Imenovati najtežu tvar na svijetu nije tako lako kao što se na prvu čini. Činjenica je da tvrdoća materijala može varirati ovisno o nekima vanjski faktori. Konkretno, može, čudno, biti drugačije kada se primijenjeno opterećenje promijeni.

Dugi niz godina dijamant se smatrao standardom tvrdoće. Međutim, zašto je to uzeto u obzir? U svijetu materijala, njegova tvrdoća još uvijek je mjerilo. Sve što je inferiorno u odnosu na dijamant u tvrdoći, ali mu se približava u ovom pokazatelju, naziva se superhard. A tvari koje su tvrđe od dijamanta nose ponosni naziv "ultra jake".

I ovdje bi mnogi čitatelji mogli sumnjati. Uostalom, ne tako davno, čak su iu školama učili da u prirodi nema ništa tvrđe od dijamanta, a mnogi su zapamtili tu istinu. Ali sve su istine relativne, kako kažu filozofi. Promijenile su se i informacije o "najtvrđem dijamantu" u naše vrijeme.

Pa što je tvrđe od dijamanta?

Počnimo s činjenicom da dijamanti također variraju u tvrdoći. Tvrdoća materijala mjeri se u gigapaskalima (GPa). Dakle, za različite dijamante, ovaj pokazatelj može varirati od 70 do 150 GPa. Slažem se, širenje je vrlo značajno! Gornja granica čvrstoće pripada takozvanim crnim dijamantima, "karbonado". U svom prirodnom obliku nalaze se u iznimno malim količinama u Brazilu i Južnoj Africi.

Ako se "obični" dijamant sastoji od jednog kristala, onda se karbonado sastoji od veliki iznos kristali ugljika, između kojih postoje šupljine. Utvrđeno je da ti dijamanti ne nastaju pri visokim pritiscima, već pri običnim, a nalaze se samo na površini Zemlje. Raširena je teorija da je karbonado na naš planet donio asteroid koji je nastao kao rezultat eksplozije supernove.

Dakle, carbonado je mnogo tvrđi od "običnog" dijamanta, ali je i dalje dijamant. A postoje tvari koje uopće nisu dijamanti, ali su tvrđe od njih, pa čak i od karbonada. Evo ih:

• fullerit;
• lonsdaleit;
• wurtzide bor nitrid.

Ovo je potpuno umjetni materijal koji se ne nalazi u prirodi. Tvrdoća mu se procjenjuje na 310 GPa. "Olovka" od ovog materijala lako će izgrebati dijamantnu ploču. Fuleriti se sastoje od molekula fulerena sintetiziranih 1985. Za ovo otkriće njegovi autori dobili su, između ostalog, Nobelova nagrada u kemiji!

Zanimljivo je da je fulerit dugo vremena bio nevjerojatno skupa i rijetka tvar, jer njegova sinteza zahtijeva monstruozno visoke pritiske. No prije nekoliko godina ruski fizičari u suradnji s francuskim uspjeli su zaobići tu prepreku. Sada se tvar već može stvoriti u relativno jednostavnim uvjetima.

Ova tvar se naziva "heksagonalni dijamant" jer se sastoji od samo modificiranog grafita. U prirodi se vrlo rijetko nalazi u meteoritskim kraterima, ali tamo je njegova tvrdoća čak niža od tvrdoće karbonada. Sve je u nečistoćama koje su nužno prisutne u prirodnim uzorcima lonsdaleita.

Kako bi se ova tvar riješila nečistoća i postigla maksimalnu tvrdoću, u prisutnosti je ogromnog pritiska. Tvrdoća "čistog" lonsdaleita procjenjuje se na 170 - 220 GPa.

Ne vjeruju svi znanstvenici da je tvrđi od dijamanta. Drugim riječima, treće mu je mjesto još uvijek sporno. Činjenica je da u svom normalnom stanju bor nitrid, iako vrlo tvrd, ipak ne spada u ultra jake, već u supertvrde tvari.

Sve se mijenja kada se izvrši pritisak na njegovu strukturu. Atomske veze ove tvari su tako posložene da se pri povećanju tlaka “preslože”, a tada borov nitrid postaje tvrđi od dijamanta!

Tako smo se definiranjem najtvrđe tvari na svijetu upoznali sa zanimljivim tvarima, a ujedno smo se riješili uobičajenog mita o “najtvrđem dijamantu”.

Svijet oko nas još uvijek je prepun mnogih misterija, ali čak ni fenomeni i tvari koje su znanstvenicima već dugo poznate ne prestaju zadivljivati ​​i oduševljavati. Divimo se svijetlim bojama, uživamo u okusima i koristimo svojstva svih vrsta tvari koje naš život čine ugodnijim, sigurnijim i ugodnijim. U potrazi za najpouzdanijim i najčvršćim materijalima, čovjek je došao do brojnih uzbudljivih otkrića, a pred vama je izbor od samo 25 takvih jedinstvenih spojeva!

25. Dijamanti

Ako ne svi, onda gotovo svi to sigurno znaju. Dijamanti nisu samo jedan od najcjenjenijih dragulja, već i jedan od najtvrđih minerala na Zemlji. Na Mohsovoj ljestvici (ljestvica tvrdoće u kojoj se procjena daje reakcijom minerala na grebanje) dijamant je naveden u 10. retku. Na ljestvici postoji 10 pozicija, a 10. je posljednji i najteži stupanj. Dijamanti su toliko tvrdi da se mogu izgrebati samo drugim dijamantima.

