Maailma raskeimat ainet pole nii lihtne nimetada, kui see võib alguses tunduda. Fakt on see, et materjalide kõvadus võib varieeruda sõltuvalt mõnest välisest tegurist. Eelkõige võib see kummalisel kombel osutuda erinevaks, kui rakendatav koormus muutub.

Paljude aastate jooksul peeti teemanti kõvaduse standardiks. Miks siiski kaaluti? Materjalide maailmas on selle kõvadus endiselt etalon. Kõike, mis kõvadusega jääb alla teemandile, kuid läheneb sellele selles näitajas, nimetatakse ülikõvaks. Ja ained, mis on teemandist kõvemad, kannavad uhket nime "ülipüsiv".

Ja siin võivad paljud lugejad kahelda. Lõppude lõpuks õpetasid nad mitte nii kaua aega tagasi isegi koolides, et looduses pole midagi raskemat kui teemant ja see tõde jäi paljudele meelde. Kuid kõik tõed on suhtelised, nagu ütlevad filosoofid. Teave meie aja "kõige raskema teemandi" kohta on samuti muutunud.

Mis on siis teemandist raskem?

Alustame sellest, et ka teemantidel on erinev kõvadus. Materjalide kõvadust mõõdetakse gigapaskalites (GPa). Nii et erinevate teemantide puhul võib see näitaja varieeruda vahemikus 70 kuni 150 GPa. Nõus, levik on väga märkimisväärne! Ülemine tõmbetugevus kuulub nn mustadele teemantidele, "carbonado". Looduslikus vormis leidub neid Brasiilias ja Lõuna-Aafrikas äärmiselt väikestes kogustes.

Kui "tavaline" teemant koosneb ühest kristallist, siis karbonado - tohutul hulgal süsinikukristallidest, mille vahel on tühimikke. Leiti, et need teemandid ei moodustu mitte kõrgel, vaid tavalisel rõhul ja neid leidub ainult Maa pinnal. Teooria on laialt levinud, et karbonado tõi meie planeedile supernoova plahvatuse tagajärjel tekkinud asteroid.

Niisiis, karbonado on palju raskem kui "tavaline" teemant, kuid see on siiski teemant. Ja on aineid, mis pole üldse teemandid, vaid kõvemad kui need ja veelgi raskemad kui karbonado. Siin nad on:

• fulleriit;
• lonsdaleiit;
• wurtsiid boornitriid.

See on täiesti kunstlik materjal, mida looduses ei esine. Selle kõvadus on hinnanguliselt 310 GPa. Sellest materjalist valmistatud "pliiats" kriimustab teemantplaati kergesti. Fulleriidid koosnevad 1985. aastal sünteesitud fullereeni molekulidest. Selle avastuse eest said selle autorid muide Nobeli keemiaauhinna!

Huvitav on see, et pikka aega oli fulleriit uskumatult kallis ja haruldane aine, sest selle süntees nõuab koletult kõrget survet. Kuid mõni aasta tagasi õnnestus Vene füüsikutel koostöös prantslastega sellest takistusest mööda saada. Nüüd saab ainet juba suhteliselt lihtsates tingimustes luua.

Seda ainet nimetatakse "kuusnurkseks teemandiks", kuna see koosneb ainult muudetud grafiidist. Looduses leidub seda meteoriidikraatrites väga harva, kuid seal jääb selle kõvadus isegi alla karbonaadole. See kõik puudutab lisandeid, mis tingimata esinevad lonsdaleiidi looduslikes proovides.

Selle aine vabanemiseks lisanditest ja maksimaalse kõvaduse saavutamiseks on see tohutu rõhu korral. "Puhta" lonsdaleiidi kõvadus on hinnanguliselt 170 - 220 GPa.

Kõik teadlased ei usu, et see on teemandist raskem. Teisisõnu, tema kolmas koht on endiselt vaidlustatud. Fakt on see, et tavalises olekus kuulub boornitriid, kuigi see on väga kõva, siiski mitte ülitugevatele, vaid ülitugevatele ainetele.

Kõik muutub, kui selle struktuurile avaldatakse survet. Selle aine aatomi sidemed on paigutatud nii, et rõhu tõustes nad "ümber paigutatakse" ja boornitriid muutub teemandist kõvemaks!

Nii tutvustades maailma kõige raskemat ainet, tutvusime huvitavate ainetega ja vabanesime samal ajal tavapärasest müüdist “kõige raskema teemandi” kohta.

Meie ümbritsev maailm on täis veel palju saladusi, kuid isegi nähtused ja ained, mida teadlased juba ammu teavad, ei lakka hämmastamast ja rõõmustamast. Imetleme erksaid värve, naudime maitseid ja kasutame igasuguste ainete omadusi, mis muudavad meie elu mugavamaks, turvalisemaks ja nauditavamaks. Kõige usaldusväärsemate ja tugevamate materjalide otsimisel tegi inimene palju põnevaid avastusi ja siin on valikus vaid 25 sellist ainulaadset ühendit!

25. Teemandid

Kui mitte kõik, siis teavad peaaegu kõik kindlalt. Teemandid pole mitte ainult ühed austatud auvääriskivid, vaid ka ühed kõige kõvemad mineraalid Maa peal. Mohsi skaalal (kõvaduse skaala, milles hinnang antakse mineraali reaktsioonil kriimustamisele) on teemant loetletud 10. real. Skaalal on kokku 10 positsiooni ja kümnes on viimane ja kõige raskem aste. Teemandid on nii kõvad, et neid saab kriimustada ainult teiste teemantidega.

