Bij het nadenken over het hardste materiaal ter wereld, uitgevonden door de mens, denken de meeste mensen onmiddellijk aan diamanten. En het is ongetwijfeld een van de meest stijve materialen ter wereld. Er zijn echter materialen die zelfs diamanten overtreffen in termen van duurzaamheid en sterkte.
In dit artikel gaan we je vertellen wat het hardste materiaal ter wereld is en wat een stof moeilijk maakt.
Wat is hardheid
Als we het hebben over zuiverheid, wordt de hardheid van een stof bepaald door de atomaire en moleculaire samenstelling ervan. Deze samenstelling kan worden gecreëerd door een oneindig aantal mogelijke combinaties, en de specifieke combinatie van elementen van elk materiaal bepaalt uiteindelijk de unieke chemische en fysische eigenschappen ervan.
Door zijn atomaire structuur is koolstof een uitzonderlijk uniek materiaal. Ondanks dat koolstof slechts zes protonen in zijn kern heeft, is het in staat talloze complexe bindingen te vormen dankzij de veelzijdigheid van zijn bindingsgeometrieën. Ook opmerkelijk is het vermogen van koolstof om met zichzelf te combineren, vooral bij hoge drukken, waar een stabiel kristalrooster kan worden gegenereerd. Onder deze ideale omstandigheden kunnen koolstofatomen een opmerkelijk duurzame structuur creëren die bekend staat als diamant.
Sinds de komst van de nanotechnologie wordt nu erkend dat er minstens zes classificaties van stoffen zijn die de sterkte van diamanten overtreffen. Bovendien is het zeer waarschijnlijk dat dit bedrag in de toekomst nog verder zal stijgen.
Het hardste materiaal ter wereld
Wurtziet
Wurtziet staat bekend om zijn uitzonderlijke duurzaamheid, vaak vergeleken met de sterkte van het geharde magma van een vulkaan. Door andere atomen dan koolstof te gebruiken, is het mogelijk een kristal te genereren met boornitride (BN) als een van de componenten. Dit creëert talloze mogelijkheden als de vijfde en zevende elementen van het periodiek systeem hun krachten bundelen. De resulterende combinatie kan in verschillende vormen voorkomen, waaronder amorf (niet-kristallijn), hexagonaal (grafietachtig), kubisch (iets zachter dan diamant) en wurtziet.
Van alle mogelijke variaties is de uiteindelijke vorm de vreemdste en enorm moeilijk te produceren. Wurtziet ontstaat alleen tijdens vulkaanuitbarstingen en is in beperkte hoeveelheden aangetroffen, dus de exacte hardheidseigenschappen zijn niet op grotere schaal getest. Wurtziet vormt echter een ander type kristalrooster, dat tetraëdrisch is in plaats van kubisch in het vlak. De laatste simulaties geven aan dat het diamant met 18% overtreft in termen van hardheid.
Lonsdaleiet
Lonsdaleiet is een mineraal waarvan de hardheid een interessant onderwerp is, vooral op het gebied van meteorietonderzoek. Als we ons een scenario zouden voorstellen waarin een meteoriet die koolstof bevat, met name grafiet, de atmosfeer van de aarde binnendringt en in contact komt met onze planeet, zou het logisch zijn om aan te nemen dat dit lichaam bij een botsing extreem heet zou zijn. De waarheid is echter dat alleen de buitenste lagen van de meteoriet onderhevig zijn aan verwarming, terwijl het binnenste gedurende het grootste deel van zijn reis naar de aarde koud blijft.
Bij een botsing zijn de interne krachten ongeëvenaard door enig ander natuurverschijnsel op het aardoppervlak. Deze enorme druk zorgt ervoor dat het grafiet een transformatie ondergaat, waardoor een zeer kristallijne structuur ontstaat. In tegenstelling tot diamant is deze structuur niet kubisch maar zeshoekig, wat een hardheid oplevert die 58% groter is dan die van diamant.
Dyneema
Dyneema is een vezel waarvan bekend is dat deze sterker is dan staal. We verlaten natuurlijke stoffen en gaan over op synthetische materialen. Als we het over Dyneema hebben, is het belangrijk op te merken dat het een thermoplastisch polyethyleenpolymeer is met een buitengewoon kenmerk: het molecuulgewicht is zeer hoog. De meeste moleculen bestaan uit ketens van atomen die in totaal enkele duizenden atomaire massa-eenheden (protonen en/of neutronen) hebben.
UHMWPE (polyethyleen met ultrahoog molecuulgewicht) bevat echter ketens met een molecuulmassa van miljoenen atomaire massa-eenheden. Dergelijke lange ketens resulteren in verbeterde intermoleculaire interacties, waardoor uiteindelijk Dyneema ontstaat, een ongelooflijk robuust materiaal. Het heeft zelfs de hoogste slagvastheid van alle erkende thermoplasten. Dit materiaal is zo sterk dat het beter presteert dan alle andere span- en sleepkabels op de markt. Het heeft zelfs het vermogen om kogels tegen te houden, ondanks dat het lichter is dan water. Dyneema is zelfs vijftien keer sterker dan een gelijke hoeveelheid staal.
Amorfe metaallegering of metaalglas
Twee cruciale eigenschappen van alle fysieke stoffen zijn sterkte, of de hoeveelheid kracht die het kan weerstaan, en taaiheid, of het vermogen om breuk te weerstaan. Als voorbeeld nemen we keramiek: het is sterk, maar niet heel hard; Ze kunnen break-even draaien met een kleine impact. Een groep wetenschappers en onderzoekers ontdekte in 2011 echter een nieuw type microlegeringsglas, bestaande uit vijf elementen: fosfor, silicium, germanium, zilver en palladium. Dit innovatieve materiaal is duurzamer dan staal.
Buckypapier
Sinds het einde van de 2e eeuw is vastgesteld dat er een type koolstof bestaat dat resistenter is dan diamant: koolstofnanobuisjes. Door de koolstofatomen in een zeshoekige vorm te rangschikken, wordt een solide cilindrische structuur verkregen die stabieler is dan welke andere structuur dan ook die door de mens is ontdekt. Elke nanobuis heeft een diameter tussen de 4 en 10 nanometer, maar ze zijn allemaal indrukwekkend sterk en duurzaam. Koolstofnanobuisjes wegen slechts XNUMX% van staal, maar hun sterkte is honderden keren groter. Ze zijn ook brandwerend, hebben een uitstekende thermische geleidbaarheid en hebben opmerkelijke elektromagnetische afschermingsmogelijkheden. Dit materiaal heeft verschillende toepassingen op het gebied van onder meer materiaalfysica, elektronica, militaire technologie en biologie.
Zoals u kunt zien, zijn er materialen die diamant hebben onttroond als het hardste materiaal ter wereld. Ik hoop dat je met deze informatie meer kunt leren over het hardste materiaal ter wereld en de kenmerken ervan.