24. Mreže zamke vrste pauka Caaerostris darwini


Fotografija: pixabay

Teško je povjerovati, ali mreža pauka Caerostris darwini (ili Darwinovog pauka) jača je od čelika i tvrđa od kevlara. Ova mreža je prepoznata kao najtvrđi biološki materijal na svijetu, iako sada ima potencijalnog konkurenta, ali podaci još nisu potvrđeni. Spider fiber testiran je na karakteristike kao što su prekidna sila, udarna čvrstoća, vlačna čvrstoća i Youngov modul (svojstvo materijala da se odupire rastezanju, kompresiji tijekom elastične deformacije), a u svim tim pokazateljima mreža se pokazala na nevjerojatan način. Osim toga, mreža Darwinovog pauka nevjerojatno je lagana. Na primjer, ako naš planet omotamo vlaknima Caaerostris darwini, težina tako dugačke niti bit će samo 500 grama. Tako dugačke mreže ne postoje, ali teorijski izračuni su jednostavno nevjerojatni!

23. Aerografit


Fotografija: BrokenSphere

Ova sintetička pjena jedan je od najlakših vlaknastih materijala na svijetu i mreža je karbonskih cijevi promjera samo nekoliko mikrona. Aerografit je 75 puta lakši od polistirena, ali u isto vrijeme mnogo čvršći i rastegljiviji. Može se komprimirati do 30 puta svoje izvorne veličine bez ikakvog oštećenja njegove iznimno elastične strukture. Zahvaljujući ovom svojstvu airgraphite pjena može izdržati opterećenja do 40.000 puta veća od vlastite težine.

22. Paladij metalno staklo


Fotografija: pixabay

Tim znanstvenika s Kalifornijskog instituta za tehnologiju i Berkeley Laba (California Institute of Technology, Berkeley Lab) razvio je nova vrsta metalno staklo, koji kombinira gotovo idealnu kombinaciju čvrstoće i duktilnosti. Razlog jedinstvenosti novog materijala leži u činjenici da svojom kemijskom strukturom uspješno maskira krtost postojećih staklenih materijala uz zadržavanje visokog praga izdržljivosti, što u konačnici značajno povećava čvrstoću na zamor ove sintetičke strukture.

21. Volframov karbid


Fotografija: pixabay

Volframov karbid je nevjerojatno tvrd materijal s velikom otpornošću na trošenje. U određenim uvjetima ovaj spoj se smatra vrlo krhkim, ali pod velikim opterećenjem pokazuje jedinstvena plastična svojstva, koja se manifestiraju u obliku kliznih traka. Zahvaljujući svim tim svojstvima, volfram karbid se koristi u proizvodnji vrhova za probijanje oklopa i razne opreme, uključujući sve vrste rezača, abrazivnih diskova, bušilica, rezača, svrdla i drugih alata za rezanje.

20. Silicijev karbid


Fotografija: Tiia Monto

Silicijev karbid je jedan od glavnih materijala koji se koristi za izradu borbenih tenkova. Ovaj spoj je poznat po niskoj cijeni, izvanrednoj vatrostalnosti i visokoj tvrdoći, te se stoga često koristi u proizvodnji opreme ili opreme koja mora odbijati metke, rezati ili brusiti druge tvrde materijale. Silicijev karbid čini izvrsne abrazive, poluvodiče, pa čak i umetke u nakitu koji oponašaju dijamante.

19. Kubični borov nitrid


Fotografija: wikimedia commons

Kubični borov nitrid je supertvrdog materijala, koji je po tvrdoći sličan dijamantu, ali također ima niz karakterističnih prednosti - stabilnost na visoke temperature i kemijsku otpornost. Kubični borov nitrid ne otapa se u željezu i niklu čak ni pod utjecajem visokih temperatura, dok dijamant pod istim uvjetima vrlo brzo ulazi u kemijske reakcije. Zapravo, to je korisno za njegovu upotrebu u industrijskim alatima za brušenje.

18. Polietilen ultra visoke molekularne težine (UHMWPE), marka vlakana Dyneema


Fotografija: Justsail

Polietilen visokog modula ima izuzetno visoku otpornost na trošenje, nizak koeficijent trenja i visoku otpornost na lom (pouzdanost na niskim temperaturama). Danas se smatra najjačom vlaknastom tvari na svijetu. Najčudesnija stvar kod ovog polietilena je to što je lakši od vode, a istovremeno može zaustaviti metke! Kabeli i užad od Dyneema vlakana ne tonu u vodi, ne trebaju podmazivanje i ne mijenjaju svojstva kada su mokri, što je vrlo važno za brodogradnju.

17. Legure titana


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

Legure titana su nevjerojatno rastegljive i pokazuju nevjerojatnu čvrstoću kada se istegnu. Osim toga, imaju visoku toplinsku otpornost i otpornost na koroziju, što ih čini iznimno korisnim u područjima kao što su zrakoplovi, raketna industrija, brodogradnja, kemijska, prehrambena i transportna industrija.

16. Legura tekućeg metala


Fotografija: pixabay

Razvijen 2003. godine na Kalifornijskom institutu za tehnologiju, ovaj je materijal poznat po svojoj snazi ​​i izdržljivosti. Naziv spoja asocira na nešto lomljivo i tekuće, ali na sobnoj temperaturi zapravo je neobično tvrd, otporan na habanje, ne boji se korozije i transformira se pri zagrijavanju, poput termoplasta. Glavna područja dosadašnje primjene su proizvodnja satova, palica za golf i maski za mobitele (Vertu, iPhone).

