I sine aktiviteter bruger en person forskellige kvaliteter af stoffer og materialer. Og ikke uvæsentligt er deres styrke og pålidelighed. De hårdeste materialer i naturen og dem, der er fremstillet kunstigt, vil blive diskuteret i denne artikel.
Common Standard
Til at bestemme materialets styrke bruges Mohs-skalaen - en skala til vurdering af et materiales hårdhed ved dets reaktion på ridser. For lægmanden er det hårdeste materiale diamant. Du vil blive overrasket, men dette mineral er kun et sted på 10. pladsen blandt de hårdeste. I gennemsnit betragtes et materiale som superhårdt, hvis dets værdier er over 40 GPa. Derudover, når man identificerer det hårdeste materiale i verden, bør arten af dets oprindelse også tages i betragtning. Samtidig afhænger styrke og holdbarhed ofte af eksterne faktorers indvirkning på den.
Det hårdeste materiale på jorden
I dette afsnit vil vi være opmærksomme på kemiske forbindelser med en usædvanlig krystalstruktur, som er meget stærkere end diamanter og godt kan ridse den. Lad os bringetop 6 hårdeste menneskeskabte materialer, startende med de mindst hårde.
- Carbonnitrid - bor. Denne præstation af moderne kemi har et styrkeindeks på 76 GPa.
- Graphene aerogel (aerographene) er et materiale, der er 7 gange lettere end luft, som genopretter sin form efter 90 % kompression. Et utroligt holdbart materiale, der også kan absorbere 900 gange sin egen vægt i væske eller endda olie. Dette materiale er planlagt til at blive brugt i olieudslip.
- Graphene er en unik opfindelse og det mest holdbare materiale i universet. Lidt mere om ham nedenfor.
- Carbin er en lineær polymer af allotropisk kulstof, hvoraf supertynde (1 atom) og superstærke rør er lavet. I lang tid var ingen i stand til at bygge et sådant rør med en længde på mere end 100 atomer. Men østrigske videnskabsmænd fra universitetet i Wien formåede at overvinde denne barriere. Desuden, hvis tidligere karabiner blev syntetiseret i små mængder og var meget dyrt, er det i dag muligt at syntetisere det i tons. Dette åbner nye horisonter for rumteknologi og videre.
- Elbor (kingsongite, cubonite, borazon) er en nanodesignet forbindelse, der er meget udbredt i dag i metalforarbejdning. Hårdhed - 108 GPa.
Fullerite er det hårdeste materiale på Jorden, som mennesket kender i dag. Dens styrke på 310 GPa er sikret ved, at den ikke består af individuelle atomer, men af molekyler. Disse krystaller vil nemt ridse en diamant som en smørkniv
Menskehænders mirakel
Graphene er en anden opfindelse af menneskeheden baseret på allotropiske modifikationer af kulstof. Det ligner en tynd film, der er et atom tyk, men 200 gange stærkere end stål, med enestående fleksibilitet.
Det handler om grafen, at de siger, at for at gennembore det, skal en elefant stå på spidsen af en blyant. Samtidig er dens elektriske ledningsevne 100 gange højere end silicium i computerchips. Meget snart forlader den laboratorier og kommer ind i hverdagen i form af solpaneler, mobiltelefoner og moderne computerchips.
To meget sjældne resultater af uregelmæssigheder i naturen
I naturen er der meget sjældne forbindelser, der har en utrolig styrke.
- Bornitrid er et stof, hvis krystaller har en specifik wurtzitform. Ved påføring af belastninger omfordeles forbindelserne mellem atomerne i krystalgitteret, hvilket øger styrken med 75%. Hårdhedsindekset er 114 GPa. Dette stof dannes under vulkanudbrud, det er meget lille i naturen.
- Lonsdaleite (på hovedbilledet) er en allotrop carbonforbindelse. Materialet blev fundet i et meteoritkrater og menes at være dannet af grafit under eksplosionsforholdene. Hårdhedsindekset er 152 GPa. Sjældent fundet i naturen.
Wonders of wildlife
Blandt de levende væsener på vores planet er der dem, der har noget helt særligt.
- Web of Caaerostris darwini. Tråden, som Darwins edderkop udsender, er stærkere end stål oghårdere end kevlar. Det var dette net, som NASA-forskere tog i brug i udviklingen af beskyttelsesdragter til rummet.
- Muslingtænder Sea limpet - deres fibrøse struktur bliver nu undersøgt af bionik. De er så stærke, at de tillader bløddyret at rive algerne af, der er vokset ind i stenen.
Jernbirk
Et andet naturens mirakel er Schmidts birk. Dens træ er det hårdeste naturlige materiale af biologisk oprindelse. Den vokser i Fjernøsten i Kedrovaya Pad Nature Reserve og er opført i den røde bog. Styrken kan sammenlignes med jern og støbejern. Men det er ikke udsat for korrosion og forfald.
Den allestedsnærværende brug af Schmidt-birketræ, som selv kugler ikke kan trænge igennem, hindres af dens usædvanlige sjældenhed.
Det hårdeste af metaller
Dette er et blå-hvidt metal - krom. Men dens styrke afhænger af dens renhed. I naturen indeholder den 0,02 %, hvilket slet ikke er så lille. Det udvindes fra silikatsten. Meteoritter, der falder til Jorden, indeholder også en masse krom.
Den er korrosionsbestandig, varmebestandig og ildfast. Chrom findes i mange legeringer (kromstål, nichrom), der er meget udbredt i industrien og i anti-korrosions dekorative belægninger.
Stærkere sammen
Et metal er godt, men nogle kombinationer kan give legeringen fantastiske egenskaber.
En superstærk legering af titanium og guld er det eneste stærke materiale, der har vist sig at være biokompatibelt med levende væv. Beta-Ti3Au legeringen er så stærk, at denumuligt at slibe i en mørtel. Det er allerede i dag klart, at dette er fremtiden for diverse implantater, kunstige led og knogler. Derudover kan den bruges til boring, sportsudstyr og mange andre områder af vores liv.
En legering af palladium, sølv og nogle metalloider kan også have lignende egenskaber. Forskere fra C altech Institute arbejder på dette projekt i dag.
Fremtiden til $20 pr. nøgle
Hvad er det hårdeste materiale nogen på gaden kan købe i dag? For kun $20 kan du købe 6 meter Braeön-tape. Siden 2017 har den været til salg fra producenten Dustin McWilliams. Den kemiske sammensætning og produktionsmetode holdes strengt fortroligt, men dens kvaliteter er fantastiske.
Alt kan fastgøres med tape. For at gøre dette skal det vikles rundt om de dele, der skal fastgøres, opvarmes med en almindelig lighter, plastsammensætningen skal have den ønskede form, og det er det. Efter afkøling vil samlingen modstå en belastning på 1 ton.
Både hårdt og blødt
I 2017 dukkede oplysninger op om skabelsen af et fantastisk materiale - det hårdeste og det blødeste på samme tid. Dette metamateriale blev opfundet af forskere fra University of Michigan. De formåede at lære at kontrollere materialets struktur og få det til at udvise forskellige egenskaber.
Når den f.eks. bruges til at skabe biler, vil kroppen være stiv, når den bevæger sig, og blød, når den kolliderer. Kroppen absorberer kontaktenergi og beskytter passageren.
