인간이 발명한 세상에서 가장 단단한 물질을 생각할 때 대부분의 사람들은 즉시 다이아몬드를 떠올립니다. 그리고 그것은 의심할 여지 없이 지구상에서 가장 단단한 물질 중 하나입니다. 하지만 내구성과 강도 면에서 다이아몬드조차 능가하는 소재가 있습니다.
이 글에서는 세상에서 가장 단단한 물질이 무엇인지, 무엇이 물질을 단단하게 만드는지 알려드리겠습니다.
경도란 무엇인가
순도라는 측면에서 물질의 경도는 원자 및 분자 구성에 따라 결정됩니다. 이 구성은 무한한 수의 조합을 통해 생성될 수 있으며, 각 재료의 특정 요소 조합은 궁극적으로 고유한 화학적, 물리적 속성을 결정합니다.
원자 구조로 인해 탄소는 매우 독특한 물질입니다. 탄소는 핵 내에 단 XNUMX개의 양성자를 갖고 있음에도 불구하고 결합 구조의 다양성 덕분에 수많은 복잡한 결합을 형성할 수 있습니다. 또한 주목할 만한 점은 탄소가 특히 높은 압력에서 자기 자신과 결합하여 안정적인 결정 격자가 생성될 수 있다는 것입니다. 이러한 이상적인 조건에서 탄소 원자는 다이아몬드라고 알려진 매우 내구성이 뛰어난 구조를 만들 수 있습니다.
나노기술의 출현 이후 다이아몬드의 강도를 초과하는 물질의 분류가 적어도 XNUMX가지 이상 있다는 것이 인식되었습니다. 게다가 이 금액은 앞으로도 늘어날 가능성이 매우 높다.
세상에서 가장 단단한 물질
우르츠광
Wurtzite는 종종 화산 마그마가 굳어진 강도와 비교될 만큼 뛰어난 내구성으로 유명합니다. 탄소 이외의 원자를 이용하면 질화붕소(BN)를 성분으로 하는 결정을 생성하는 것이 가능하다. 이것은 주기율표의 다섯 번째와 일곱 번째 원소가 힘을 합치면서 수많은 가능성을 만들어냅니다. 결과적인 조합은 무정형(비결정), 육각형(흑연과 유사), 입방체(다이아몬드보다 다소 부드러운) 및 우르츠광을 포함한 다양한 형태로 존재할 수 있습니다.
가능한 모든 변형 중에서 최종 형태는 가장 이상하고 제작하기가 엄청나게 어렵습니다. Wurtzite는 화산 폭발 중에만 발생하며 제한된 양으로 발견되었으므로 정확한 경도 특성은 대규모로 테스트되지 않았습니다. 그러나 우르츠광은 면심 입방체가 아닌 사면체 형태의 다른 유형의 결정 격자를 구성합니다. 최신 시뮬레이션에 따르면 경도 측면에서 다이아몬드보다 18% 더 높은 것으로 나타났습니다.
론스달라이트
Lonsdaleite는 특히 운석 연구 분야에서 경도가 관심 주제인 광물입니다. 탄소를 함유한 운석, 특히 흑연이 지구 대기권에 진입하여 지구와 접촉하는 시나리오를 상상한다면, 이 운석이 충돌 시 극도로 뜨거울 것이라고 가정하는 것이 논리적일 것입니다. 그러나 진실은 운석의 바깥층만이 가열될 수 있는 반면, 내부는 지구로 가는 대부분의 여행 동안 차가운 상태를 유지한다는 것입니다.
충돌 시 가해지는 내부 힘은 지구 표면의 다른 어떤 자연 현상과도 비교할 수 없습니다. 이 엄청난 압력으로 인해 흑연이 변형되어 결정 구조가 높아집니다. 다이아몬드와 달리 이 구조는 입방체가 아닌 육각형 구조로 되어 있어 다이아몬드보다 58% 더 높은 경도를 나타냅니다.
다이 니마
다이니마는 강철보다 강한 섬유로 알려져 있습니다. 천연물질에서 벗어나 합성물질로 넘어가겠습니다. Dyneema에 관해 이야기할 때, Dyneema는 분자량이 매우 높다는 특별한 특성을 지닌 열가소성 폴리에틸렌 폴리머라는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 대부분의 분자는 총 수천 원자 질량 단위(양성자 및/또는 중성자)를 갖는 원자 사슬로 구성됩니다.
그러나 UHMWPE(초고분자량 폴리에틸렌)에는 수백만 원자 질량 단위의 분자량을 갖는 사슬이 포함되어 있습니다. 이러한 긴 사슬은 분자간 상호 작용을 강화하여 궁극적으로 믿을 수 없을 만큼 견고한 소재인 Dyneema를 만들어냅니다. 실제로, 이는 알려진 모든 열가소성 수지 중에서 충격 저항성이 가장 높습니다. 이 소재는 매우 강해서 시중에 판매되는 다른 모든 묶음 및 견인 로프보다 성능이 뛰어납니다. 물보다 가벼우면서도 총알을 막을 수 있는 능력을 갖고 있다. 실제로 Dyneema는 같은 양의 강철보다 XNUMX배 더 강합니다.
비정질 금속 합금 또는 금속 유리
모든 물리적 물질의 두 가지 중요한 특성은 강도(견딜 수 있는 힘의 양)와 인성(파괴에 저항하는 능력)입니다. 우리는 도자기를 예로 들었습니다. 그것은 강하지만 그다지 단단하지는 않습니다. 작은 충격에도 파손될 수 있습니다. 그러나 2011년에 일단의 과학자와 연구자들이 인, 실리콘, 게르마늄, 은, 팔라듐 등 XNUMX가지 원소로 구성된 새로운 유형의 미세합금 유리를 발견했습니다. 이 혁신적인 소재는 강철보다 내구성이 뛰어납니다.
버키페이퍼
2세기 말부터 다이아몬드보다 저항력이 강한 탄소가 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 바로 탄소나노튜브입니다. 탄소 원자를 육각형 모양으로 배열함으로써 인간이 발견한 그 어떤 구조보다 안정적인 견고한 원통형 구조를 얻게 됩니다. 각 나노튜브의 직경은 4~10나노미터이지만 놀라울 정도로 강하고 내구성이 뛰어납니다. 탄소나노튜브의 무게는 강철의 XNUMX%에 불과하지만 강도는 수백 배 더 강합니다. 또한 내화성이 뛰어나고 열 전도성이 뛰어나며 전자기 차폐 기능이 뛰어납니다. 이 소재는 재료 물리학, 전자, 군사 기술 및 생물학과 같은 분야에서 다양한 응용 분야를 가지고 있습니다.
보시다시피, 세계에서 가장 단단한 물질인 다이아몬드를 밀어낸 물질이 있습니다. 이 정보를 통해 세상에서 가장 단단한 물질과 그 특성에 대해 더 많이 배울 수 있기를 바랍니다.