15. Nanoceluloza


Fotografija: pixabay

Nanoceluloza se dobiva iz drvenih vlakana i nova je vrsta drvnog materijala koji je čak jači od čelika! Osim toga, nanoceluloza je i jeftinija. Inovacija ima veliki potencijal i mogla bi u budućnosti ozbiljno konkurirati staklenim i karbonskim vlaknima. Programeri vjeruju da će ovaj materijal uskoro biti vrlo tražen u proizvodnji vojnih oklopa, superfleksibilnih zaslona, ​​filtera, fleksibilnih baterija, upijajućih aerogelova i biogoriva.

14. Zubi puževa tipa "morski tanjurić".


Fotografija: pixabay

Ranije smo vam već govorili o mreži Darwinova pauka koja je nekada bila prepoznata kao najizdržljiviji biološki materijal na planetu. Međutim, nedavna studija pokazala je da je limpet najtrajnija biološka tvar poznata znanosti. Da, ovi zubi su jači od mreže Caaerostris darwini. I to ne čudi, jer se sićušna morska stvorenja hrane algama koje rastu na površini oštrih stijena, a ove životinje moraju naporno raditi kako bi odvojile hranu od stijene. Znanstvenici vjeruju da ćemo u budućnosti moći upotrijebiti primjer vlaknaste strukture zuba pljeskavaca u inženjerskoj industriji i početi graditi automobile, brodove, pa čak i letjelice povećane čvrstoće, inspirirani primjerom jednostavnih puževa.

13. Martenzitni čelik


Fotografija: pixabay

Maraging čelik je legura visoke čvrstoće i visoke legure s izvrsnom duktilnošću i žilavošću. Materijal se široko koristi u raketnoj znanosti i koristi se za izradu svih vrsta alata.

12. Osmij


Fotografija: Periodictableru / www.periodictable.ru

Osmij je nevjerojatno gust element, a zbog svoje tvrdoće i visoke točke taljenja teško ga je strojno obraditi. Zato se osmij koristi tamo gdje se najviše cijeni trajnost i čvrstoća. Legure osmija nalaze se u električnim kontaktima, raketnoj tehnici, vojnim projektilima, kirurškim implantatima i mnogim drugim primjenama.

11. Kevlar


Fotografija: wikimedia commons

Kevlar je vlakno visoke čvrstoće koje se nalazi u automobilske gume, kočnice, sajle, protetski i ortopedski proizvodi, panciri, tkanine za zaštitnu odjeću, brodogradnja i dijelovi bespilotnih letjelica zrakoplov. Materijal je postao gotovo sinonim za čvrstoću i vrsta je plastike nevjerojatno visoke čvrstoće i elastičnosti. Vlačna čvrstoća kevlara je 8 puta veća od čvrstoće čelične žice, a počinje se topiti na temperaturi od 450 ℃.

10. Polietilen ultra visoke molekularne težine visoke gustoće, marka vlakana "Spectra" (Spectra)


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

UHMWPE je u biti vrlo izdržljiva plastika. Spectra, UHMWPE brand, je pak lagano vlakno najveće otpornosti na habanje, 10 puta superiornije od čelika u ovom pokazatelju. Kao i kevlar, spectrum se koristi u proizvodnji prsluka i zaštitnih kaciga. Zajedno s UHMWPE, dainimo spektar je popularan u industriji brodogradnje i transporta.

9. Grafen


Fotografija: pixabay

Grafen je alotropska modifikacija ugljika, a njegova kristalna rešetka, debljine samo jednog atoma, toliko je jaka da je 200 puta tvrđa od čelika. Grafen izgleda poput prozirne folije, no razbiti ga gotovo je nemoguć zadatak. Da biste probili grafensku ploču, u nju morate zabosti olovku na kojoj ćete morati izbalansirati teret težine cijelog školskog autobusa. Sretno!

8. Papir s ugljikovim nanocijevima


Fotografija: pixabay

Zahvaljujući nanotehnologiji znanstvenici su uspjeli napraviti papir koji je 50.000 puta tanji od ljudske vlasi. Listovi ugljikovih nanocijevi su 10 puta lakši od čelika, ali najnevjerojatnije je da su čak 500 puta jači! Makroskopske ploče nanocijevi najviše obećavaju za proizvodnju elektroda superkondenzatora.

7. Metalna mikromreža


Fotografija: pixabay

Evo najlakšeg metala na svijetu! Metalna mikromreža je sintetski porozni materijal koji je 100 puta lakši od pjene. Ali pusti ga izgled Nemojte se zavarati, ove mikro-mreže također su nevjerojatno jake, što ih čini velikim potencijalom za korištenje u svim vrstama inženjerskih aplikacija. Od njih se mogu napraviti izvrsni amortizeri i toplinski izolatori, a nevjerojatna sposobnost skupljanja ovog metala i vraćanja u prvobitno stanje omogućuje njegovo korištenje za skladištenje energije. Metalne mikromreže također se aktivno koriste u proizvodnji raznih dijelova za zrakoplove američke tvrtke Boeing.

6. Ugljikove nanocijevi


Fotografija: Korisnik Mstroeck / en.wikipedia

Gore smo već govorili o ultra jakim makroskopskim pločama od ugljikovih nanocijevi. Ali kakav je to materijal? Zapravo, to su grafenske ravnine smotane u cijev (9. točka). Rezultat je nevjerojatno lagan, elastičan i izdržljiv materijal za širok raspon primjena.

5. Airbrush


Fotografija: wikimedia commons

Također poznat kao grafenski aerogel, ovaj materijal je izuzetno lagan i jak u isto vrijeme. Nova vrsta gela u potpunosti je zamijenila tekuću fazu plinovitom, a odlikuje se senzacionalnom tvrdoćom, otpornošću na toplinu, niskom gustoćom i niskom toplinskom vodljivošću. Nevjerojatno, grafenski aerogel je 7 puta lakši od zraka! Jedinstvena smjesa može vratiti svoj izvorni oblik čak i nakon 90% kompresije i može apsorbirati do 900 puta veću težinu ulja korištenog za apsorpciju zračnog kista. Možda će u budućnosti ova klasa materijala pomoći u borbi protiv ekoloških katastrofa kao što je izlijevanje nafte.