24. Caerostris darwini võrkude püüdmine


Foto: pixabay

Uskuge või mitte, aga Caerostris darwini (või Darwini ämblik) võrk on terasest tugevam ja Kevlarist kõvem. Seda veebi tunnistati maailma kõige raskemaks bioloogiliseks materjaliks, kuigi nüüd on sellel potentsiaalne konkurent, kuid andmeid pole veel kinnitatud. Ämblikkiudu testiti selliste omaduste osas nagu purunev deformatsioon, löögitugevus, tõmbetugevus ja Youngi moodul (materjali omadus seista vastu venitamisele, kokkupressimisele elastse deformatsiooni korral) ning kõigi nende näitajate puhul näitas ämblikuvõrk end hämmastaval viisil. Lisaks on Darwini ämblikuvõrk uskumatult kerge. Näiteks kui me mähkime oma planeedi Caerostris darwini kiudainetega, on nii pika niidi kaal vaid 500 grammi. Nii pikki võrke pole, kuid teoreetilised arvutused on lihtsalt hämmastavad!

23. Airbrush


Foto: BrokenSphere

See sünteetiline vaht on üks kergemaid kiulisi materjale maailmas ja on süsiniktorude võrk, mille läbimõõt on vaid paar mikronit. Airbrush on 75 korda kergem kui polüstüreen, kuid samas palju tugevam ja paindlikum. Selle saab kokku suruda algsest välimusest 30 korda väiksemaks, kahjustamata selle ülimalt elastset struktuuri. Tänu sellele omadusele suudab õhkpuhastatud vaht taluda 40 000-kordse oma kaalu koormust.

22. Pallaadium metallklaas


Foto: pixabay

California tehnikainstituudi (Berkeley Lab) teadlaste rühm on välja töötanud uut tüüpi metallklaasi, mis ühendab peaaegu täiusliku tugevuse ja plastsuse kombinatsiooni. Uue materjali ainulaadsuse põhjus peitub selles, et selle keemiline struktuur varjab edukalt olemasolevate klaasjate materjalide haprust ja säilitab samal ajal kõrge vastupidavusläve, mis lõpuks suurendab oluliselt selle sünteetilise struktuuri väsimustugevust.

21. Volframkarbiid


Foto: pixabay

Volframkarbiid on uskumatult kõva materjal, millel on kõrge kulumiskindlus. Teatud tingimustel peetakse seda ühendit väga habras, kuid suure koormuse korral on sellel ainulaadsed plastilised omadused, mis ilmnevad libisevate ribade kujul. Tänu kõigile neile omadustele kasutatakse volframkarbiidi soomustläbistavate näpunäidete ja mitmesuguste seadmete, sealhulgas igasuguste lõikurite, abrasiivketaste, puuride, lõikurite, puuriterade ja muude lõikeriistade valmistamiseks.

20. Ränikarbiid


Foto: Tiia Monto

Ränikarbiid on üks peamisi materjale, mida kasutatakse lahingutankide tootmisel. Seda ühendit, mis on tuntud oma madala hinna, silmapaistva infusioonivõime ja kõrge kõvaduse poolest, kasutatakse sageli seadmete või seadmete valmistamiseks, mis peavad painduma kuulidega, lõikama või lihvima muid vastupidavaid materjale. Ränikarbiid teeb suurepäraseid abrasiive, pooljuhte ja isegi teemante jäljendavaid ehteid.

19. Kuupmeetri boornitriid


Foto: wikimedia commons

Kuupmeetri boornitriid on teemantiga kõvadusega sarnane ülikõva materjal, kuid sellel on ka mitmeid erilisi eeliseid - kõrge temperatuuri stabiilsus ja keemiline vastupidavus. Kuupmeetri boornitriid ei lahustu rauas ja niklis isegi kõrgete temperatuuride mõjul, samas kui teemant samades tingimustes satub keemilistesse reaktsioonidesse üsna kiiresti. Tegelikult on see kasulik selle kasutamiseks tööstuslikes lihvimistööriistades.

18. Eriti suure molekulmassiga suure tihedusega polüetüleen (UHMWPE), kiu kaubamärk "Dyneema"


Foto: Justsail

Suure elastsusmooduliga polüetüleenil on äärmiselt kõrge kulumiskindlus, madal hõõrdetegur ja kõrge purunemiskindlus (töökindlus madalal temperatuuril). Tänapäeval peetakse seda kõige vastupidavamaks kiuliseks aineks maailmas. Selle polüetüleeni kõige hämmastavam on see, et see on veest kergem ja suudab samal ajal kuulid peatada! Dyneemi kiududest valmistatud köied ja trossid ei vaju vette, ei vaja määrimist ega muuda märjalt nende omadusi, mis on laevaehituse jaoks väga oluline.

17. Titaanisulamid


Foto: Alkeemik-hp (pse-mendelejew.de)

Titaanisulamid on uskumatult elastsed ja neil on hämmastav tõmbetugevus. Lisaks on neil kõrge kuumuskindlus ja korrosioonikindlus, mis muudab need äärmiselt kasulikuks sellistes valdkondades nagu õhusõidukid, raketid, laevaehitus, keemia-, toidu- ja transporditehnika.

16. Vedelmetalli sulam


Foto: pixabay

See materjal on välja töötatud 2003. aastal California Tehnoloogiainstituudi poolt ning on tuntud oma tugevuse ja vastupidavuse poolest. Ühendi nimi on seotud millegi habras ja vedelaga, kuid toatemperatuuril on see tegelikult ebatavaliselt kõva, kulumiskindel, ei karda korrosiooni ja kuumutamisel muundub nagu termoplast. Senised peamised kasutusvaldkonnad on kellad, golfikepid ja mobiiltelefonide kaaned (Vertu, iPhone).

15. Nanotselluloos


Foto: pixabay

Nanotselluloos on isoleeritud puitkiust ja on uut tüüpi puitmaterjal, mis on isegi terasest tugevam! Lisaks on nanotselluloos ka odavam. Uuendusel on suur potentsiaal ja see võib tulevikus olla klaas- ja süsinikkiududele tõsine konkurent. Arendajad usuvad, et varsti on see materjal sõjaväe, ülipainduvate ekraanide, filtrite, painduvate patareide, absorbeerivate aerogeelide ja biokütuste tootmisel suur nõudlus.

