Najtwardszy materiał na świecie

kryształ twardszy od diamentu

Myśląc o najtwardszym materiale świata wynalezionym przez człowieka, większość ludzi od razu myśli o diamentach. I jest to niewątpliwie jeden z najbardziej sztywnych materiałów na świecie. Istnieją jednak materiały, które pod względem trwałości i wytrzymałości przewyższają nawet diamenty.

W tym artykule dowiemy się, który materiał jest najtwardszy na świecie i co sprawia, że ​​substancja jest twarda.

Co to jest twardość

najtwardszy materiał na świecie

Kiedy mówimy o czystości, twardość substancji zależy od jej składu atomowego i molekularnego. Kompozycję tę można stworzyć poprzez nieskończoną liczbę możliwych kombinacji, a specyficzna kombinacja pierwiastków każdego materiału ostatecznie określa jego unikalne właściwości chemiczne i fizyczne.

Ze względu na swoją budowę atomową węgiel jest materiałem wyjątkowo wyjątkowym. Pomimo tego, że w jądrze znajduje się tylko sześć protonów, węgiel jest zdolny do tworzenia wielu złożonych wiązań dzięki wszechstronności geometrii wiązań. Na uwagę zasługuje również zdolność węgla do łączenia się ze sobą, zwłaszcza pod wysokim ciśnieniem, gdzie można wytworzyć stabilną sieć krystaliczną. W tych idealnych warunkach atomy węgla mogą stworzyć niezwykle trwałą strukturę zwaną diamentem.

Od czasu pojawienia się nanotechnologii uznaje się, że istnieje co najmniej sześć klasyfikacji substancji, których wytrzymałość przekracza diamenty. Co więcej, jest bardzo prawdopodobne, że w przyszłości kwota ta ulegnie zwiększeniu.

Najtwardszy materiał na świecie

najtwardszy materiał na świecie

Wurcyt

Wurtzyt słynie z wyjątkowej trwałości, często porównywanej do wytrzymałości stwardniałej magmy wulkanu. Używając atomów innych niż węgiel, można wytworzyć kryształ, którego jednym ze składników jest azotek boru (BN). Stwarza to wiele możliwości, ponieważ piąty i siódmy element układu okresowego łączą siły. Powstała kombinacja może występować w różnych postaciach, w tym amorficznej (niekrystalicznej), sześciokątnej (podobnej do grafitu), sześciennej (nieco bardziej miękkiej niż diament) i wurcytu.

Ze wszystkich możliwych wariantów, ostateczna forma jest najdziwniejsza i niezwykle trudna w wykonaniu. Wurcyt powstaje jedynie podczas erupcji wulkanów i został znaleziony w ograniczonych ilościach, dlatego jego dokładne właściwości dotyczące twardości nie zostały zbadane na większą skalę. Jednakże wurcyt stanowi inny typ sieci krystalicznej, która jest raczej czworościenna niż sześcienna skupiona na ścianie. Najnowsze symulacje wskazują, że pod względem twardości przewyższa on diament o 18%.

lonsdaleicki

Lonsdaleit to minerał, którego twardość jest przedmiotem zainteresowania, szczególnie w dziedzinie badań meteorytów. Gdybyśmy wyobrazili sobie scenariusz, w którym meteoryt zawierający węgiel, w szczególności grafit, wejdzie w ziemską atmosferę i zetknie się z naszą planetą, logiczne byłoby założenie, że ciało to będzie niezwykle gorące w momencie uderzenia. Prawda jest jednak taka, że ​​nagrzaniu uległyby tylko zewnętrzne warstwy meteorytu, podczas gdy wnętrze pozostaje zimne przez większą część podróży na Ziemię.

W momencie uderzenia wywierane są siły wewnętrzne, których nie można porównać z żadnym innym zjawiskiem naturalnym na powierzchni Ziemi. To ogromne ciśnienie powoduje, że grafit ulega przemianie, w wyniku czego powstaje wysoce krystaliczna struktura. W przeciwieństwie do diamentu, ta struktura nie jest sześcienna, ale sześciokątna, co daje twardość przekraczającą diament o 58%.