4. Materijal bez imena, razvoj Massachusetts Institute of Technology (MIT)


Fotografija: pixabay

Dok ovo čitate, tim znanstvenika s MIT-a radi na poboljšanju svojstava grafena. Istraživači su rekli da su već uspjeli pretvoriti dvodimenzionalnu strukturu ovog materijala u trodimenzionalnu. Nova grafenska tvar još nije dobila svoje ime, ali se već zna da joj je gustoća 20 puta manja od čelika, a čvrstoća 10 puta veća od čelika.

3. Carbin


Fotografija: Smokefoot

Iako se radi samo o linearnim lancima ugljikovih atoma, karbin ima 2x vlačnu čvrstoću od grafena i 3x je tvrđi od dijamanta!

2. Bor nitrid wurtzit modifikacija


Fotografija: pixabay

Ova novootkrivena prirodna tvar nastaje tijekom vulkanskih erupcija i 18% je tvrđa od dijamanata. No, po nizu drugih parametara nadmašuje dijamante. Wurtzit bor nitrid jedna je od samo 2 prirodne tvari pronađene na Zemlji koja je tvrđa od dijamanta. Problem je što takvih nitrida u prirodi ima vrlo malo, pa ih nije lako proučavati niti primijeniti u praksi.

1. Lonsdaleite


Fotografija: pixabay

Također poznat kao heksagonalni dijamant, lonsdaleit se sastoji od atoma ugljika, ali u ovoj modifikaciji atomi su malo drugačije raspoređeni. Kao wurtzit bor nitrid, lonsdaleit je prirodna tvar koja je tvrđa od dijamanta. Štoviše, ovaj nevjerojatni mineral tvrđi je od dijamanta za čak 58%! Kao wurtzit bor nitrid, ovaj spoj je izuzetno rijedak. Ponekad se lonsdaleit formira tijekom sudara sa Zemljom meteorita, koji uključuju grafit.

Znate li koji se materijal na našem planetu smatra najjačim? Svi znamo iz škole da je dijamant najjači mineral, ali daleko od toga da je najjači. Tvrdoća nije glavno svojstvo koje karakterizira materiju. Neka svojstva mogu spriječiti ogrebotine, dok druga mogu pospješiti elastičnost. Želite znati više? Ovdje je ocjena materijala koje će biti vrlo teško uništiti.

Klasičan primjer snage, zabijen u udžbenike i glave. Njegova tvrdoća znači otpornost na ogrebotine. Na Mohsovoj ljestvici (kvalitativnoj ljestvici koja mjeri otpornost raznih minerala), dijamant ima ocjenu 10 (ljestvica ide od 1 do 10, gdje je 10 najtvrđa tvar). Dijamant je toliko tvrd da se za njegovo brušenje moraju koristiti drugi dijamanti.

Često se naziva najsloženijom biološkom tvari na svijetu (iako tu tvrdnju sada izumitelji osporavaju), Darwinova paukova mreža jača je od čelika i čvršća od kevlara. Njegova težina nije ništa manje nevjerojatna: nit dovoljno duga da okruži Zemlju teži samo 0,5 kg.

Ova sintetička pjena jedna je od najlakših Građevinski materijal u svijetu. Airbrush je oko 75 puta lakši od stiropora (ali mnogo jači!). Ovaj se materijal može komprimirati do 30 puta od svoje izvorne veličine bez ugrožavanja njegove strukture. Još jedna zanimljiva točka: airbrush može izdržati masu 40 000 puta veću od vlastite težine.

Ovu tvar razvili su znanstvenici u Kaliforniji. Mikrolegirano staklo ima gotovo savršenu kombinaciju krutosti i čvrstoće. Razlog tome je što njegova kemijska struktura smanjuje krtost stakla, ali zadržava krutost paladija.

Volframov karbid je nevjerojatno tvrd i ima kvalitativno visoku krutost, ali je prilično krt i može se lako savijati.

Ovaj materijal se koristi za izradu oklopa za borbene tenkove. Zapravo, koristi se u gotovo svemu što može zaštititi od metaka. Ima Mohsovu ocjenu tvrdoće 9 i također ima nisku razinu toplinskog širenja.

Otprilike jak poput dijamanta, kubični borov nitrid ima jednu važnu prednost: netopljiv je u niklu i željezu na visokim temperaturama. Iz tog razloga se može koristiti za obradu ovih elemenata (dijamantni oblici nitrida sa željezom i niklom na visokim temperaturama).

Smatra se najjačim vlaknom na svijetu. Možda će vas iznenaditi činjenica da je dyneema lakša od vode, ali može zaustaviti metke!

Legure titana iznimno su fleksibilne i imaju vrlo visoku vlačnu čvrstoću, ali nemaju istu krutost kao legure čelika.

Liquidmetal je razvio Caltech. Unatoč nazivu, ovaj metal nije tekući i na sobnoj temperaturi ima visoku razinu čvrstoće i otpornosti na habanje. Kada se zagrijavaju, amorfne legure mogu promijeniti oblik.

Ovaj najnoviji izum napravljen je od drvene pulpe, a ima veći stupanj čvrstoće od čelika! I puno jeftinije. Mnogi znanstvenici smatraju da je nanoceluloza jeftina alternativa paladijskom staklu i karbonskim vlaknima.