14. Mere alustasside teod


Foto: pixabay

Oleme varem teile rääkinud Darwini ämblikuvõrgust, mis kunagi tunnistati planeedi kõige vastupidavamaks bioloogiliseks materjaliks. Kuid hiljutised uuringud on näidanud, et meretaldrik on teadusele teadaolevalt kõige vastupidavam bioloogiline aine. Jah, need hambad on tugevamad kui Caerostris darwini võrk. Ja see pole üllatav, sest pisikesed mereelukad toituvad karedate kivimite pinnal kasvavatest vetikatest ja need loomad peavad toidu ja kivimi eraldamiseks kõvasti vaeva nägema. Teadlased usuvad, et tulevikus saame masinatööstuses kasutada mere alustasside hammaste kiudstruktuuri näidet ja hakata lihtsate teodest inspireerituna ehitama autosid, paate ja isegi vastupidavaid lennukeid.

13. Martensiooniteras


Foto: pixabay

Martaging-teras on ülitugev ja legeeritud sulam, millel on suurepärane nõtkus ja sitkus. Materjal on raketis laialt levinud ja seda kasutatakse igasuguste tööriistade valmistamiseks.

12. Osmium


Foto: Periodictableru / www.periodictable.ru

Osmium on uskumatult tihe element ning seda on oma kõvaduse ja kõrge sulamistemperatuuri tõttu raske töödelda. Seetõttu kasutatakse osmiumi seal, kus kõige enam hinnatakse vastupidavust ja tugevust. Osmiumsulameid leidub elektrikontaktides, raketis, sõjalistes mürskudes, kirurgilistes implantaatides ja paljudes teistes.

11. Kevlar


Foto: wikimedia commons

Kevlar on ülitugev kiud, mida leidub autorehvides, piduriklotsides, trossides, proteesi- ja ortopeediatoodetes, soomustes, kaitseriietuskangastes, laevaehituses ja mehitamata õhusõidukite osades. Materjal on muutunud peaaegu tugevuse sünonüümiks ja on uskumatult kõrge tugevuse ja elastsusega plastikutüüp. Kevlari tõmbetugevus on 8 korda suurem kui terastraadil ja see hakkab sulama temperatuuril 450 ℃.

10. Ülikiire molekulmassiga suure tihedusega polüetüleen, kiudainetüüp "Spectra"


Foto: Tomas Castelazo, www.tomascastelazo.com / Wikimedia Commons

UHMWPE on sisuliselt väga vastupidav plastik. UHMWPE klassi Spectra on omakorda kõrgeima kulumiskindlusega kerge kiu, mis on selles indikaatoris kümme korda parem kui teras. Sarnaselt Kevlarile kasutatakse Spectrat ka soomukite ja kaitsekiivrite valmistamiseks. Koos UHMWPE-ga on dünimo spektri kaubamärk populaarne laevaehituses ja transpordis.

9. Grafeen


Foto: pixabay

Grafeen on süsiniku allotroopne modifikatsioon ja selle vaid ühe aatomi paksune kristallvõre on nii tugev, et on 200 korda kõvem kui teras. Grafeen näeb välja nagu toidukile, kuid selle rebimine on peaaegu võimatu ülesanne. Grafeenilehe läbilöömiseks peate sellesse pistma pliiatsi, millele peate koormust tasakaalustama kogu koolibussi kaaluga. Edu!

8. Süsinik-nanotorupaber


Foto: pixabay

Tänu nanotehnoloogiale on teadlased valmistanud inimese juustest 50 000 korda õhemat paberit. Süsinik nanotorudest valmistatud lehed on kümme korda kergemad kui teras, kuid kõige üllatavam on see, et nende tugevus on tervelt 500 korda tugevam! Makroskoopilised nanotoruplaadid on superkondensaatorelektroodide valmistamiseks kõige lootustandvamad.

7. Metalli mikrovõrk


Foto: pixabay

Siin on maailma kergeim metall! Metallist mikrovõre on sünteetiline poorne materjal, mis on 100 korda kergem kui vaht. Kuid ärge laske selle välimusel end petta, sest need mikrovõred on samal ajal uskumatult tugevad, muutes need väga võimsaks kasutamiseks igasugustes insenerivaldkondades. Nendest saab valmistada suurepäraseid amortisaatoreid ja soojusisolaatoreid ning metalli hämmastav võime kokku tõmbuda ja algsesse olekusse naasta võimaldab seda kasutada energia salvestamiseks. Metallist mikrovõrke kasutatakse aktiivselt ka Ameerika ettevõtte Boeing õhusõidukite erinevate osade tootmisel.

6. Süsinik nanotorud


Foto: kasutaja Mstroeck / et.wikipedia

Eespool oleme juba rääkinud ülitugevatest süsinik nanotorudest valmistatud makroskoopilistest plaatidest. Aga mis materjal see on? Tegelikult on need torusse valtsitud grafeenitasandid (9. punkt). Tulemuseks on uskumatult kerge, elastne ja vastupidav materjal mitmesuguste rakenduste jaoks.

5. Pintsel


Foto: wikimedia commons

Tuntud ka kui grafeeni aerogeel, on see materjal samal ajal ülimalt kerge ja vastupidav. Uut tüüpi geelides asendatakse vedel faas täielikult gaasilisega ja seda eristab sensatsiooniline kõvadus, kuumuskindlus, madal tihedus ja madal soojusjuhtivus. Uskumatu, et grafeeni aerogeel on seitse korda õhust kergem! Ainulaadne ühend suudab taastada oma esialgse kuju isegi pärast 90-protsendilist kokkusurumist ja suudab imada õlikoguse, mis on 900 korda suurem kui imendumiseks kasutatav õhupintsel. Võib-olla aitab see klassi materjal tulevikus võitluses selliste keskkonnakatastroofide vastu nagu naftareostus.

