Kad razmišljaju o najtvrđem materijalu na svijetu koji je izumio čovjek, većina ljudi odmah pomisli na dijamante. I nedvojbeno je jedan od najtvrđih materijala na planetu. Međutim, postoje materijali koji po trajnosti i čvrstoći nadmašuju čak i dijamante.
U ovom članku ćemo vam reći koji je najtvrđi materijal na svijetu i što neku tvar čini tvrdom.
Što je tvrdoća
Kada govorimo o čistoći, tvrdoću tvari određuje njezin atomski i molekularni sastav. Ovaj se sastav može stvoriti beskonačnim brojem mogućih kombinacija, a specifična kombinacija elemenata svakog materijala je ono što u konačnici određuje njegova jedinstvena kemijska i fizikalna svojstva.
Ugljik je zbog svoje atomske strukture iznimno jedinstven materijal. Unatoč tome što ima samo šest protona unutar svoje jezgre, ugljik je sposoban formirati brojne složene veze zahvaljujući svestranosti svojih geometrija veza. Također je vrijedna pomena sposobnost ugljika da se kombinira sam sa sobom, posebno pri visokim tlakovima, gdje se može stvoriti stabilna kristalna rešetka. Pod tim idealnim uvjetima, atomi ugljika mogu stvoriti izuzetno izdržljivu strukturu poznatu kao dijamant.
Od pojave nanotehnologije, sada je poznato da postoji najmanje šest klasifikacija tvari koje premašuju čvrstoću dijamanata. Nadalje, vrlo je vjerojatno da će se taj iznos u budućnosti povećati.
Najtvrđi materijal na svijetu
Wurtzite
Wurtzite je poznat po svojoj iznimnoj izdržljivosti, često uspoređivanoj sa snagom stvrdnute magme vulkana. Koristeći atome koji nisu ugljik, moguće je generirati kristal s borovim nitridom (BN) kao jednom od komponenti. To stvara brojne mogućnosti jer peti i sedmi element periodnog sustava udružuju snage. Rezultirajuća kombinacija može postojati u različitim oblicima, uključujući amorfni (nekristalni), heksagonalni (poput grafita), kubični (nešto mekši od dijamanta) i wurtzit.
Od svih mogućih varijanti, konačna forma je najčudnija i strahovito naporna za proizvesti. Wurtzit nastaje samo tijekom vulkanskih erupcija i pronađen je u ograničenim količinama, tako da njegova točna svojstva tvrdoće nisu testirana u većem mjerilu. Međutim, wurtzit čini drugačiji tip kristalne rešetke, koja je tetraedarska, a ne kubična s plošom u središtu. Najnovije simulacije pokazuju da premašuje dijamant za 18% u pogledu tvrdoće.
Lonsdaleite
Lonsdaleite je mineral čija je tvrdoća tema od interesa, posebice u području istraživanja meteorita. Ako bismo zamislili scenarij u kojem bi meteorit koji sadrži ugljik, točnije grafit, ušao u Zemljinu atmosferu i došao u kontakt s našim planetom, bilo bi logično pretpostaviti da bi to tijelo bilo iznimno vruće pri udaru. Međutim, istina je da bi samo vanjski slojevi meteorita bili podložni zagrijavanju, dok unutrašnjost ostaje hladna veći dio njegovog putovanja do Zemlje.
Pri udaru, unutarnje sile koje se javljaju neusporedive su s bilo kojim drugim prirodnim fenomenom na Zemljinoj površini. Ovaj golemi pritisak uzrokuje transformaciju grafita, što rezultira visoko kristalnom strukturom. Za razliku od dijamanta, ova struktura nije kubična već heksagonalna, što daje tvrdoću koja premašuje dijamant za 58%.
Dyneema
Dyneema je vlakno za koje se zna da je jače od čelika. Udaljavajući se od prirodnih tvari, prijeći ćemo na sintetičke materijale. Kada govorimo o Dyneemi, važno je napomenuti da se radi o termoplastičnom polietilenskom polimeru izvanredne karakteristike: njegova molekularna težina je vrlo visoka. Većina molekula sastoji se od lanaca atoma koji imaju ukupno nekoliko tisuća jedinica atomske mase (protona i/ili neutrona).
Međutim, UHMWPE (polietilen ultravisoke molekularne težine) sadrži lance s molekularnom masom od milijuna jedinica atomske mase. Takvi dugi lanci rezultiraju poboljšanim intermolekularnim interakcijama, što u konačnici stvara Dyneemu, nevjerojatno robustan materijal. Zapravo, ima najveću otpornost na udarce od svih priznatih termoplasta. Ovaj materijal je toliko jak da nadmašuje sve druge užadi za vezivanje i vuču na tržištu. Čak ima sposobnost zaustavljanja metka iako je lakši od vode. Zapravo, Dyneema je petnaest puta jača od iste količine čelika.
Amorfna metalna legura ili metalno staklo
Dva ključna svojstva svih fizičkih tvari su čvrstoća, ili količina sile koju može izdržati, i žilavost, odnosno sposobnost da se odupre lomu. Kao primjer koristimo keramiku: jaka je, ali nije jako tvrda; Mogu se slomiti čak i uz manji udar. Međutim, skupina znanstvenika i istraživača otkrila je 2011. novu vrstu stakla od mikrolegure, sastavljenu od pet elemenata: fosfora, silicija, germanija, srebra i paladija. Ovaj inovativni materijal je izdržljiviji od čelika.
buckypaper
Od kraja 2. stoljeća utvrđeno je da postoji vrsta ugljika koja je otpornija od dijamanata: ugljikove nanocijevi. Rasporedom ugljikovih atoma u šesterokutni oblik dobiva se čvrsta cilindrična struktura koja je stabilnija od bilo koje druge strukture koju je čovjek otkrio. Svaka nanocijev je promjera između 4 i 10 nanometra, ali svaka je impresivno jaka i izdržljiva. Ugljikove nanocijevi teže samo XNUMX% čelika, ali njihova je čvrstoća stotinama puta veća. Također su otporni na vatru, imaju izvrsnu toplinsku vodljivost i imaju značajnu elektromagnetsku zaštitu. Ovaj materijal ima različite primjene u područjima kao što su fizika materijala, elektronika, vojna tehnologija i biologija.
Kao što vidite, postoje materijali koji su skinuli dijamant s trona najtvrđeg materijala na svijetu. Nadam se da ćete uz ove informacije saznati više o najtvrđem materijalu na svijetu i njegovim karakteristikama.