Ranije smo spomenuli da Darwinovi pauci tkaju neke od najjačih organskih materijala na Zemlji. Ipak, pokazalo se da su zubi morskog lipa čak jači od paučine. Zubi limpeta su izuzetno tvrdi. Razlog za ove nevjerojatne karakteristike je u namjeni: skupljanje algi s površine stijene i koralja. Znanstvenici vjeruju da bismo u budućnosti mogli kopirati vlaknastu strukturu zuba mljevenja i koristiti je u automobilskoj industriji, brodovima, pa čak i zrakoplovnoj industriji.

Ova tvar kombinira visoku razinu čvrstoće i krutosti bez gubitka elastičnosti. Čelične legure ovog tipa koriste se u tehnologijama zrakoplovne i industrijske proizvodnje.

Osmij je izuzetno gust. Koristi se u proizvodnji predmeta koji zahtijevaju visoku razinu čvrstoće i tvrdoće ( električni kontakti, ručke nasadnika itd.).

Koristi se u svemu, od bubnjeva do pancirnih prsluka, Kevlar je sinonim za otpornost. Kevlar je vrsta plastike koja ima izuzetno visoku vlačnu čvrstoću. Zapravo, to je oko 8 puta veće od čelične žice! Također može izdržati temperature od oko 450 ℃.

Polietilen visokih performansi je stvarno izdržljiva plastika. Ova lagana, čvrsta nit može izdržati nevjerojatnu napetost i deset je puta jača od čelika. Slično kevlaru, Spectra se također koristi za balističke prsluke, kacige i oklopna vozila.

List grafena (alotrop ugljika) debljine jednog atoma je 200 puta jači od čelika. Iako grafen izgleda kao celofan, zaista je nevjerojatan. Bio bi potreban školski autobus balansiran na olovci da probije standardni A1 list ovog materijala!

Ova nanotehnologija napravljena je od karbonskih cijevi koje su 50.000 puta tanje od ljudske kose. To objašnjava zašto je 10 puta lakši od čelika, ali 500 puta jači.

Najlakši metal na svijetu, metalna mikromreža također je jedan od najlakših konstrukcijskih materijala na Zemlji. Neki znanstvenici tvrde da je 100 puta lakši od stiropora! Porozni, ali iznimno čvrsti materijal, koristi se u mnogim područjima tehnologije. Boeing je spomenuo njegovu upotrebu u proizvodnji zrakoplova, uglavnom u podovima, sjedalima i zidovima.

Ugljikove nanocijevi (CNT) mogu se opisati kao "bešavna cilindrična šuplja vlakna" koja se sastoje od jedne smotane molekularne ploče čistog grafita. Rezultat je vrlo lagan materijal. Na nanoskali, ugljikove nanocijevi su 200 puta jače od čelika.

Također poznat kao grafenski aerogel. Zamislite snagu grafena u kombinaciji s nezamislivom lakoćom. Aerogel je 7 puta lakši od zraka! Ovaj nevjerojatni materijal može se u potpunosti oporaviti nakon kompresije od preko 90% i može apsorbirati ulje do 900 puta veće od vlastite težine. Nadamo se da bi se ovaj materijal mogao koristiti za čišćenje izlijevanja nafte.

Glavna zgrada Massachusetts Polytechnic

U vrijeme pisanja ovog teksta, znanstvenici s MIT-a vjeruju da su otkrili tajnu maksimiziranja 2D snage grafena u 3D. Njihova još neimenovana tvar može imati otprilike 5% gustoće čelika, ali 10 puta veću čvrstoću.

Unatoč tome što je jedan lanac atoma, karabin ima dvostruko veću vlačnu čvrstoću od grafena i tri puta veću tvrdoću od dijamanta.

Ova prirodna tvar se proizvodi u otvorima aktivnih vulkana i 18% je jača od dijamanta. To je jedna od dvije prirodne tvari za koje je sada utvrđeno da su tvrđe od dijamanata. Problem je u tome što ove supstance nema mnogo i sada je teško sa sigurnošću reći je li ova izjava 100% istinita.

Također poznata kao heksagonalni dijamant, ova tvar sastoji se od atoma ugljika, ali su samo drugačije raspoređeni. Uz wurtzit i borov nitrid, jedna je od dvije prirodne tvari tvrđe od dijamanta. Zapravo, Londsdaleite je 58% tvrđi! Međutim, kao iu slučaju prethodne tvari, ona je u relativno malim količinama. Ponekad se to događa kada se grafitni meteoriti sudare s planetom Zemljom.

Budućnost nije daleko, tako da do kraja 21. stoljeća možemo očekivati ​​pojavu ultra čvrstih i ultra laganih materijala koji će zamijeniti kevlar i dijamante. U međuvremenu se može samo iznenaditi razvoj modernih tehnologija.

U svom djelovanju osoba koristi različite kvalitete tvari i materijala. A nije nevažna ni njihova snaga i pouzdanost. O najtvrđim materijalima u prirodi i umjetno stvorenim bit će riječi u ovom članku.

Općeprihvaćeni standard

Za određivanje čvrstoće materijala koristi se Mohsova ljestvica - ljestvica za procjenu tvrdoće materijala reakcijom na grebanje. Za laike, najtvrđi materijal je dijamant. Iznenadit ćete se, ali ovaj mineral je tek negdje na 10. mjestu među najtvrđim. U prosjeku, materijal se smatra supertvrdim ako su njegove vrijednosti iznad 40 GPa. Osim toga, kada se identificira najtvrđi materijal na svijetu, treba uzeti u obzir i prirodu njegovog podrijetla. Istodobno, snaga i snaga često ovise o utjecaju vanjskih čimbenika na njega.