4. Massachusettsi tehnoloogiainstituudi (MIT) välja töötatud materjal pealkirjata


Foto: pixabay

Neid ridu lugedes töötab MITi teadlaste meeskond grafeeni omaduste parandamisel. Teadlaste sõnul on neil juba õnnestunud selle materjali kahemõõtmeline struktuur kolmemõõtmeliseks muuta. Uus grafeeni aine pole veel oma nime saanud, kuid on juba teada, et selle tihedus on terase omast 20 korda väiksem ja tugevus kümme korda suurem kui terasel.

3. Karbiin


Foto: Suitsujalg

Ehkki need on vaid süsinikuaatomite lineaarsed ahelad, on karbüniil 2 korda suurem grafeeni tõmbetugevus ja see on 3 korda raskem kui teemandil!

2. Boornitriidvurtsiidi modifikatsioon


Foto: pixabay

See äsja avastatud looduslik aine moodustub vulkaanipursete ajal ja on 18% kõvem kui teemandid. Kuid see ületab teemante mitmete muude näitajate poolest. Wurtzite boornitriid on üks kahest Maal leiduvast looduslikust ainest, mis on teemandist kõvem. Probleem on selles, et selliseid nitriide on looduses väga vähe ja seetõttu pole neid lihtne uurida ega praktikas rakendada.

1. Lonsdaleit


Foto: pixabay

Tuntud ka kui kuusnurkne teemant, koosneb lonsdaleiit süsinikuaatomitest, kuid selles modifikatsioonis on aatomid paigutatud veidi erinevalt. Sarnaselt wurtsiidiboornitriidiga on ka lonsdaleiit looduslik aine, mille kõvadus ületab teemanti. Pealegi on see hämmastav mineraal koguni 58% teemandist raskem! Nagu ka wurtsiidi modifikatsiooni boornitriid, on ka see ühend äärmiselt haruldane. Mõnikord tekib lonsdaleiit siis, kui meteoriidid, sealhulgas grafiit, põrkuvad kokku Maaga.

Kas teate, millist materjali peetakse meie planeedil kõige tugevamaks? Kooliajast teame kõik, et teemant on tugevaim mineraal, kuid see pole kaugeltki kõige tugevam. Kõvadus pole ainet iseloomustav peamine omadus. Mõni omadus võib ära hoida kriimustusi, teine \u200b\u200baga aitab kaasa elastsusele. Kas soovite rohkem teada saada? Siin on materjalide hinnang, mida on väga raske hävitada.

Klassikaline vastupidavusnäide, kinni õpikutes ja peades. Selle sitkus tähendab kriimustuskindlust. Mohsi skaalal (kvalitatiivne skaala, mis mõõdab erinevate mineraalide resistentsust), hindab teemant 10 (skaala ulatub 1-st 10-ni, kus 10 on kõige raskem aine). Teemant on nii kõva, et selle lõikamiseks tuleb kasutada teisi teemante.

Seda materjali nimetatakse sageli maailma kõige raskemaks bioloogiliseks aineks (kuigi leiutajad vaidlevad sellele väitele nüüd vastu), on Darwini ämblikuvõrk tugevam kui teras ja selle jäikusreserv on suurem kui Kevlaril. Selle kaal pole vähem tähelepanuväärne: Maa ümbritsemiseks piisavalt pikk niit kaalub vaid 0,5 kg.

See sünteetiline vaht on üks kergemaid ehitusmaterjale maailmas. Airbrush on vahtpolüstüreenist umbes 75 korda kergem (kuid palju tugevam!). Seda materjali on võimalik kokku suruda kuni 30 korda suurem kui algne suurus, kahjustamata selle struktuuri. Veel üks huvitav moment: aerograaf suudab vastu pidada massile, mis on 40 000 korda suurem kui tema enda kaal.

Selle aine töötasid välja California teadlased. Mikro legeeritud klaasil on peaaegu täiuslik kõvaduse ja tugevuse kombinatsioon. Selle põhjuseks on see, et selle keemiline struktuur vähendab klaasi rabedust, kuid säilitab pallaadiumi kõvaduse.

Volframkarbiid on uskumatult kõva ja sellel on kvalitatiivselt kõrge jäikus, kuid see on üsna habras ja seda saab kergesti painutada.

Seda materjali kasutatakse lahingutankide soomuste loomisel. Tegelikult kasutatakse seda peaaegu kõiges, mis suudab kuulide eest kaitsta. Sellel on Mohsi kõvadusreiting 9 ja lisaks on madal soojuspaisumise tase.

Ligikaudu sama tugev kui teemant, kuupmeetri boornitriidil on üks suur eelis: see ei lahustu kõrgel temperatuuril niklis ja rauas. Sel põhjusel saab seda kasutada nende elementide töötlemiseks (nitriidide teemantvormid raua ja nikliga kõrgel temperatuuril).

Seda peetakse maailma kõige tugevamaks kiuks. Teid võib üllatada asjaolu, et Dynima on veest kergem, kuid see suudab kuulid peatada!

Titaanisulamid on äärmiselt paindlikud ja väga tugeva tõmbetugevusega, kuid neil pole sama jäikust kui terasest sulamitel.

Liquidmetali on välja töötanud Caltech. Hoolimata nimest ei ole see metall vedel ja toatemperatuuril on kõrge tugevuse ja kulumiskindlusega. Kuumutamisel võivad amorfsed sulamid kuju muuta.

See uusim leiutis on valmistatud puidumassist, samal ajal kui selle tugevusaste on suurem kui terasel! Ja palju odavam. Paljud teadlased peavad nanotselluloosi odavaks alternatiiviks pallaadiumklaasile ja süsinikkiule.

