电影《终结者2：审判日》中，反派天网系统将最先进的终结者T-1000送回现实，执行刺杀任务。

作为液态金属机器人，T-1000展示了一种特殊的能力：伪装成人类的他，皮肤之下藏有一副银白色的金属身体。这不仅让他可以像橡皮泥一样随意变形，还可以无惧爆   炸、枪击等外力造成的伤害。这种拥有“不死之身”的“自愈”能力，让荧幕前的观众大呼过瘾，更让一众科学家对“自愈”材料的研发产生了浓厚兴趣。

前不久，《自然》杂志的一篇公开报道显示，研究表明，纯金属中的“疲劳”裂纹可以进行内在自愈合。有科学家乐观地表示，在不久的将来，可以根据金属的这种能力，制造出更多可以自我修复的机器和结构，以推动相关产业的发展。

如今，金属“自愈”已不再是科幻场景，其过往到底经历了怎样的研发之路？当科幻真的走进现实，其未来发展方向又在何处？

金属“疲劳”无法完全避免

生活中，我们可能遇到过这样的现象：一枚曲别针或一条细铁丝，在没有任何工具的情况下，无论使用多大的外力，都不能用手轻易把它拉断；但如果先用手将它捋直，而后用更小的力来回弯折几次，无需多时便能将其折断。

如果对金属持续不停地施加拉力，并不会导致金属产生裂缝；然而，如果这种外力是反复变化的，则更容易引起金属缺陷处附近原子间的化学键断裂。换言之，如果施加时而是拉力、时而是压力的外力，会导致部分能量转换成热能，积累到某个限度时，金属构件就会发生开裂。对于这种现象，科学家们有着一致共识，并将破坏产生的原因归结为金属“疲劳”。

谈到金属“疲劳”，大家可能觉得比较陌生。难道金属也会疲劳吗？对此，科学家们给出的答 案是：会的。金属跟人体一样，超过了一定限度就会产生疲劳。

早在19世纪50年代，德国科学家沃勒最先提出了金属“疲劳”的结论。经过数次实验后，沃勒不仅发现了表现金属“疲劳”特性的曲线，还提出了疲劳极限的概念。

所谓金属“疲劳”，一般是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性的累积损伤，经一定循环次数后，产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。

通俗地说，当材料和结构受到多次重复变化的载荷作用后，产生的对材料和结构的破坏现象，就叫做金属“疲劳”。

我们从中不难看出，金属“疲劳”是变化的外力反复长期作用带来的结果。但因为金属在开裂前基本没有明显的变形，因此人们往往很难提前发现。同时，不同于人感到疲劳后稍加休息便可重新恢复体力，金属“疲劳”的过程是不可逆的。

据统计，在现代机器设备中，有80％～90％的零部件损坏，都是由金属“疲劳”造成的。在此基础上，也正是由于金属“疲劳”导致的一个细小裂缝，引发了诸如轮船沉没、飞机坠毁、桥梁倒塌等灾难性事故。

1985年，日本航空公司的一架波音飞机坠毁导致数百人罹难。经查，事故的起因是由于机尾处部分铆钉接合处出现了金属“疲劳”，飞机的一大半垂直尾翼在万米高空瞬间解体；1988年，德国某列车发生严重脱轨事故，其诱因也是一只发生金属“疲劳”的车轮钢圈……

千里之堤，毁于蚁穴。历史上，因金属“疲劳”导致的灾难性事故并不少见，如果不能及时发现并定位疲劳损伤结构，其造成的损失难以估量。

尽管投入了大量的人力、物力和财力，但随着人们对机械设备提出更高、更快、更苛刻的功能要求，金属“疲劳”现象仍无法完全避免。人们也普遍认为，金属“疲劳”产生的裂缝是不可逆的，而且只会越来越大。

科学家首次观察到金属自愈

美国桑迪亚国家实验室研究人员在一次实验中惊奇地发现金属疲劳裂纹可自动愈合的现象。实验室材料专家布拉德·博 伊斯说，人们以前认为金属疲劳产生的裂纹只会越来越大，而不会变小。

他们本来是要研究一块纳米级铂会如何产生裂纹以及裂纹如何扩大。他们用特殊技术以每秒200次的频率拉拽这块金属的两头。意外的是，最初金属出现裂纹，接着裂纹扩大，但是实验进行到40分钟时，裂纹开始愈合，直到最终消失。研究人员用铜做实验，也发现了金属裂纹自动愈合现象。