Najtvrđi materijal na zemlji

U ovaj odjeljak obratimo pozornost na kemijske spojeve s neobičnom kristalnom strukturom, koji su mnogo jači od dijamanata i mogu ga dobro ogrebati. Evo top 6 najtvrđih materijala koje je stvorio čovjek, počevši od najmanje tvrdih.

• Ugljikov nitrid - bor. Ovo je postignuće moderna kemija ima indeks čvrstoće od 76 GPa.
• Grafenski aerogel (aerografen) - materijal 7 puta lakši od zraka, vraća svoj oblik nakon 90% kompresije. Nevjerojatno izdržljiv materijal koji također može apsorbirati tekućinu ili čak ulje 900 puta veću od vlastite težine. Ovaj materijal planira se koristiti u slučaju izlijevanja nafte.
• Grafen je jedinstveni izum i najizdržljiviji materijal u svemiru. Nešto više o njemu u nastavku.
• Carbin je linearni polimer alotropnog ugljika, od kojeg se izrađuju supertanke (1 atom) i super jake cijevi. Dugo vremena nitko nije uspio izgraditi takvu cijev duljine veće od 100 atoma. Ali austrijski znanstvenici sa Sveučilišta u Beču uspjeli su prevladati ovu barijeru. Osim toga, ako se ranije karbin sintetizirao u malim količinama i bio je vrlo skup, danas ga je moguće sintetizirati u tonama. Ovo otvara nove horizonte za svemirsku tehnologiju i šire.
• Elbor (kingsongit, kubonit, borazon) je nanodizajnirani spoj koji se danas široko koristi u obradi metala. Tvrdoća - 108 GPa.

• Fullerit je najtvrđi materijal na zemlji. poznato čovjeku Danas. Njegovu čvrstoću od 310 GPa osigurava činjenica da se ne sastoji od pojedinačnih atoma, već od molekula. Ovi kristali lako će izgrebati dijamant kao nož kroz maslac.

Čudo ljudskih ruku

Grafen je još jedan izum čovječanstva koji se temelji na alotropskim modifikacijama ugljika. Izgledom - tanki film debljine jednog atoma, ali 200 puta jači od čelika, s iznimnom fleksibilnošću.

Upravo o grafenu kažu da slon da bi ga probušio mora stati na vrh olovke. U isto vrijeme, njegova električna vodljivost je 100 puta veća od silicija računalnih čipova. Vrlo brzo će napustiti laboratorije i ući u svakodnevni život u obliku solarnih panela, mobitela i modernih računalnih čipova.

Dva vrlo rijetka rezultata anomalija u prirodi

U prirodi postoje vrlo rijetki spojevi koji imaju nevjerojatnu snagu.

• Borov nitrid je tvar čiji kristali imaju specifičan wurtzitni oblik. Primjenom opterećenja dolazi do redistribucije veza između atoma u kristalnoj rešetki, povećavajući čvrstoću za 75%. Indeks tvrdoće je 114 GPa. Ova tvar nastaje tijekom vulkanskih erupcija, u prirodi je vrlo mala.
• Lonsdaleit (na glavnoj fotografiji) je alotropni spoj ugljika. Materijal je pronađen u meteoritskom krateru i smatra se da je nastao od grafita u uvjetima eksplozije. Indeks tvrdoće je 152 GPa. Rijetko se nalazi u prirodi.

Čuda divljeg svijeta

Među živim bićima na našem planetu postoje ona koja imaju nešto sasvim posebno.

• Mreža Caaerostris darwini. Nit koju emitira Darwinov pauk jača je od čelika i tvrđa od kevlara. Upravo su ovu mrežu usvojili NASA-ini znanstvenici u razvoju svemirskih zaštitnih odijela.
• Zubi mekušaca Morski tanjur - njihovu vlaknastu strukturu trenutno proučava bionika. Toliko su jaki da omogućuju mekušcu da otkine alge koje su urasle u kamen.

željezna breza

Još jedno čudo prirode je Schmidtova breza. Njegovo drvo je najtvrđe biološkog porijekla. Raste na Dalekom istoku u prirodnom rezervatu Kedrovaya Pad i uvršten je u Crvenu knjigu. Čvrstoća je usporediva s željezom i lijevanim željezom. Ali u isto vrijeme nije podložan koroziji i truljenju.

Širokoj upotrebi drva, koje ni meci ne mogu probiti, otežava njegova iznimna rijetkost.

Najtvrđi od metala

To je bijelo-plavi metal - krom. Ali njegova snaga ovisi o čistoći. U prirodi ga ima 0,02%, što uopće nije tako malo. Dobiva se iz silikatnih stijena. Puno kroma sadrži i meteorit koji pada na Zemlju.

Otporan je na koroziju, toplinu i vatrostalan. Krom je sastavni dio mnogih legura (kromov čelik, nikrom), koje se široko koriste u industriji iu antikorozivnim dekorativnim premazima.

Zajedno jači

Jedan metal je dobar, ali u nekim kombinacijama moguće je leguri dati nevjerojatna svojstva.

Ultra jaka legura titana i zlata jedini je čvrsti materijal za koji se pokazalo da je biokompatibilan sa živim tkivima. Legura beta-Ti3Au je toliko jaka da se ne može samljeti u mužaru. Već danas je jasno da je to budućnost raznih implantata, umjetnih zglobova i kostiju. Osim toga, može se primijeniti u bušenju, sportskoj opremi i mnogim drugim područjima našeg života.

Legura paladija, srebra i nekih metaloida također može imati slična svojstva. Na ovom projektu trenutno rade znanstvenici s Instituta Caltech.