Varem mainisime, et Darwini ämblikud koovad niidi ühest kõige vastupidavamast orgaanilisest materjalist Maal. Meretaldriku hambad olid aga ämblikuvõrkudest tugevamad. Lonkade hambad on ülimalt kõvad. Nende hämmastavate omaduste põhjus on eesmärk: koguda vetikaid kivimite ja korallide pinnalt. Teadlased usuvad, et tulevikus võiksime kopeerida limpi hammaste kiudstruktuuri ja kasutada seda autotööstuses, laevades ja isegi lennunduses.

See aine ühendab kõrge tugevuse ja jäikuse, kaotamata elastsust. Seda tüüpi terasest sulameid kasutatakse lennunduses ja tööstuses.

Osmium on äärmiselt tihe. Seda kasutatakse selliste asjade valmistamiseks, mis nõuavad kõrget tugevust ja vastupidavust (elektrilised kontaktid, näpunäidete käepidemed jne).

Kevlar on kõvuse sünonüüm, mida kasutatakse kõigis trummidest kuulikindlate vestideni. Kevlar on plasttüüp, millel on äärmiselt kõrge tõmbetugevus. Tegelikult on see umbes 8 korda suurem kui terastraadil! See talub ka temperatuuri umbes 450 ℃.

Kõrgefektiivne polüetüleen on tõesti sitke plast. See kerge ja tugev niit suudab toime tulla uskumatu pingega ja on kümme korda tugevam kui teras. Sarnaselt Kevlarile kasutatakse Spectrat ka ballistiliselt vastupidavate vestide, kiivrite ja soomukite jaoks.

Ühe aatomi paksune grafeeni (süsiniku allotroop) leht on 200 korda tugevam kui teras. Kuigi grafeen sarnaneb tsellofaaniga, on see tõeliselt hämmastav. Selle materjali standardlehe läbistamiseks kulub pliiatsil balansseeriv koolibuss!

See nanotehnoloogia on valmistatud inimese juustest 50 000 korda õhematest süsinikutorudest. See seletab, miks see on terasest kümme korda kergem, kuid 500 korda tugevam.

Maailma kergem metall, metallist mikrovõre, on ka üks kergemaid struktuurimaterjale Maal. Mõned teadlased väidavad, et see on 100 korda kergem kui vahtpolüstürool! Poorset, kuid äärmiselt tugevat materjali kasutatakse paljudes tehnoloogiavaldkondades. Boeing mainis selle kasutamist lennukite tootmisel, peamiselt põrandatel, istmetel ja seintel.

Süsiniknanotorusid (CNT) võib kirjeldada kui “õmblusteta silindrilisi õõnsaid kiude”, mis koosnevad ühest valtsitud puhta grafiidi molekulaarsest lehest. Tulemuseks on väga kerge materjal. Nanoskaalas on süsiniknanotorud 200 korda tugevamad kui teras.

Tuntud ka kui grafeeni aerogeel. Kujutage ette grafeeni tugevust koos kujuteldamatu kergusega. Airgel on õhust 7 korda kergem! See uskumatu materjal suudab täielikult taastuda üle 90% kokkusurumisest ja võib neelata kuni 900 korda suurema oma kaalu. Loodetavasti saab seda materjali kasutada õlireostustele reageerimiseks.

Massachusettsi polütehnikumi peahoone

Selle kirjutamise ajal usuvad Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi teadlased, et nad on avastanud saladuse grafeeni kahemõõtmelise tugevuse maksimeerimiseks kolmes dimensioonis. Nende veel nimetamata aine terase tihedus võib olla umbes 5%, kuid tugevus kümnekordne.

Vaatamata sellele, et tegemist on ühe aatomiahelaga, on karbüniil grafeeni tõmbetugevus kaks korda suurem ja teemandi jäikus kolm korda suurem.

Seda looduslikku ainet toodetakse aktiivsete vulkaanide kraatris ja see on 18% tugevam kui teemant. See on üks kahest looduslikult esinevast ainest, mille puhul on leitud, et see ületab praegu teemantide kõvadust. Probleem on selles, et seda ainet pole seal palju ja praegu on raske kindlalt öelda, kas see väide vastab 100% tõele.

Tuntud ka kui kuusnurkne teemant, koosneb see aine süsinikuaatomitest, kuid need on lihtsalt erinevalt paigutatud. Koos vurtsiidi, boornitriidiga on see üks kahest looduslikust ainest, mis on teemandist kõvem. Tegelikult on Londdsdaleite 58% raskem! Kuid nagu eelmise aine puhul, on seda ka suhteliselt väikestes kogustes. Mõnikord juhtub see siis, kui grafiit meteoriidid põrkuvad planeediga Maa.

Tulevik pole enam kaugel, nii et 21. sajandi lõpuks võime oodata ülitugevate ja ülikergete materjalide tekkimist, mis asendavad Kevlari ja teemandid. Vahepeal jääb vaid üllatada kaasaegsete tehnoloogiate arengus.

Inimene kasutab oma tegevuses erinevaid ainete ja materjalide omadusi. Ja mitte vähetähtis pole ka nende tugevus ja usaldusväärsus. Looduse kõige raskemaid ja kunstlikult loodud materjale käsitletakse selles artiklis.

Üldtunnustatud standard

Materjali tugevuse määramiseks kasutatakse Mohsi skaalat - skaalat materjali kõvaduse hindamiseks selle kriimustustele reageerimise järgi. Võhiku jaoks on kõige raskem materjal teemant. Teid üllatatakse, kuid see mineraal on alles kuskil 10. kohal kõige raskemate seas. Keskmiselt loetakse materjali üliraskeks, kui selle jõudlus on üle 40 GPa. Lisaks tuleks maailma kõige raskema materjali kindlakstegemisel arvestada ka selle päritolu olemusega. Samal ajal sõltub tugevus ja tugevus sageli välistegurite mõjust sellele.

