Ko razmišljamo o najtršem materialu na svetu, ki ga je izumil človek, večina ljudi takoj pomisli na diamante. In nedvomno je eden najbolj togih materialov na planetu. Vendar pa obstajajo materiali, ki po vzdržljivosti in trdnosti prekašajo celo diamante.
V tem članku vam bomo povedali, kateri je najtrši material na svetu in kaj naredi snov trdo.
Kaj je trdota
Ko govorimo o čistosti, je trdota snovi določena z njeno atomsko in molekularno sestavo. To sestavo je mogoče ustvariti z neskončnim številom možnih kombinacij in specifična kombinacija elementov vsakega materiala je tisto, kar na koncu določa njegove edinstvene kemične in fizikalne lastnosti.
Ogljik je zaradi svoje atomske strukture izjemno edinstven material. Kljub temu, da ima ogljik v svojem jedru le šest protonov, je sposoben tvoriti številne kompleksne vezi zahvaljujoč vsestranskosti njegovih geometrij vezi. Omembe vredna je tudi sposobnost ogljika, da se združuje sam s seboj, zlasti pri visokih tlakih, kjer lahko nastane stabilna kristalna mreža. V teh idealnih pogojih lahko ogljikovi atomi ustvarijo izjemno trpežno strukturo, znano kot diamant.
Od pojava nanotehnologije je zdaj znano, da obstaja vsaj šest klasifikacij snovi, ki presegajo trdnost diamantov. Poleg tega je zelo verjetno, da se bo ta znesek v prihodnosti povečal.
Najtrši material na svetu
Wurtzite
Wurtzite slovi po svoji izjemni vzdržljivosti, ki jo pogosto primerjajo z močjo strjene magme vulkana. Z uporabo atomov, ki niso ogljikovi, je mogoče ustvariti kristal z borovim nitridom (BN) kot eno od komponent. To ustvarja številne možnosti, ko peti in sedmi element periodnega sistema združita moči. Nastala kombinacija lahko obstaja v različnih oblikah, vključno z amorfno (nekristalno), heksagonalno (grafitu podobno), kubično (nekoliko mehkejšo od diamanta) in wurtzitom.
Od vseh možnih različic je končna oblika najbolj nenavadna in izredno zahtevna za izdelavo. Wurtzit nastane le med vulkanskimi izbruhi in je bil najden v omejenih količinah, zato njegove natančne lastnosti trdote niso bile testirane v večjem obsegu. Vendar wurtzit predstavlja drugačno vrsto kristalne mreže, ki je tetraedrska in ne kubična s središčem na ploskvi. Najnovejše simulacije kažejo, da po trdoti presega diamant za 18 %.
Lonsdaleite
Lonsdaleit je mineral, katerega trdota je zanimiva tema, zlasti na področju raziskovanja meteoritov. Če bi si zamislili scenarij, po katerem bi meteorit, ki vsebuje ogljik, natančneje grafit, vstopil v Zemljino atmosfero in prišel v stik z našim planetom, bi bilo logično domnevati, da bi bilo to telo ob trku izjemno vroče. Vendar pa je resnica, da bi bile le zunanje plasti meteorita izpostavljene segrevanju, medtem ko notranjost ostaja hladna večji del njegovega potovanja do Zemlje.
Ob trku se sprožijo notranje sile, ki jim ni para noben drug naravni pojav na površju Zemlje. Ta ogromen pritisk povzroči, da se grafit spremeni, kar povzroči visoko kristalno strukturo. Za razliko od diamanta ta struktura ni kubična, ampak šestkotna, kar daje trdoto, ki presega trdoto diamanta za 58%.
Dyneema
Dyneema je vlakno, za katerega je znano, da je močnejše od jekla. Če se oddaljimo od naravnih materialov, bomo prešli na sintetične materiale. Ko govorimo o Dyneemi, je pomembno omeniti, da gre za termoplastični polietilenski polimer z izjemno lastnostjo: njegova molekulska masa je zelo visoka. Večino molekul sestavljajo verige atomov, ki imajo skupno nekaj tisoč atomskih masnih enot (protoni in/ali nevtroni).
Vendar UHMWPE (polietilen ultravisoke molekulske mase) vsebuje verige z molekulsko maso milijonov atomskih masnih enot. Tako dolge verige povzročijo izboljšane medmolekularne interakcije, kar na koncu ustvari Dyneema, neverjetno robusten material. Pravzaprav ima najvišjo odpornost na udarce med vsemi priznanimi termoplasti. Ta material je tako močan, da prekaša vse druge vrvi za privezovanje in vleko na trgu. Lahko celo ustavi naboje, čeprav je lažji od vode. Pravzaprav je Dyneema petnajstkrat močnejša od enake količine jekla.
Amorfna kovinska zlitina ali kovinsko steklo
Dve ključni lastnosti vseh fizikalnih snovi sta trdnost ali količina sile, ki jo lahko prenese, in žilavost ali njena sposobnost odpornosti proti zlomu. Kot primer vzamemo keramiko: je močna, a ni zelo trda; Lahko se zlomijo že ob manjšem udarcu. Vendar pa je skupina znanstvenikov in raziskovalcev leta 2011 odkrila novo vrsto stekla iz mikrozlitin, sestavljeno iz petih elementov: fosforja, silicija, germanija, srebra in paladija. Ta inovativni material je bolj vzdržljiv od jekla.
buckypaper
Od konca 2. stoletja je bilo ugotovljeno, da obstaja vrsta ogljika, ki je bolj odporna od diamantov: ogljikove nanocevke. Z razporeditvijo ogljikovih atomov v šestkotno obliko dobimo trdno valjasto strukturo, ki je stabilnejša od katere koli druge strukture, ki jo je odkril človek. Vsaka nanocevka ima premer med 4 in 10 nanometre, vendar je vsaka osupljivo močna in trpežna. Ogljikove nanocevke tehtajo le XNUMX % mase jekla, vendar je njihova trdnost stokrat večja. Prav tako so odporni proti ognju, imajo odlično toplotno prevodnost in imajo opazno elektromagnetno zaščito. Ta material ima različne aplikacije na področjih, kot so fizika materialov, elektronika, vojaška tehnologija in biologija.
Kot lahko vidite, obstajajo materiali, ki so izrinili diamant kot najtrši material na svetu. Upam, da boste s temi informacijami izvedeli več o najtršem materialu na svetu in njegovih lastnostih.