Dyneema

Dyneema to włókno, o którym wiadomo, że jest mocniejsze niż stal. Odchodząc od substancji naturalnych, przejdziemy do materiałów syntetycznych. Mówiąc o Dyneemie, należy pamiętać, że jest to termoplastyczny polimer polietylenowy o niezwykłej charakterystyce: jego masa cząsteczkowa jest bardzo wysoka. Większość cząsteczek składa się z łańcuchów atomów, które mają łącznie kilka tysięcy jednostek masy atomowej (protonów i/lub neutronów).

Jednakże UHMWPE (polietylen o ultrawysokiej masie cząsteczkowej) zawiera łańcuchy o masie cząsteczkowej milionów jednostek masy atomowej. Tak długie łańcuchy powodują wzmocnione interakcje międzycząsteczkowe, ostatecznie tworząc Dyneemę, niezwykle wytrzymały materiał. W rzeczywistości ma najwyższą odporność na uderzenia spośród wszystkich uznanych tworzyw termoplastycznych. Materiał ten jest tak wytrzymały, że przewyższa wszystkie inne liny wiążące i holownicze dostępne na rynku. Ma nawet zdolność zatrzymywania kul, mimo że jest lżejszy od wody. W rzeczywistości Dyneema jest piętnaście razy mocniejsza niż taka sama ilość stali.

Amorficzny stop metaliczny lub szkło metaliczne

bardzo twardy materiał

Dwie kluczowe właściwości wszystkich substancji fizycznych to wytrzymałość, czyli wielkość siły, jaką może wytrzymać, oraz wytrzymałość, czyli odporność na pękanie. Jako przykład używamy ceramiki: jest mocna, ale niezbyt twarda; Mogą pęknąć nawet przy niewielkim uderzeniu. Jednak grupa naukowców i badaczy odkryła w 2011 roku nowy rodzaj szkła z mikrostopów, składającego się z pięciu pierwiastków: fosforu, krzemu, germanu, srebra i palladu. Ten innowacyjny materiał jest trwalszy od stali.

buckypaper

Od końca XX wieku ustalono, że istnieje rodzaj węgla, który jest bardziej odporny niż diament: nanorurki węglowe. Układając atomy węgla w kształt sześciokątny, uzyskuje się solidną cylindryczną strukturę, która jest bardziej stabilna niż jakakolwiek inna struktura odkryta przez człowieka. Każda nanorurka ma średnicę od 2 do 4 nanometrów, ale każda z nich jest imponująco mocna i trwała. Nanorurki węglowe ważą zaledwie 10% stali, ale ich wytrzymałość jest setki razy większa. Są również ognioodporne, mają doskonałą przewodność cieplną i mają zauważalne właściwości ekranowania elektromagnetycznego. Materiał ten ma różnorodne zastosowania w takich dziedzinach jak fizyka materiałów, elektronika, technologia wojskowa i biologia.

Jak widać, istnieją materiały, które zdetronizowały diament jako najtwardszy materiał na świecie. Mam nadzieję, że dzięki tym informacjom dowiecie się więcej o najtwardszym materiale na świecie i jego właściwościach.


Bądź pierwszym który skomentuje

Zostaw swój komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

*

*

  1. Odpowiedzialny za dane: Miguel Ángel Gatón
  2. Cel danych: kontrola spamu, zarządzanie komentarzami.
  3. Legitymacja: Twoja zgoda
  4. Przekazywanie danych: Dane nie będą przekazywane stronom trzecim, z wyjątkiem obowiązku prawnego.
  5. Przechowywanie danych: baza danych hostowana przez Occentus Networks (UE)
  6. Prawa: w dowolnym momencie możesz ograniczyć, odzyskać i usunąć swoje dane.