Kõige raskem materjal maa peal

Selles osas pöörame tähelepanu ebatavalise kristallstruktuuriga keemilistele ühenditele, mis on teemantidest palju tugevamad ja suudavad seda kergesti kriimustada. Siin on 6 kõige raskemat inimtoodetud materjali, alustades kõige vähem rasketest materjalidest.

• Süsiniknitriid - boor. Selle kaasaegse keemia saavutuse tugevusindeks on 76 GPa.
• Grafeeni aerogeel (õhupintsel) on õhust 7 korda kergem materjal, taastades selle kuju pärast 90% kokkusurumist. Hämmastavalt vastupidav materjal, mis suudab ka enda kaalu 900 korda suurema koguse vedelikku või isegi õli imada. Seda materjali on kavas kasutada õlireostuseks.
• Grafeen on ainulaadne leiutis ja universumi kõige vastupidavam materjal. Lisateave tema kohta allpool.
• Carbyne on lineaarne allotroopse süsiniku polümeer, millest valmistatakse üliõhukesi (1 aatom) ja ülitugevaid torusid. Pikka aega ei õnnestunud kellelgi sellist üle 100 aatomiga toru konstrueerida. Kuid Viini ülikooli Austria teadlastel õnnestus see barjäär ületada. Lisaks, kui varem sünteesiti karbüni väikestes kogustes ja see oli väga kallis, on tänapäeval võimalik seda sünteesida tonnides. See avab uued silmapiirid kosmosetehnoloogiale ja muule.
• Elbor (kingsongiit, kuboniit, borasoon) on nanoehitusega ühend, mida tänapäeval kasutatakse laialdaselt metalli töötlemisel. Kõvadus - 108 GPa.

• Fulleriit on kõige raskem materjal Maal, mida tänapäeval inimene tunneb. Selle tugevuse 310 GPa tagab asjaolu, et see ei koosne üksikutest aatomitest, vaid molekulidest. Need kristallid kriimustavad teemanti kergelt, nagu või nuga.

Inimkäte ime

Grafeen on veel üks inimese leiutis, mis põhineb süsiniku allotroopsetel modifikatsioonidel. See näeb välja nagu ühe aatomi paksune õhuke kile, kuid 200 korda tugevam kui teras, erakordse paindlikkusega.

Grafeeni kohta ütlevad nad, et selle läbistamiseks peab elevant seisma pliiatsi otsas. Pealegi on selle elektrijuhtivus sada korda suurem kui arvutikiipides sisalduva räni omadustel. Varsti lahkub ta laboritest ja siseneb igapäevaellu päikesepaneelide, mobiiltelefonide ja kaasaegsete arvutikiipide näol.

Kaks väga harva esinevat looduse anomaalia tulemust

Looduses on väga haruldasi ühendeid, millel on uskumatu tugevus.

• Boornitriid on aine, mille kristallidel on spetsiifiline wurtsiidi kuju. Koormuste rakendamisel jagunevad kristallvõre aatomite vahelised sidemed ümber, suurendades tugevust 75%. Kõvadusindeks - 114 GPa. See aine tekib vulkaanipursete ajal, looduses on see väga väike.
• Lonsdaleiit (põhifoto) on allotroopse süsiniku ühend. Materjal leiti meteoriidi kraaterist, arvatakse, et see tekkis plahvatustingimuste mõjul grafiidist. Kõvadusindeks - 152 GPa. See on oma olemuselt haruldane.

Loodusimed

Meie planeedi elusolendite hulgas on neid, kellel on midagi väga erilist.

• Ämblikuvõrk Caerostris darwini. Darwini ämbliku poolt välja antud niit on tugevam kui teras ja kõvem kui Kevlar. Just selle veebi võtsid NASA teadlased kasutusele kosmosekaitsekostüümide väljatöötamisel.
• Mereanumate hambad - nende kiuline struktuur uuritakse nüüd bioonikat. Nad on nii tugevad, et võimaldavad karbil kivisse kasvanud vetikad maha koorida.

Raudkask

Teine loodusime on Schmidti kask. Selle puit on bioloogilist päritolu kõige raskem. See kasvab Kaug-Idas looduskaitsealal Kedrovaya Pad ja kuulub punasesse raamatusse. Tugevus on võrreldav raua ja malmiga. Kuid samal ajal ei allu see korrosioonile ja lagunemisele.

Puidu laialdast kasutamist, mida isegi kuulid ei suuda läbistada, takistab selle erakordne haruldus.

Metallidest kõige raskem

See metall on sinimustvalge - kroom. Kuid selle tugevus sõltub puhtusest. Looduses sisaldab see 0,02%, mis pole nii vähe. Seda kaevandatakse silikaatkivimitest. Maale langevad meteoriidid sisaldavad ka palju kroomi.

See on korrosioonikindel, kuumuskindel ja tulekindel. Kroom on osa paljudest sulamitest (kroomteras, nikroom), mida kasutatakse laialdaselt tööstuses ja korrosioonivastastes dekoratiivkattes.

Koos tugevam

Üks metall on hea, kuid mõned kombinatsioonid võivad sulamile anda hämmastavaid omadusi.

Ülitugev titaani ja kulla sulam on ainus tugev materjal, mis on osutunud eluskudedega biosobivaks. Beeta-Ti3Au sulam on nii tugev, et seda ei saa uhmris jahvatada. Juba täna on selge, et see on erinevate implantaatide, kunstliigeste ja luude tulevik. Pealegi saab seda rakendada puurimisel, spordivarustuses ja paljudes muudes eluvaldkondades.

Pallaadiumi, hõbeda ja mõnede metalloidide sulamil võivad olla sarnased omadused. Praegu töötavad selle projektiga Calteki instituudi teadlased.

