Svarstydami apie kiečiausią žmogaus išrastą medžiagą pasaulyje, dauguma žmonių iš karto galvoja apie deimantus. Ir tai neabejotinai viena tvirčiausių medžiagų planetoje. Tačiau yra medžiagų, kurios savo patvarumu ir stiprumu lenkia net deimantus.
Šiame straipsnyje mes jums pasakysime, kuri medžiaga yra kiečiausia pasaulyje ir kas daro medžiagą kietą.
Kas yra kietumas
Kai kalbame apie grynumą, medžiagos kietumą lemia jos atominė ir molekulinė sudėtis. Šią kompoziciją galima sukurti naudojant begalinį galimų derinių skaičių, o konkretus kiekvienos medžiagos elementų derinys galiausiai lemia unikalias chemines ir fizines savybes.
Dėl savo atominės struktūros anglis yra išskirtinai unikali medžiaga. Nepaisant to, kad branduolyje yra tik šeši protonai, anglis dėl savo ryšių geometrijos universalumo gali sudaryti daugybę sudėtingų ryšių. Taip pat verta paminėti anglies gebėjimą jungtis su savimi, ypač esant aukštam slėgiui, kai gali susidaryti stabili kristalinė gardelė. Esant tokioms idealioms sąlygoms, anglies atomai gali sukurti nepaprastai patvarią struktūrą, žinomą kaip deimantas.
Nuo nanotechnologijų atsiradimo dabar pripažįstama, kad yra mažiausiai šešios medžiagų klasifikacijos, kurios viršija deimantų stiprumą. Be to, labai tikėtina, kad ateityje ši suma padidės.
Pati kiečiausia medžiaga pasaulyje
Wurtzite
Wurtzite garsėja išskirtiniu patvarumu, dažnai lyginamas su sukietėjusios ugnikalnio magmos stiprumu. Naudojant kitus nei anglies atomus, galima sukurti kristalą, kurio vienas iš komponentų yra boro nitridas (BN). Tai sukuria daugybę galimybių, nes penktasis ir septintasis periodinės lentelės elementai sujungia jėgas. Gautas derinys gali būti įvairių formų, įskaitant amorfinį (nekristalinį), šešiakampį (panašų į grafitą), kubinį (šiek tiek minkštesnis už deimantą) ir wurtzitą.
Iš visų galimų variantų galutinė forma yra pati keisčiausia ir nepaprastai sudėtinga gaminti. Wurtzitas atsiranda tik ugnikalnių išsiveržimų metu ir jo rasta ribotai, todėl tikslios jo kietumo savybės nebuvo išbandytos didesniu mastu. Tačiau wurtzitas sudaro kitokio tipo kristalinę gardelę, kuri yra tetraedrinė, o ne į veidą orientuota kubinė. Naujausi modeliai rodo, kad pagal kietumą jis lenkia deimantą 18%.
Lonsdaleite
Lonsdaleitas yra mineralas, kurio kietumas yra įdomi tema, ypač meteoritų tyrimų srityje. Jei įsivaizduotume scenarijų, pagal kurį meteoritas, kurio sudėtyje yra anglies, ypač grafito, patektų į Žemės atmosferą ir susilietų su mūsų planeta, būtų logiška manyti, kad šis kūnas po smūgio būtų labai karštas. Tačiau tiesa ta, kad kaitintų tik išoriniai meteorito sluoksniai, o vidus didžiąją jo kelionės į Žemę dalį išlieka šaltas.
Po smūgio vidinės jėgos yra neprilygstamos jokiam kitam gamtos reiškiniui Žemės paviršiuje. Dėl šio didžiulio slėgio grafitas virsta, todėl susidaro labai kristalinė struktūra. Skirtingai nuo deimanto, ši struktūra yra ne kubinė, o šešiakampė, kurios kietumas viršija deimantą 58%.
Dyneema
Dyneema yra pluoštas, kuris, kaip žinoma, yra stipresnis už plieną. Nutolę nuo natūralių medžiagų, pereisime prie sintetinių medžiagų. Kalbant apie Dyneema, svarbu pažymėti, kad tai termoplastinis polietileno polimeras, pasižymintis nepaprasta charakteristika: jo molekulinė masė yra labai didelė. Dauguma molekulių susideda iš atomų grandinių, kurių iš viso yra keli tūkstančiai atominės masės vienetų (protonų ir (arba) neutronų).
Tačiau UHMWPE (ypač didelės molekulinės masės polietilenas) turi grandines, kurių molekulinė masė yra milijonai atominės masės vienetų. Tokios ilgos grandinės pagerina tarpmolekulinę sąveiką, galiausiai sukuriant Dyneema – neįtikėtinai tvirtą medžiagą. Tiesą sakant, jis turi didžiausią atsparumą smūgiams iš visų pripažintų termoplastikų. Ši medžiaga yra tokia tvirta, kad pranoksta visas kitas rinkoje esančias pririšimo ir vilkimo lynus. Jis netgi turi galimybę sustabdyti kulkas, nors yra lengvesnis už vandenį. Tiesą sakant, „Dyneema“ yra penkiolika kartų stipresnis už tiek pat plieno.
Amorfinis metalo lydinys arba metalinis stiklas
Dvi esminės visų fizinių medžiagų savybės yra stiprumas arba jėgos kiekis, kurį ji gali atlaikyti, ir tvirtumas, arba gebėjimas atsispirti lūžiams. Kaip pavyzdį naudojame keramiką: ji tvirta, bet nelabai kieta; Jie gali sulūžti net ir esant nedideliam smūgiui. Tačiau 2011 m. grupė mokslininkų ir tyrėjų atrado naujo tipo mikro legiruotą stiklą, sudarytą iš penkių elementų: fosforo, silicio, germanio, sidabro ir paladžio. Ši naujoviška medžiaga yra patvaresnė nei plienas.
Buckypopierius
Nuo XX amžiaus pabaigos buvo nustatyta, kad yra anglies rūšis, atsparesnė už deimantus: anglies nanovamzdeliai. Anglies atomus išdėstant šešiakampe forma, gaunama kieta cilindrinė struktūra, kuri yra stabilesnė už bet kurią kitą žmogaus atrastą struktūrą. Kiekvienas nanovamzdelis yra nuo 2 iki 4 nanometrų skersmens, tačiau kiekvienas yra įspūdingai tvirtas ir patvarus. Anglies nanovamzdeliai sveria tik 10% plieno, bet jų stiprumas šimtus kartų didesnis. Jie taip pat yra atsparūs ugniai, turi puikų šilumos laidumą ir turi puikias elektromagnetinio ekranavimo galimybes. Ši medžiaga įvairiai pritaikoma tokiose srityse kaip medžiagų fizika, elektronika, karinės technologijos ir biologija.
Kaip matote, yra medžiagų, kurios nuvertė deimantą kaip kiečiausią medžiagą pasaulyje. Tikiuosi, kad naudodamiesi šia informacija galėsite daugiau sužinoti apie kiečiausią pasaulyje medžiagą ir jos savybes.