我们不得不面对更换成本、时间损失，在某些情况下甚至会造成人员伤亡。这些故障对美国的经济影响每年以千亿美元计。"

桑迪亚国家实验室研究员 Ryan Schoell 使用由 Khalid Hattar、Dan Bufford 和 Chris Barr 开发的专业透射电子显微镜技术研究纳米级疲劳裂纹。资料来源：克雷格-弗里茨，桑迪亚国家实验室

虽然科学家们已经开发出了一些自修复材料，主要是塑料，但自修复金属的概念在很大程度上还停留在科幻小说的范畴。

"金属的裂缝只会越来越大，而不会越来越小。甚至我们用来描述裂纹生长的一些基本方程也排除了这种愈合过程的可能性，"博伊斯说。

然而，这一由来已久的观念在2013年开始受到Michael Demkowicz的挑战，他当时是麻省理工学院材料科学与工程系的助理教授，现在是德克萨斯农工大学的全职教授。Demkowicz 发表了一项基于计算机模拟的新理论，认为在特定条件下，金属应该能够焊接封闭磨损造成的裂缝。

Demkowicz 的理论是在桑迪亚国家实验室和洛斯阿拉莫斯国家实验室联合运营的能源部用户设施"集成纳米技术中心"无意中得到证实的。。

现任田纳西大学诺克斯维尔分校副教授的哈立德-哈塔尔（Khalid Hattar）和现供职于能源部核能办公室的克里斯-巴尔（Chris Barr）在发现这一现象时正在桑迪亚进行实验。他们当时只是想评估裂缝是如何在一块纳米级的铂金中形成和扩散的，他们使用了自己开发的一种特殊电子显微镜技术，以每秒 200 次的速度反复拉扯金属的两端。

令人惊讶的是，实验进行了大约 40 分钟后，破坏的方向发生了逆转。裂缝的一端重新融合在一起，就像在重走自己的路一样，没有留下任何痕迹。随着时间的推移，裂缝沿着不同的方向重新生长。了解这一理论的博伊斯与 Demkowicz 分享了他的发现。随后，这位教授在计算机模型上重现了实验，证实在桑迪亚看到的现象与他多年前的理论相同。

他们的工作得到了能源部基础能源科学科学办公室、国家核安全局和国家科学基金会的支持。

关于自修复过程还有很多未知数，包括它是否会成为制造环境中的实用工具。博伊斯说："这些发现在多大程度上具有普遍性将成为广泛研究的课题。我们展示了纳米晶金属在真空中发生的这种情况。但我们不知道这是否也能在空气中的传统金属中诱发。尽管存在种种未知，但这一发现仍然是材料科学前沿的一次飞跃。"

Demkowicz 说："我希望这一发现能够鼓励材料研究人员考虑，在适当的情况下，材料可以做出我们意想不到的事情。"