陶瓷能抵御高温和极端环境，但它们很脆弱，很容易破裂。最近,一项研究发表在科学的进步，德克萨斯农工大学的研究人员在一种陶瓷中发现了一种自我修复机制，称为MAX相。他们已经证明，这些工程陶瓷在加载过程中形成了自然断层或扭结带，不仅可以有效地阻止裂缝的增长，而且还可以闭合和愈合它们，从而防止灾难性的故障。
该研究的通讯作者、材料科学与工程系助理教授Ankit Srivastava博士说:“MAX相真正令人兴奋的是，它们很容易在载荷下形成扭结带，即使在室温下也能自愈合裂缝，使它们适用于各种高级结构应用。”“到目前为止，陶瓷裂纹的自愈合只能在非常高的温度下通过氧化实现，这就是为什么在室温下通过形成扭结带实现裂纹的自愈合是显著的。”
我们已经有了自我修复的软材料和聚合物复合材料，现在，值得注意的是，陶瓷。
MAX相的这种显著行为可以追溯到它们的原子层状结构。
该研究的通讯作者、材料科学与工程系教授Miladin Radovic博士说:“想象一下，一块普通的面包，它是均匀的，所以如果我把它切片，每一片看起来都是一样的——在思想上与传统的陶瓷相似。”“但MAX阶段是分层的，就像两片面包之间夹着花生酱的花生酱三明治。”
研究人员随后研究了MAX相的这种独特的分层结构是否使它们与传统陶瓷有任何不同。在他们的实验中，他们使用了由Université法国格勒诺布尔阿尔卑斯的Thierry Ouisse博士合成的碳化铬铝MAX相单晶样品，并使用内部设计的测试夹具将其装入电子显微镜中。
当研究人员在施加载荷的同时，在电子显微镜下观察变形样品时，他们观察到材料中形成了类似于天然岩石中形成的扭结带状缺陷。更有趣的是，他们发现弯曲带内的材料在加载过程中会旋转，这不仅形成了防止裂纹扩展的屏障，而且最终还会闭合和愈合裂纹。因此，样本不再容易受到灾难性故障的影响。
该研究的主要作者、材料科学与工程系的博士生Hemant Rathod说:“真正令人兴奋的是，这种扭结或自我修复机制可以一遍又一遍地闭合新形成的裂缝，从而延缓材料的失效。”
目前发现，材料对高温和极端环境(如MAX相)具有弹性，也可以自愈合服役期间可能形成的裂缝，并可以推进一系列下一代技术，例如高效的喷气发动机、高超声速飞行和更安全的核反应堆。研究人员还在目前的研究中指出，扭结带诱导的裂纹自愈很可能不是MAX相独有的，可以扩展到具有类似原子层状结构的其他材料。
“这项研究证明了科学过程的意外发现，”美国国家科学基金会工程理事会的项目主管Siddiq Qidwai说。“我们已经有了自我修复的软材料和聚合物复合材料，而现在，值得注意的是，陶瓷。”
这项工作是由国家科学基金会资助的。