Kõige kõvem materjal maailmas

kristall kõvem kui teemant

Inimeste leiutatud maailma kõige kõvema materjali üle mõtiskledes mõtlevad enamik inimesi kohe teemantidele. Ja see on kahtlemata üks jäigemaid materjale planeedil. Siiski on materjale, mis oma vastupidavuse ja tugevuse poolest ületavad isegi teemante.

Selles artiklis räägime teile, milline on kõige kõvem materjal maailmas ja mis muudab aine kõvaks.

Mis on kõvadus

kõige kõvem materjal maailmas

Kui me räägime puhtusest, siis aine kõvaduse määrab selle aatom- ja molekulaarne koostis. Seda kompositsiooni saab luua lõpmatu arvu võimalike kombinatsioonide kaudu ja iga materjali spetsiifiline elementide kombinatsioon määrab lõpuks kindlaks selle ainulaadsed keemilised ja füüsikalised omadused.

Süsinik on oma aatomistruktuuri tõttu erakordselt ainulaadne materjal. Vaatamata sellele, et selle tuumas on ainult kuus prootonit, on süsinik tänu sidemete geomeetria mitmekülgsusele võimeline moodustama arvukalt keerulisi sidemeid. Tähelepanuväärne on ka süsiniku võime iseendaga ühineda, eriti kõrgel rõhul, kus on võimalik tekitada stabiilne kristallvõre. Nendes ideaalsetes tingimustes võivad süsinikuaatomid luua märkimisväärselt vastupidava struktuuri, mida nimetatakse teemandiks.

Alates nanotehnoloogia tulekust on nüüdseks tunnistatud, et teemantide tugevust ületavatel ainetel on vähemalt kuus klassifikatsiooni. Lisaks on väga tõenäoline, et see summa tulevikus suureneb.

Kõige kõvem materjal maailmas

kõige kõvem materjal maailmas

Wurtzite

Wurtsiit on kuulus oma erakordse vastupidavuse poolest, mida sageli võrreldakse vulkaani kõvastunud magma tugevusega. Kasutades muid aatomeid peale süsiniku, on võimalik luua kristalle, mille üheks komponendiks on boornitriid (BN). See loob arvukalt võimalusi, kuna perioodilisuse tabeli viies ja seitsmes element oma jõud ühendavad. Saadud kombinatsioon võib esineda erinevates vormides, sealhulgas amorfne (mittekristalliline), kuusnurkne (grafiiditaoline), kuubikujuline (mõnevõrra pehmem kui teemant) ja wurtsiit.

Kõigist võimalikest variatsioonidest on lõplik vorm kõige kummalisem ja tohutult raske toota. Wurtsiit tekib ainult vulkaanipursete ajal ja seda on leitud piiratud koguses, mistõttu pole selle täpseid kõvadusomadusi suuremas mastaabis testitud. Wurtsiit moodustab aga teist tüüpi kristallvõre, mis on pigem tetraeedriline kui näokeskne kuup. Viimased simulatsioonid näitavad, et see ületab kõvaduse poolest teemanti 18%.

Lonsdaleite

Lonsdaleiit on mineraal, mille kõvadus pakub huvi, eriti meteoriidiuuringute valdkonnas. Kui kujutaksime ette stsenaariumi, kus süsinikku, täpsemalt grafiiti, sisaldav meteoriit siseneb Maa atmosfääri ja puutub kokku meie planeediga, oleks loogiline eeldada, et see keha oleks kokkupõrkel äärmiselt kuum. Tõde on aga see, et ainult meteoriidi välimised kihid alluksid kuumutamisele, samas kui sisemus jääb suurema osa teekonnast Maale külmaks.

Kokkupõrkel mõjuvad sisejõud on võrreldamatud ühegi teise loodusnähtusega Maa pinnal. See tohutu rõhk põhjustab grafiidi muundumise, mille tulemuseks on väga kristalne struktuur. Erinevalt teemandist ei ole see struktuur kuubikukujuline, vaid kuusnurkne, mis annab teemandi kõvaduse 58%.

Düneema

Dyneema on kiud, mis on teadaolevalt tugevam kui teras. Looduslikest ainetest eemaldudes liigume edasi sünteetiliste materjalide juurde. Dyneemast rääkides on oluline märkida, et see on termoplastne polüetüleenpolümeer, millel on erakordne omadus: selle molekulmass on väga kõrge. Enamik molekule koosneb aatomiahelatest, millel on kokku paar tuhat aatommassiühikut (prootonid ja/või neutronid).

UHMWPE (ülikõrge molekulmassiga polüetüleen) sisaldab aga ahelaid, mille molekulmass on miljoneid aatommassi ühikuid. Sellised pikad ahelad suurendavad molekulidevahelisi interaktsioone, luues lõpuks Dyneema, uskumatult vastupidava materjali. Tegelikult on sellel tunnustatud termoplastidest kõrgeim löögikindlus. See materjal on nii tugev, et ületab kõik muud turul olevad sidumis- ja pukseerimisköied. Sellel on isegi võimalus kuulid peatada, hoolimata sellest, et see on veest kergem. Tegelikult on Dyneema viisteist korda tugevam kui võrdne kogus terast.

Amorfne metallisulam või metalliklaas

väga kõva materjal

Kõikide füüsikaliste ainete kaks olulist omadust on tugevus või jõu hulk, mida see talub, ja sitkus ehk selle võime murdumisele vastu seista. Näitena kasutame keraamikat: see on tugev, kuid mitte väga kõva; Need võivad puruneda isegi väikese löögi korral. Rühm teadlasi ja teadlasi avastas aga 2011. aastal uut tüüpi mikrosulamist klaasi, mis koosneb viiest elemendist: fosforist, ränist, germaaniumist, hõbedast ja pallaadiumist. See uuenduslik materjal on vastupidavam kui teras.

Buckypaber

Alates 2. sajandi lõpust on kindlaks tehtud, et on olemas süsiniku tüüp, mis on teemantidest vastupidavam: süsiniknanotorud. Süsinikuaatomite paigutamisel kuusnurkse kujuga saadakse tahke silindriline struktuur, mis on stabiilsem kui ükski teine ​​inimese avastatud struktuur. Iga nanotoru läbimõõt on 4–10 nanomeetrit, kuid igaüks neist on muljetavaldavalt tugev ja vastupidav. Süsiniknanotorud kaaluvad vaid XNUMX% terasest, kuid nende tugevus on sadu kordi suurem. Need on ka tulekindlad, suurepärase soojusjuhtivusega ja märkimisväärse elektromagnetilise varjestusvõimega. Sellel materjalil on mitmesuguseid rakendusi sellistes valdkondades nagu materjalifüüsika, elektroonika, sõjatehnoloogia ja bioloogia.

Nagu näete, on materjale, mis on teemandi kui maailma kõige kõvema materjali troonilt kukutanud. Loodan, et selle teabe abil saate rohkem teada maailma kõige kõvema materjali ja selle omaduste kohta.


Ole esimene kommentaar

Jäta oma kommentaar

Sinu e-postiaadressi ei avaldata. Kohustuslikud väljad on tähistatud *

*

*

  1. Andmete eest vastutab: Miguel Ángel Gatón
  2. Andmete eesmärk: Rämpsposti kontrollimine, kommentaaride haldamine.
  3. Seadustamine: teie nõusolek
  4. Andmete edastamine: andmeid ei edastata kolmandatele isikutele, välja arvatud juriidilise kohustuse alusel.
  5. Andmete salvestamine: andmebaas, mida haldab Occentus Networks (EL)
  6. Õigused: igal ajal saate oma teavet piirata, taastada ja kustutada.