Рассматривая самый твердый в мире материал, изобретенный человеком, большинство людей сразу же думают об алмазах. И это, несомненно, один из самых жестких материалов на планете. Однако есть материалы, которые по долговечности и прочности превосходят даже алмазы.
В этой статье мы расскажем вам, какой материал самый твердый в мире и что делает вещество твердым.
Что такое твердость
Когда мы говорим о чистоте, твердость вещества определяется его атомным и молекулярным составом. Этот состав может быть создан с помощью бесконечного числа возможных комбинаций, и специфическая комбинация элементов каждого материала в конечном итоге определяет его уникальные химические и физические свойства.
Благодаря своей атомной структуре углерод является исключительно уникальным материалом. Несмотря на то, что в ядре углерода всего шесть протонов, углерод способен образовывать множество сложных связей благодаря универсальности геометрии связей. Также примечательна способность углерода соединяться сам с собой, особенно при высоких давлениях, при этом может образовываться стабильная кристаллическая решетка. В этих идеальных условиях атомы углерода могут создать удивительно прочную структуру, известную как алмаз.
С момента появления нанотехнологий теперь признано, что существует как минимум шесть классификаций веществ, прочность которых превышает прочность алмазов. Более того, весьма вероятно, что в будущем эта сумма увеличится.
Самый твердый материал в мире
Вюрцит
Вюрцит славится своей исключительной прочностью, которую часто сравнивают с прочностью застывшей магмы вулкана. Используя атомы, отличные от углерода, можно создать кристалл с нитридом бора (BN) в качестве одного из компонентов. Это создает множество возможностей для объединения сил пятого и седьмого элементов таблицы Менделеева. Полученная комбинация может существовать в различных формах, включая аморфную (некристаллическую), гексагональную (графитоподобную), кубическую (несколько мягче алмаза) и вюрцит.
Из всех возможных вариантов окончательная форма является самой странной и чрезвычайно трудной в изготовлении. Вюрцит возникает только во время извержений вулканов и был обнаружен в ограниченных количествах, поэтому его точные свойства твердости не проверялись в более крупных масштабах. Однако вюрцит представляет собой кристаллическую решетку другого типа, которая является тетраэдрической, а не гранецентрированной кубической. Последние моделирования показывают, что по твердости он превосходит алмаз на 18%.
Лонсдейлит
Лонсдейлит — минерал, твердость которого представляет интерес, особенно в области исследования метеоритов. Если бы мы представили сценарий, при котором метеорит, содержащий углерод, в частности графит, вошел в атмосферу Земли и вступил в контакт с нашей планетой, было бы логично предположить, что это тело будет чрезвычайно горячим при ударе. Однако правда в том, что нагреву будут подвержены только внешние слои метеорита, в то время как внутренняя часть остается холодной на протяжении большей части его пути к Земле.
При ударе действующие внутренние силы не имеют аналогов ни у одного другого природного явления на поверхности Земли. Это огромное давление заставляет графит претерпевать трансформацию, в результате чего образуется высококристаллическая структура. В отличие от алмаза, эта структура не кубическая, а гексагональная, что обеспечивает твердость, превосходящую алмаз на 58%.
Dyneema
Dyneema — это волокно, которое, как известно, прочнее стали. Отойдя от натуральных веществ, мы перейдем к синтетическим материалам. Говоря о Dyneema, важно отметить, что это термопластичный полиэтиленовый полимер с необычной характеристикой: его молекулярная масса очень высока. Большинство молекул состоят из цепочек атомов, которые имеют в общей сложности несколько тысяч атомных единиц массы (протонов и/или нейтронов).
Однако СВМПЭ (полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы) содержит цепи с молекулярной массой в миллионы атомных единиц массы. Такие длинные цепи приводят к усилению межмолекулярных взаимодействий, что в конечном итоге приводит к созданию Dyneema — невероятно прочного материала. Фактически, он обладает самой высокой ударопрочностью среди всех признанных термопластов. Этот материал настолько прочен, что превосходит все другие швартовочные и буксирные тросы, представленные на рынке. Он даже способен останавливать пули, несмотря на то, что он легче воды. Фактически, Dyneema в пятнадцать раз прочнее такого же количества стали.
Аморфный металлический сплав или металлическое стекло
Двумя важнейшими свойствами всех физических веществ являются прочность, или величина силы, которую оно может выдержать, и вязкость, или его способность противостоять разрушению. Мы приведем пример керамики: она прочная, но не очень твердая; Они могут сломаться даже при незначительном воздействии. Однако в 2011 году группа ученых и исследователей обнаружила новый тип микросплавного стекла, состоящего из пяти элементов: фосфора, кремния, германия, серебра и палладия. Этот инновационный материал более долговечен, чем сталь.
липовая бумага
С конца 2-го века было установлено, что существует тип углерода, более стойкий, чем алмазы: углеродные нанотрубки. Располагая атомы углерода в шестиугольной форме, получается твердая цилиндрическая структура, более стабильная, чем любая другая структура, открытая человеком. Каждая нанотрубка имеет диаметр от 4 до 10 нанометров, но каждая из них впечатляюще прочна и долговечна. Углеродные нанотрубки весят всего XNUMX% стали, но их прочность в сотни раз выше. Они также огнестойки, обладают превосходной теплопроводностью и обладают значительными возможностями электромагнитного экранирования. Этот материал имеет различные применения в таких областях, как физика материалов, электроника, военные технологии и биология.
Как видите, есть материалы, которые свергли алмаз как самый твердый материал в мире. Надеюсь, что с помощью этой информации вы сможете больше узнать о самом твёрдом материале в мире и его характеристиках.