Tulevikus hinnaga 20 dollarit tokk

Mis on kõige raskem materjal, mida mõni võhik täna saab osta? Vaid 20 dollari eest saate osta 6 meetrit Braeöni linti. Alates 2017. aastast on seda müünud \u200b\u200btootja Dustin McWilliams. Keemilist koostist ja tootmismeetodit hoitakse rangelt saladuses, kuid kvaliteet on hämmastav.

Teibiga saate kõik kinnitada. Selleks tuleb see keerata kinnitatavate osade ümber, soojendada tavalise tulemasinaga, anda plastkompositsioonile soovitud kuju ja kõik. Pärast jahutamist peab vuuk vastu 1 tonni koormusele.

Nii kõva kui ka pehme

2017. aastal ilmus teave hämmastava materjali loomise kohta - kõige raskem ja samal ajal pehmem. Selle metamaterjali leiutasid Michigani ülikooli teadlased. Neil õnnestus õppida, kuidas kontrollida materjali struktuuri ja panna see avaldama erinevaid omadusi.

Näiteks kui seda kasutatakse autode ehitamiseks, on kere liikumises jäik ja kokkupõrkel pehme. Keha neelab kontaktienergiat ja kaitseb reisijat.

Tugevuse määratlus viitab materjalide võimele vastu seista hävimisele väliste jõudude ja sisemise pinge põhjustavate tegurite tagajärjel. Kõrge tugevusega materjalidel on lai kasutusala. Looduses pole mitte ainult kõvad metallid ja vastupidavad puiduliigid, vaid ka kunstlikult loodud ülitugevad materjalid. Paljud inimesed usuvad, et kõige vastupidavam materjal maailmas on teemant, kuid kas see on tõesti nii?

Üldine informatsioon:

Avamise kuupäev - 60ndate algus;

Avastajad - Sladkov, Kudrjavtsev, Koršak, Kasatkin;

Tihedus on 1,9–2 g / cm3.

Hiljuti on Austria teadlased lõpetanud süsinikuaatomite sp-hübridiseerimisel põhineva karbüniini, süsiniku allotroopse vormi säästva tootmise. Selle tugevusnäitajad on 40 korda kõrgemad kui teemandil. Teave selle kohta postitati teadusliku trükitud perioodika "Loodusmaterjalid" ühte väljaandesse.

Pärast selle omaduste põhjalikku uurimist selgitasid teadlased, et selle tugevust ei saa võrrelda ühegi varem avastatud ja uuritud materjaliga. Sellest hoolimata tekkisid tootmisprotsessis märkimisväärsed raskused: karbüni struktuur moodustub pikkadesse ahelatesse kogunenud süsinikuaatomitest, mille tulemusena see hakkab tootmisprotsessi käigus lagunema.

Tuvastatud tõkke kõrvaldamiseks lõid Viini avaliku ülikooli füüsikud spetsiaalse kaitsekatte, milles sünteesiti karbüni. Kaitsekattena kasutati grafeenikihte, mis asetati üksteise peale ja volditi "termoseks". Kuigi füüsikud tegid kõik endast oleneva, et saavutada stabiilseid vorme, said nad teada, et aatomi ahela pikkus mõjutab materjali elektrilisi omadusi.

Teadlased pole õppinud, kuidas karbüni kaitsekattest kahjustusteta eraldada, seega jätkub uue materjali uurimine, teadlased juhinduvad ainult aatomahelate suhtelisest stabiilsusest.

Carbin on halvasti uuritud süsiniku allotroopne modifikatsioon, mille eestvedajaks olid Nõukogude keemikud A.M.Sladkov, Yu.P. Kudrjavtsev, V.V.Koršak ja V.I.Kazatochkin. Teave katse tulemuse kohta koos materjali avastamise üksikasjaliku kirjeldusega 1967. aastal ilmus ühe suurema teadusajakirja - "NSVL Teaduste Akadeemia aruanded" - lehtedel. 15 aastat hiljem ilmus Ameerika teadusajakirjas Science artikkel, mis seadis kahtluse alla nõukogude keemikute saadud tulemused. Selgus, et halvasti uuritud süsiniku allotroopsele modifikatsioonile omistatud signaale võib seostada silikaatlisandite olemasoluga. Aastate jooksul on tähtedevahelises ruumis leitud sarnaseid signaale.

Üldine informatsioon:

Avastajad - mäng, Novoselov;

Soojusjuhtivus - 1 TPa.

Grafeen on süsiniku kahemõõtmeline allotroopne modifikatsioon, milles aatomid on ühendatud kuusnurkseks võreks. Vaatamata grafeeni suurele tugevusele on selle kiht 1 aatomi paks.

Materjali pioneerid olid vene füüsikud, Andrei Geim ja Konstantin Novoselov. Oma riigis ei saanud teadlased rahalist toetust ja otsustasid kolida Hollandisse ning Suurbritannia ja Põhja-Iiri Ühendkuningriiki. 2010. aastal anti teadlastele Nobeli preemia.

Grafeenilehel, mille pindala on üks ruutmeeter ja paksus üks aatom, hoitakse kuni nelja kilogrammi kaaluvaid esemeid vabalt. Lisaks ülimalt vastupidavale materjalile on grafeen ka väga paindlik. Selliste omadustega materjalist on tulevikus võimalik kududa niite ja muid trossistruktuure, mille tugevus ei jää alla paksule terastrossile. Teatud tingimustel saab Vene füüsikute avastatud materjal hakkama kristallistruktuuri kahjustustega.

Üldine informatsioon:

Avamisaasta - 1967;

Värv - pruunikaskollane;

Mõõdetud tihedus on 3,2 g / cm3;

Kõvadus - 7-8 ühikut Mohsi skaalal.

