編譯／韋士塔

有些現象被歸類為「不應該發生」，卻真實存在，也吸引許多科學家嘗試破解其中的奧妙。近來，研究人員在實驗過程中發現，受損的金屬竟能自我修復；儘管金屬自我修復的範圍極小，處於肉眼無法察覺的奈米級別，但科學家表示，若可破解其背後的物理原理，或許將可開啟工程學的嶄新時代。

桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories）與德州農工大學（Texas A&M University）的研究團隊，在真空中測試1小塊鉑金的韌性。他們以每秒200次的速度拉伸金屬兩端，並觀察到，厚度僅40奈米的金屬晶圓，出現小範圍的自我修復現象。

研究人員指出，金屬的「疲勞損傷」（fatigue damage）是由於重複的壓力與運動所引起的裂縫，導致細微斷裂，最終使機器或結構損壞。令研究人員意外的是，經過約40分鐘觀察，鉑金中的裂縫開始重新融和，並自我修復。

桑迪亞國家實驗室的材料科學家博伊斯（Brad Boyce）說：「親眼目睹這一幕，我覺得很震撼；我們不曾預料到金屬具有內在的自然自我修復能力，但現在我們證實，至少在奈米級的疲勞損傷情況下，金屬能自我修復。」

研究人員表示，他們目前尚不清楚這種金屬自我修復現象所需的確切條件、發生機制，以及如何應用。然而，金屬自我修復的潛力無可估量，一旦能實際應用，將可大幅降低橋梁、引擎，乃至手機的維修成本與所需人力。

先前曾有科學家提出金屬自我修復的理論，但當時仍為推論；2013年，德州農工大學的材料科學家德姆科維茲（Michael Demkowicz）曾預測，奈米級別的裂紋能自行修復，發生的原因是金屬內部的微小晶體顆粒隨著壓力變化而移動，因而把空隙填滿。

德姆科維茲也參與最新的實驗，並使用升級過的電腦模型，證實他在10多年前有關金屬自我修復的推論，與實驗中觀察到的現象相符。

研究人員已把最新觀測結果發表於《自然》（Nature）期刊；報告指出，金屬自我修復的機制，可能與「冷焊」（cold welding）有關；冷銲是指兩個金屬表面在常溫下，因緊密接觸而產生原子相互纏結的物理現象；金屬不需加熱，就能接合。

一般來說，金屬表面通常都覆蓋著一層氧化膜，阻礙金屬原子間的直接接觸，進而抑制冷焊的形成。但施加足夠的壓力時，這層氧化膜可能會破裂，露出下方的金屬表面。一旦金屬表面相互接觸，就容易發生冷焊。因此，冷焊現象與壓力、表面潔淨度、金屬硬度有關。

研究團隊正持續探索鉑金自我修復的原因，他們並表示，該研究還有一項令人振奮的結果，那就是自動修復過程是在室溫下發生；金屬通常需要高溫才能改變形狀，但鉑金的自我修復是在常溫中發生。

德姆科維茨說：「我希望這項發現能鼓勵材料研究人員，進一步探索各種材料能夠展現出的特性。」