科學家首次觀察到金屬片自發開裂，然後又重新融合在一起。這一突破性的觀察結果與長期以來的科學理論相悖，可能為工程革命鋪平道路。如果能夠利用新發現的現象，其潛在應用範圍將十分廣泛，包括可自動修復磨損造成的損壞的發動機、橋樑和飛機，從而提高其安全性和使用壽命。

這一發現是由桑迪亞國家實驗室和德克薩斯農工大學的研究小組共同完成的。7月19日，《自然》雜誌對他們的研究成果進行了介紹。

在這幅桑迪亞國家實驗室發現的金屬納米級自癒合藝術效果圖中，綠色標記為裂縫形成的位置，然後重新融合在一起。紅色箭頭表示意外觸發這一現象的拉力方向。資料來源：丹-湯普森，桑迪亞國家實驗室

桑迪亞材料科學家布拉德-博伊斯（Brad Boyce）說：”親眼目睹這一切絕對令人震撼。我們已經證實，金屬具有內在的自然自愈能力，至少在納米級疲勞損傷的情況下是如此。”

疲勞損傷是機器故障的常見原因。這種損傷表現為由於反复受力或運動而形成的微小裂紋。隨著時間的推移，這些裂縫會不斷擴大和擴展，直至最終導致設備斷裂，用科學術語來說就是失效。博伊斯和他的團隊看到消失的裂縫就是這些微小但後果嚴重的裂縫之一–以納米為單位。

博伊斯說：”從我們電子設備的焊點到汽車的發動機，再到我們駛過的橋樑，這些結構經常會由於循環加載導致裂紋產生並最終斷裂，從而發生不可預知的故障。當它們發生故障時，我們不得不面對更換成本、時間損失，在某些情況下甚至會造成人員傷亡。這些故障對美國的經濟影響每年以千億美元計。”

桑迪亞國家實驗室研究員Ryan Schoell 使用由Khalid Hattar、Dan Bufford 和Chris Barr 開發的專業透射電子顯微鏡技術研究納米級疲勞裂紋。資料來源：克雷格-弗里茨，桑迪亞國家實驗室

雖然科學家們已經開發出了一些自修復材料，主要是塑料，但自修復金屬的概念在很大程度上還停留在科幻小說的範疇。

“金屬的裂縫只會越來越大，而不會越來越小。甚至我們用來描述裂紋生長的一些基本方程也排除了這種癒合過程的可能性，”博伊斯說。

然而，這一由來已久的觀念在2013年開始受到Michael Demkowicz的挑戰，他當時是麻省理工學院材料科學與工程系的助理教授，現在是德克薩斯農工大學的全職教授。Demkowicz 發表了一項基於計算機模擬的新理論，認為在特定條件下，金屬應該能夠焊接封閉磨損造成的裂縫。

Demkowicz 的理論是在桑迪亞國家實驗室和洛斯阿拉莫斯國家實驗室聯合運營的能源部用戶設施”集成納米技術中心”無意中得到證實的。。

現任田納西大學諾克斯維爾分校副教授的哈立德-哈塔爾（Khalid Hattar）和現供職於能源部核能辦公室的克里斯-巴爾（Chris Barr）在發現這一現象時正在桑迪亞進行實驗。他們當時只是想評估裂縫是如何在一塊納米級的鉑金中形成和擴散的，他們使用了自己開發的一種特殊電子顯微鏡技術，以每秒200 次的速度反复拉扯金屬的兩端。

令人驚訝的是，實驗進行了大約40 分鐘後，破壞的方向發生了逆轉。裂縫的一端重新融合在一起，就像在重走自己的路一樣，沒有留下任何痕跡。隨著時間的推移，裂縫沿著不同的方向重新生長。了解這一理論的博伊斯與Demkowicz 分享了他的發現。隨後，這位教授在計算機模型上重現了實驗，證實在桑迪亞看到的現象與他多年前的理論相同。

他們的工作得到了能源部基礎能源科學科學辦公室、國家核安全局和國家科學基金會的支持。

關於自修復過程還有很多未知數，包括它是否會成為製造環境中的實用工具。博伊斯說：”這些發現在多大程度上具有普遍性將成為廣泛研究的課題。我們展示了納米晶金屬在真空中發生的這種情況。但我們不知道這是否也能在空氣中的傳統金屬中誘發。儘管存在種種未知，但這一發現仍然是材料科學前沿的一次飛躍。”

Demkowicz 說：”我希望這一發現能夠鼓勵材料研究人員考慮，在適當的情況下，材料可以做出我們意想不到的事情。”