桑迪亞國家實驗室發佈的金屬納米晶自我修復圖示（綠色部分）。 （Sandia National Laboratories / Dan Thompson）
我們的皮膚破損，傷口會自然癒合。有沒有想像過，金屬裂開之後也有自動縫合的能力？ 科學家最近意外發現，金屬能夠自動修復裂紋。這項驚人發現有望協助工程師研發出更安全和更耐用的機械零件、建築和橋樑結構。
電影《未來戰士2：審判日》裡的 T-1000 液態金屬機人，可以隨意變形，即使被槍彈擊中也可以自己復元。金屬有自我修復能力，原來不是科幻片的虛構情節，而是真實發生的現象。
這項教科學家也嘆為觀止的發現，是美國田納西州大學的助理教授喀特（Khalid Hattar）和研究核能的巴雅（Chris Barr）在桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories）進行實驗期間無意中觀察到的。他們原本想找出金屬裂縫形成和擴大的模式，將40納米厚和10微米長的金屬納米晶以每秒200次的頻率拉扯，令金屬出現裂紋，然後在特製的電子顯微鏡下觀察其變化。在實驗進行了約40分鐘時，他們發現鉑和銅兩種金屬的納米晶上的微細裂紋神奇地癒合起來，變成完好無缺。不過，隨著實驗繼續，金屬納米晶會再次出現裂紋。
這項實驗成果近日在《自然》期刊發表，成為科學界的一時熱話。
桑迪亞國家實驗室的研究員用特製電子顯微鏡觀測金屬納米晶的裂縫變化。（Craig Fritz/Sandia National Laboratories/Handout via REUTERS）
機器長時間運作，機件長期承受壓力或重複活動，會出現微細的裂縫。這些裂縫會慢慢擴大，令機器破損或機件失靈。
負責該項實驗的桑迪亞國家實驗室物料科學家波爾士表示，親眼目睹金屬裂縫「癒合」，非常奇妙。他說：「不論是電子儀器的焊合位、車輛的引擎，抑或是橋樑結構，都會因為周而復始的負荷而出現耗損，金屬先出現微細裂紋，然後在人類沒法預知的情況下裂開，有可能造成人命傷亡。而美國每年因金屬勞損而造成的經濟損失達數千億美元。」
科學家稱金屬這種自動癒合裂紋的現象為「凍焊接」，其原理是當兩個相對平滑和潔淨的金屬表面互相接觸時，原子之間的鍵產生變化。「凍焊接」通常在納米晶層面發生，憑肉眼是看不到的。
雖然這次研究只發現鉑和銅有修復能力，但波爾士推斷，其他金屬如鋼也可能同樣有自我復元的能力。他表示：「有了這方面的新知識，科學家可以採用不同的物料來設計機械和基建設施，減低因金屬疲勞而出現損毁的風險。換言之，我們有更多依據來推測出現金屬疲勞出現的可能。」
早於十年前開始研究塑料和金屬自我復元力的德州大學登寇域斯教授（Michael Demkowicz）是研究團隊成員之一，他相信，有關金屬自我修復的研究需要再多十年深化：「電視劇《星際大爭霸》片末講述艦隊人員用機械人去協助修復船艦的金屬損毁處，我們刻下在做的，正好與劇情雷同。」
還有很多疑團是研究團隊尚未掌握的，包括自我修復的現象是否可以在大氣中發生（實驗中的金屬納米晶在真空環境下接受測試），體積較大的金屬是否一樣有自我復元能力，都需要進一步驗證。登寇域斯教授期待這項新發現可以推進物料應用的革命，例如令地震後破損的樓房或經年承受高負荷的橋樑都可以自行修復，造福人群。