Budućnost po 20 dolara po klupku

Koji je najteži materijal koji prosječan čovjek danas može kupiti? Za samo 20 dolara možete kupiti 6 metara Braeön trake. Od 2017. godine u prodaji je od proizvođača Dustin McWilliams. Kemijski sastav i način proizvodnje drže se u strogoj tajnosti, ali njegove kvalitete su nevjerojatne.

Traka može držati sve zajedno. Da biste to učinili, mora se omotati oko dijelova koji se pričvršćuju, zagrijati običnim upaljačem i dati plastični sastav. željeni oblik i sve. Nakon hlađenja spoj će izdržati opterećenje od 1 tone.

I tvrdi i meki

Godine 2017. pojavile su se informacije o stvaranju nevjerojatnog materijala - najtvrđeg i najmekšeg u isto vrijeme. Ovaj metamaterijal izumili su znanstvenici sa Sveučilišta u Michiganu. Uspjeli su naučiti kako kontrolirati strukturu materijala i natjerati ga da pokazuje različita svojstva.

Na primjer, kada ga koristite za stvaranje automobila, tijelo će biti kruto kada se kreće, a meko kada se sudara. Tijelo apsorbira kontaktnu energiju i štiti putnika.

Definicija čvrstoće odnosi se na sposobnost materijala da se odupru uništenju kao rezultat vanjskih sila i čimbenika koji dovode do unutarnjeg naprezanja. Materijali visoke čvrstoće imaju široku primjenu. U prirodi ne postoje samo tvrdi metali i izdržljive vrste drva, već i umjetno stvoreni materijali visoke čvrstoće. Mnogi ljudi vjeruju da je najtvrđi materijal na svijetu dijamant, no je li to stvarno istina?

Opće informacije:

Datum otvaranja - rane 60-e;

Pioniri - Sladkov, Kudrjavcev, Koršak, Kasatkin;

Gustoća - 1,9-2 g / cm3.

Nedavno su znanstvenici iz Austrije završili rad na uspostavljanju održive proizvodnje karbina, koji je alotropski oblik ugljika koji se temelji na sp hibridizaciji ugljikovih atoma. Njegovi pokazatelji čvrstoće su 40 puta veći od dijamanta. Podaci o tome objavljeni su u jednom od brojeva znanstvenog tiska časopis Prirodni materijali.

Nakon temeljitog proučavanja njegovih svojstava, znanstvenici su objasnili da se po čvrstoći ne može usporediti ni s jednim dosad otkrivenim i proučavanim materijalom. Međutim, tijekom proizvodnog procesa pojavile su se značajne poteškoće: struktura karbina se sastoji od atoma ugljika sklopljenih u duge lance, zbog čega se počinje raspadati tijekom proizvodnog procesa.

Kako bi uklonili identificiranu smetnju, fizičari s javnog sveučilišta u Beču stvorili su poseban zaštitni premaz u kojem je sintetiziran karabin. Kao zaštitni premaz korišteni su slojevi grafena naslagani jedan na drugi i smotani u "termosicu". Dok su se fizičari borili da postignu stabilne oblike, otkrili su da na električna svojstva materijala utječe duljina atomskog lanca.

Istraživači još nisu naučili kako izvući karabin iz zaštitnog premaza bez oštećenja, pa se proučavanje novog materijala nastavlja, znanstvenici se vode samo relativnom stabilnošću atomskih lanaca.

Karbin je slabo proučena alotropska modifikacija ugljika, čiji su pronalazači bili sovjetski kemičari: A. M. Sladkov, Yu. P. Kudryavtsev, V. V. Korshak i V. I. Kasatochkin. Podaci o rezultatu pokusa s Detaljan opis otkriće materijala 1967. godine pojavilo se na stranicama jednog od najvećih znanstvenih časopisa - "Izvješća Akademije znanosti SSSR-a". 15 godina kasnije u američkom znanstveni časopis Science je objavio članak u kojem dovodi u pitanje rezultate sovjetskih kemičara. Ispostavilo se da se signali pripisani malo proučenoj alotropskoj modifikaciji ugljika mogu povezati s prisutnošću silikatnih nečistoća. Tijekom godina slični signali pronađeni su u međuzvjezdanom prostoru.

Opće informacije:

Pioniri - Geim, Novoselov;

Toplinska vodljivost - 1 TPa.

Grafen je dvodimenzionalna alotropska modifikacija ugljika, u kojoj su atomi spojeni u heksagonalnu rešetku. Unatoč visokoj čvrstoći grafena, debljina njegovog sloja je 1 atom.

Pioniri materijala bili su ruski fizičari Andrej Geim i Konstantin Novoselov. U svojoj zemlji znanstvenici nisu osigurali financijsku potporu te su se odlučili preseliti u Nizozemsku i Ujedinjeno Kraljevstvo Velike Britanije i Sjeverne Irske. Znanstvenici su 2010. godine dobili Nobelovu nagradu.

Na listu grafena, čija je površina jedan četvorni metar, a debljina jedan atom, slobodno se drže predmeti teški do četiri kilograma. Osim što je vrlo izdržljiv materijal, grafen je također vrlo fleksibilan. Od materijala s takvim karakteristikama, u budućnosti će biti moguće tkati niti i druge strukture užadi koje u čvrstoći nisu niže od debelih čelično uže. Pod određenim uvjetima, materijal koji su otkrili ruski fizičari može se nositi s oštećenjem kristalne strukture.

Opće informacije:

Godina otvorenja - 1967.;

Boja - smeđe-žuta;

Izmjerena gustoća - 3,2 g/cm3;

Tvrdoća - 7-8 jedinica na Mohsovoj ljestvici.