他们将这一发现告诉得克萨斯农业与机械大学材料学家迈克尔·德姆科维奇。后者十年前曾借助计算机模拟技术预言金属疲劳裂纹可自我愈合。

德姆科维奇用计算机模型重复了桑迪亚国家实验室研究人员的实验过程，得到的实验结果与他十年前的预言吻合。

科学家先前开发出一些有自我愈合功能的材料，不过大部分材料的材质是塑料。金属自我愈合的应用先前只出现在一些科幻作品中。

铝和银也能实现自修复

桑迪亚国家实验室团队和德姆科维奇用铂和铜复现了上述观察结果，并且计算机模拟结果表明，铝和银也能实现自修复，但研究人员还不知道钢等合金是否具有这种能力。此外，研究团队表示，目前并不清楚自修复材料能否在非真空环境中表现出同样的特征，因为在空气中一条裂缝内的大气颗粒可能会阻止裂缝重新闭合。尽管如此，这项研究发现将促使一些材料科学家重新思考他们对金属的认识。“在适当的情况下，”德姆科维奇说，“材料可能会表现出我们意料之外的性能。”

虽然只在铂和铜上发现了金属裂纹自动愈合现象，但是计算机模拟实验显示，其他金属也可能发生同样情况，钢等合金的裂纹也“完全有可能”自动愈合。新发现或有助于开发抗金属疲劳材料。

致力“再生”技能，应用前景广阔

虽然在此次实验中，研究团队看到的裂缝消失仅仅是纳米级的，但这次“破镜重圆”的实验，还是在一定程度上印证了以往科学界所做出的预测——金属可能真的具备自我修复能力。

自我修复，原本是指生物界在长期进化过程中获得的自我防御机制之一。人体组织损伤后，存活的健康细胞通过分裂和增殖，以取代死亡细胞、修复受损组织。而在金属中，修复因“疲劳”造成的“损伤”，更多的是靠金属晶粒边界的移动，实现了“自愈”的效果。

发现这一结论后，材料界的科学家们激动不已，并希望可以通过不断地探索和实验，让材料做出更多“我们意想不到的事”。

有业内人士指出，利用金属的自我修复能力，可以带动相关产业的发展，甚至可能引发一场工程革命。

实践中，经过诸多的探索和努力，目前已经有科学家制造出了一些具备“再生”能力的材料——

飞机在飞行过程中如果遭受撞击，更换受损的零部件将会产生高昂的费用。为了降低维修成本，瑞士推出了一种加入自修复剂的复合材料，使得受损部位获得“再生”的本领。当飞机外部出现损伤，只需利用便携式热空气喷枪，将受损部位加热至150℃，即可激活材料内部的修复剂。只需60秒的时间，受损部位便可在不改变材料原有结构的情况下实现自我修复，且材料的抗裂能力还会提升至原材料的1.3倍。即使目前仍存在一定的局限性，但在航空航天飞行器、舰船以及车辆装备等领域，这种具备“再生”能力的复合材料，依旧拥有广阔的应用前景。

一种由部分金属通过与其他特殊材料混合制成的复合材料，也以其神奇的“再生”能力逐渐应用于军事方面。参照人体血管的分布，有国外研究人员在材料制作过程中布满细小管道，并注入一种混合凝胶物质，使其可以如血液般在管道内流动。一旦材料破裂，凝胶物质会迅速流出，填补缺口并迅速变硬，达到修复的目的。据报道，目前该项技术已经在热塑性和热固性材料上通过测试，可在20分钟内使直径35毫米以内的“伤口”得以修复，修复后的坚固程度达到受损之前的62%。

作为一个全新领域，金属材料的自我修复行为已经为许多非常规应用打开了新的世界。目前，尽管仍面临着一些基础和应用问题，但金属材料所具备的“再生”能力，已经引起了越来越广泛的关注。

这个发现或将引发一场工程革命

科学家们通过观察金属在特定条件下的自我修复过程，发现了一种新的自愈机制。他们发现，当金属受到纳米级疲劳损伤时，表面会形成一种微小的凸起结构，这种结构可以与周围的金属原子相互作用并促进金属分子之间的重组。这项研究还揭示了金属自愈能力的潜在应用前景。除了现有的应用领域外，研究人员认为，自愈材料还可以用于制造更加坚固和耐用的产品。例如，未来的飞机、桥梁和发动机可能会采用自愈材料来增强其抗损能力和稳定性。此外，自愈材料还可以用于制造可穿戴设备、医疗设备和建筑材料等。

尽管这项研究取得了重大突破，但仍然需要进一步的研究来完善自愈材料的制备方法和性能评估。未来的发展将取决于科学家们对金属自愈机制的深入理解以及对新型自愈材料的开发和应用。

文章来源： 解放军报，诗意芒果aFf，君和高科刀具