Meteoriidilehtrist leitud lonsdaleiidi struktuur sarnaneb teemandiga, mõlemad materjalid on süsiniku allotroopsed modifikatsioonid. Tõenäoliselt muutus plahvatuse tagajärjel grafiit, mis on meteoriidi üks komponentidest, lonsdaleiidiks. Materjali avastamise ajal ei märkinud teadlased kõrge kõvaduse näitajaid, kuid tõestati, et kui selles pole lisandeid, siis ei jää see kuidagi alla teemandi kõrgele kõvadusele.

Üldteave boornitriidi kohta:

Tihedus - 2,18 g / cm3;

Sulamistemperatuur - 2973 kraadi Celsiuse järgi;

Kristallstruktuur - kuusnurkne võre;

Soojusjuhtivus - 400 W / (m × K);

Kõvadus - vähem kui 10 ühikut Mohsi skaalal.

Peamised erinevused wurtsiitboornitriidis, mis on booriühend lämmastikuga, on termiline ja keemiline vastupidavus ning tulekindlus. Materjal võib olla erineval kristalsel kujul. Näiteks on grafiit kõige pehmem, kuid samas stabiilne, kosmeetikas kasutatakse just teda. Sfaliidi struktuur kristallvõres sarnaneb teemantidega, kuid on pehmuse poolest madalam, omades paremat keemilist ja termilist takistust. Sellised wurtsiitboornitriidi omadused võimaldavad seda kasutada seadmetes kõrgtemperatuuriliste protsesside jaoks.

Üldine informatsioon:

Kõvadus - 1000 Gn / m2;

Tugevus - 4 Gn / m2;

Metallklaas avastati 1960. aastal.

Metallklaas on kõrge kõvadusindeksiga materjal, aatomi tasandil korrastamata struktuur. Peamine erinevus metallklaasi ja tavalise klaasi struktuuri vahel on selle kõrge elektrijuhtivus. Need materjalid saadakse tahke oleku reaktsiooni, kiire jahutamise või ioonide kiiritamise tulemusena. Teadlased on õppinud leiutama amorfseid metalle, mille tugevusnäitajad on 3 korda kõrgemad kui terasesulamitel.

Üldine informatsioon:

Elastsuspiir - 1500 MPa;

KCU - 0,4-0,6 MJ / m2.

Üldine informatsioon:

Löögitugevus KST - 0,25-0,3 MJ / m2;

Elastsuspiir - 1500 MPa;

KCU - 0,4-0,6 MJ / m2.

Martaging-teras on rauasulamid, millel on suur löögitugevus, samas ei kaota elastsust. Vaatamata neile omadustele ei hoia materjal lõiketera. Kuumtöötlemisel saadud sulamid on madala süsinikusisaldusega ained, mille tugevus tuleneb metallist. Sulam sisaldab niklit, koobaltit ja muid karbiidi moodustavaid elemente. Seda tüüpi ülitugevat ja legeeritud terast on madala süsinikusisalduse tõttu lihtne töödelda. Selliste omadustega materjal on kosmosesektoris rakendust leidnud, seda kasutatakse raketikehade kattekihina.

Osmium

Üldine informatsioon:

Avamisaasta - 1803;

Võre struktuur - kuusnurkne;

Soojusjuhtivus - (300 K) (87,6) W / (m × K);

Sulamistemperatuur - 3306 K.

Särav sinakasvalge kõrge tugevusega metall kuulub platinoidide hulka. Osmiumi, millel on kõrge aatomtihedus, erakordne tulekindlus, habras, kõrge tugevus, kõvadus ja vastupidavus mehaanilistele pingetele ning agressiivsetele keskkonnamõjudele, kasutatakse laialdaselt kirurgias, mõõtetehnoloogias, keemiatööstuses, elektronmikroskoopias, raketitehnoloogias ja elektroonikaseadmetes.

Üldine informatsioon:

Tihedus - 1,3-2,1 t / m3;

Süsinikkiu tugevus - 0,5-1 GPa;

Kõrgtugeva süsinikkiuga elastsusmoodul on 215 GPa.

Süsinik-süsinik komposiidid on materjalid, mis koosnevad süsiniku maatriksist, mida omakorda tugevdatakse süsinikkiududega. Komposiitide peamised omadused on kõrge tugevus, paindlikkus ja löögitugevus. Komposiitmaterjalide struktuur võib olla nii ühesuunaline kui ka kolmemõõtmeline. Nende omaduste tõttu kasutatakse komposiite laialdaselt erinevates valdkondades, sealhulgas lennundustööstuses.

Üldine informatsioon:

Ämbliku avastamise ametlik aasta on 2010;

\u003e Lindi löögitugevus on 350 MJ / m3.

Esimest korda leiti Aafrikast kaugel Madagaskari saareriigist tohutuid võrke punuv ämblik. Ametlikult avastati seda tüüpi ämblikud 2010. aastal. Teadlasi huvitasid eeskätt lülijalgsete kootud ämblikuvõrgud. Kandekeermel võib ringide läbimõõt olla kuni kaks meetrit. Darwini veebi tugevus ületab lennunduses ja autotööstuses kasutatava sünteetilise Kevlari tugevust.

Üldine informatsioon:

Soojusjuhtivus - 900-2300 W / (m × K);

Sulamistemperatuur rõhul 11 \u200b\u200bGPa - 3700-4000 kraadi Celsiuse järgi;

Tihedus - 3,47-3,55 g / cm3;

Murdumisnäitaja on 2,417-2,419.

Vana-kreeka keelest tõlgitud teemant tähendab "hävimatu", kuid teadlased on avastanud veel 9 elementi, mis ületavad selle tugevuse poolest. Vaatamata teemandi lõputule olemasolule tavalises keskkonnas, kõrgel temperatuuril ja inertses gaasis, võib see muutuda grafiidiks. Teemant on võrdluselement (Mohsi skaalal), millel on üks kõrgeimaid kõvaduse väärtusi. Seda, nagu paljusid vääriskive, iseloomustab luminestsents, mis võimaldab päikesevalguse käes särada.