Struktura lonsdaleita, pronađenog u lijevku meteorita, slična je dijamantu, oba materijala su alotropske modifikacije ugljika. Najvjerojatnije se kao rezultat eksplozije grafit, koji je jedna od komponenti meteorita, pretvorio u lonsdaleit. U vrijeme otkrića materijala, znanstvenici nisu primijetili visoke performanse tvrdoće, međutim, dokazano je da ako u njemu nema nečistoća, onda ni na koji način neće biti inferioran visokoj tvrdoći dijamanta.

Opće informacije o borovom nitridu:

Gustoća - 2,18 g / cm3;

Talište - 2973 stupnja Celzija;

Kristalna struktura - heksagonalna rešetka;

Toplinska vodljivost - 400 W / (m × K);

Tvrdoća - manje od 10 jedinica na Mohsovoj skali.

Glavne razlike wurtzit bor nitrida, koji je spoj bora s dušikom, su toplinska i kemijska otpornost i otpornost na vatru. Materijal može biti različitog kristalnog oblika. Na primjer, grafit je najmekši, ali stabilan, koristi se u kozmetologiji. Struktura sfalerita u kristalnoj rešetki slična je dijamantima, ali je inferiorna u pogledu mekoće, dok ima bolju kemijsku i toplinsku otpornost. Takva svojstva wurtzit bor nitrida omogućuju njegovu upotrebu u opremi za visokotemperaturne procese.

Opće informacije:

Tvrdoća - 1000 Gn / m2;

Čvrstoća - 4 Gn / m2;

Godina otkrića metalnog stakla je 1960.

Metalno staklo je materijal visokog indeksa tvrdoće, neuređene strukture na atomskoj razini. Glavna razlika između strukture metalnog stakla i običnog stakla je njegova visoka električna vodljivost. Takvi materijali se dobivaju kao rezultat reakcije čvrstog stanja, brzog hlađenja ili ionskog zračenja. Znanstvenici su naučili izmisliti amorfne metale, čija je čvrstoća 3 puta veća od čvrstoće čeličnih legura.

Opće informacije:

Granica elastičnosti - 1500 MPa;

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

Opće informacije:

Udarna čvrstoća KST - 0,25-0,3 MJ / m2;

Granica elastičnosti - 1500 MPa;

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

Maraging čelici su legure željeza visoke udarne čvrstoće bez gubitka duktilnosti. Unatoč ovim karakteristikama, materijal ne drži oštricu. Legure dobivene toplinskom obradom su tvari s niskim udjelom ugljika koje čvrstoću preuzimaju od intermetalnih spojeva. Sastav legure uključuje nikal, kobalt i druge elemente koji tvore karbid. Ova vrsta čelika visoke čvrstoće, visoko legiranog čelika lako se obrađuje, to je zbog niskog sadržaja ugljika u svom sastavu. Materijal s takvim karakteristikama pronašao je primjenu u zrakoplovstvu, koristi se kao premaz za raketna tijela.

Osmij

Opće informacije:

Godina otvaranja - 1803.;

Struktura rešetke je šesterokutna;

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

Talište - 3306 K.

Sjajni plavkasto-bijeli metal visoke čvrstoće pripada platinoidima. Osmij, visoke atomske gustoće, izuzetne vatrostalnosti, krtosti, visoke čvrstoće, tvrdoće i otpornosti na mehanička naprezanja i agresivne utjecaje okoliš, široko se koristi u kirurgiji, mjernoj tehnologiji, kemijska industrija, elektronska mikroskopija, raketna tehnologija i elektronička oprema.

Opće informacije:

Gustoća - 1,3-2,1 t / m3;

Čvrstoća karbonskih vlakana je 0,5-1 GPa;

Modul elastičnosti karbonskih vlakana visoke čvrstoće je 215 GPa.

Ugljik-ugljik kompoziti - materijali koji se sastoje od ugljične matrice, a ona je zauzvrat ojačana karbonska vlakna. Glavne karakteristike kompozita su visoka čvrstoća, fleksibilnost i otpornost na udar. Struktura kompozitnih materijala može biti jednosmjerna ili trodimenzionalna. Zbog ovih svojstava, kompoziti se široko koriste u raznim područjima, uključujući i zrakoplovnu industriju.

Opće informacije:

Službena godina otkrića pauka je 2010.;

>Udarna čvrstoća mreže je 350 MJ/m3.

Po prvi put, pauk koji plete ogromne mreže otkriven je u blizini Afrike, na otočnoj državi Madagaskar. Službeno je ova vrsta pauka otkrivena 2010. godine. Znanstvenici su prije svega bili zainteresirani za mreže koje su tkali člankonošci. Promjer krugova na nosivoj niti može doseći i do dva metra. Darwinova mreža je izdržljivija od sintetičkog kevlara koji se koristi u zrakoplovnoj i automobilskoj industriji.

Opće informacije:

Toplinska vodljivost - 900-2300 W / (m × K);

Temperatura taljenja pri tlaku od 11 GPa - 3700-4000 stupnjeva Celzijusa;

Gustoća - 3,47-3,55 g / cm3;

Indeks loma je 2,417-2,419.

Dijamant na starogrčkom znači "neuništiv", no znanstvenici su otkrili još 9 elemenata koji ga nadmašuju po snazi. Unatoč beskrajnom postojanju dijamanta u običnom okruženju, na visokoj temperaturi i inertnom plinu, može se pretvoriti u grafit. Dijamant je referentni element (na Mohsovoj ljestvici), koji ima jednu od najvećih vrijednosti tvrdoće. Kao i mnogo dragog kamenja, karakterizira ga luminiscencija, koja mu omogućuje da sjaji kada je izložen sunčevoj svjetlosti.