人類が発明した世界で最も硬い物質について考えたとき、ほとんどの人はすぐにダイヤモンドを思い浮かべます。 そして間違いなく、地球上で最も硬い材料の XNUMX つです。 しかし、耐久性や強度においてはダイヤモンドをも上回る素材が存在します。
この記事では、世界で最も硬い物質は何か、また物質を硬くするものは何かについて説明します。
硬度とは何ですか
純度の観点から話すとき、物質の硬度はその原子および分子の組成によって決まります。 この組成は、無限の組み合わせによって作成でき、各材料の特定の元素の組み合わせが、その固有の化学的および物理的特性を最終的に決定します。
炭素はその原子構造により、非常にユニークな素材です。 炭素は、原子核内に陽子が XNUMX つしかないにもかかわらず、その結合形状の多様性のおかげで、多数の複雑な結合を形成することができます。 また、特に高圧下では炭素がそれ自体と結合する能力があり、安定した結晶格子が生成されることも注目に値します。 このような理想的な条件下では、炭素原子はダイヤモンドとして知られる非常に耐久性のある構造を作り出すことができます。
ナノテクノロジーの出現以来、ダイヤモンドの強度を超える物質には少なくとも XNUMX つの分類があることが認識されています。 さらに、この金額は将来的に増加する可能性が非常に高いです。
世界で最も硬い素材
ウルツ鉱
ウルツ鉱はその並外れた耐久性で有名で、しばしば火山の固まったマグマの強さと比較されます。 炭素以外の原子を用いれば、窒化ホウ素（BN）を成分の一つとする結晶を生成することが可能です。 周期表の XNUMX 番目と XNUMX 番目の元素が結合することで、多くの可能性が生まれます。 結果として生じる組み合わせは、アモルファス (非結晶性)、六方晶系 (グラファイト状)、立方晶系 (ダイヤモンドよりやや柔らかい)、ウルツ鉱など、さまざまな形で存在します。
考えられるすべてのバリエーションの中で、最終的な形は最も奇妙で、作成するのが非常に困難です。 ウルツ鉱は火山噴火中にのみ発生し、発見される量も限られているため、その正確な硬度特性は大規模にテストされていません。 ただし、ウルツ鉱は異なるタイプの結晶格子を構成し、面心立方体ではなく四面体です。 最新のシミュレーションでは、硬度の点でダイヤモンドを18%上回ることが示されています。
ロンズデライト
ロンズデライトは、特に隕石研究の分野で硬度が注目されている鉱物です。 炭素、特にグラファイトを含む隕石が地球の大気圏に突入し、地球に接触するというシナリオを想像した場合、この隕石は衝突時に非常に高温になると想定するのが論理的です。 しかし、真実は、隕石の外層だけが加熱の対象となり、内部は地球への旅のほとんどの間、冷たいままであるということです。
衝突時に作用する内部力は、地球の表面における他の自然現象では比類のないものです。 この計り知れない圧力によりグラファイトが変態し、その結果、高度な結晶構造が得られます。 ダイヤモンドとは異なり、この構造は立方体ではなく六角形であるため、ダイヤモンドを58％上回る硬度が得られます。
ダイニーマ
ダイニーマは鋼鉄よりも強いことで知られる繊維です。 天然素材から、合成素材へ。 ダイニーマについて語るとき、分子量が非常に高いという並外れた特性を持つ熱可塑性ポリエチレンポリマーであることに留意することが重要です。 ほとんどの分子は、合計数千の原子質量単位 (陽子および/または中性子) を持つ原子の鎖で構成されています。
しかし、UHMWPE (超高分子量ポリエチレン) には数百万原子質量単位の分子量を持つ鎖が含まれています。 このような長い鎖により分子間相互作用が強化され、最終的には信じられないほど堅牢な材料であるダイニーマが生み出されます。 実際、これは認識されているすべての熱可塑性プラスチックの中で最も高い耐衝撃性を持っています。 この素材は非常に強力であるため、市場にある他のすべての結束ロープや牽引ロープよりも優れています。 水より軽いにも関わらず銃弾を止める能力も持つ。 実際、ダイニーマは同量の鋼鉄よりも XNUMX 倍の強度があります。
アモルファス金属合金または金属ガラス
すべての物理物質の 2011 つの重要な特性は、強度、つまり耐えることができる力の量と、靭性、つまり破壊に抵抗する能力です。 例としてセラミックを使用します。セラミックは強いですが、それほど硬くはありません。 ちょっとした衝撃でも壊れる可能性があります。 しかし、科学者と研究者のグループは XNUMX 年に、リン、シリコン、ゲルマニウム、銀、パラジウムの XNUMX つの元素で構成される新しいタイプの微小合金ガラスを発見しました。 この革新的な素材はスチールよりも耐久性があります。
バッキーペーパー
2 世紀の終わり以来、ダイヤモンドよりも耐久性のある炭素の一種、カーボン ナノチューブが存在することが確立されました。 炭素原子を六角形に配置することにより、人類が発見した他のどの構造よりも安定した固体の円筒構造が得られます。 各ナノチューブの直径は 4 ～ 10 ナノメートルですが、それぞれが驚くほど強く耐久性があります。 カーボンナノチューブの重さは鋼鉄のわずか XNUMX% ですが、強度は数百倍です。 また、耐火性、優れた熱伝導性、優れた電磁シールド機能も備えています。 この材料は、材料物理学、エレクトロニクス、軍事技術、生物学などの分野でさまざまな用途に使用されます。
ご覧のとおり、世界で最も硬い素材であるダイヤモンドの座を奪った素材があります。 この情報により、世界で最も硬い素材とその特徴についてもっと知っていただければ幸いです。