世界上最硬的材料

水晶比钻石还硬

当想到人类发明的世界上最坚硬的材料时,大多数人立即想到钻石。 它无疑是地球上最坚硬的材料之一。 然而,有些材料的耐用性和强度甚至超过了钻石。

在这篇文章中,我们将告诉您世界上最硬的材料是什么以及是什么使物质变得坚硬。

什么是硬度

世界上最硬的材料

当我们谈论纯度时,物质的硬度是由其原子和分子组成决定的。 这种成分可以通过无数种可能的组合来创建,每种材料的特定元素组合最终决定了其独特的化学和物理属性。

由于其原子结构,碳是一种极其独特的材料。 尽管其核内只有六个质子,但由于其键几何形状的多功能性,碳能够形成许多复杂的键。 另外值得注意的是碳自身结合的能力,特别是在高压下,可以产生稳定的晶格。 在这些理想条件下,碳原子可以形成一种非常耐用的结构,称为金刚石。

自从纳米技术出现以来,现在人们认识到至少有六类物质的强度超过了钻石。 而且,这个数额未来很可能还会增加。

世界上最硬的材料

世界上最硬的材料

纤锌矿

纤锌矿以其卓越的耐用性而闻名,通常与火山硬化岩浆的强度相比较。 使用碳以外的原子,可以生成以氮化硼(BN)作为成分之一的晶体。 随着元素周期表第五和第七元素的结合,这创造了无数的可能性。 由此产生的组合可以以各种形式存在,包括无定形(非结晶)、六方(类石墨)、立方(比金刚石稍软)和纤锌矿。

在所有可能的变化中,最终的形式是最奇怪的,而且制作起来极其困难。 纤锌矿仅在火山喷发期间出现,并且发现量有限,因此其确切的硬度特性尚未经过更大规模的测试。 然而,纤锌矿构成了一种不同类型的晶格,它是四面体而不是面心立方。 最新模拟表明,其硬度比金刚石高出 18%。

朗斯代尔石

朗斯代尔石是一种矿物,其硬度是人们感兴趣的话题,特别是在陨石研究领域。 如果我们想象一个场景,其中含有碳(特别是石墨)的陨石进入地球大气层并与我们的星球接触,那么可以合乎逻辑地假设该物体在撞击时会非常热。 然而事实是,只有陨石的外层会受到加热,而内部在其飞往地球的大部分旅程中仍然保持寒冷。

撞击时产生的内力是地球表面任何其他自然现象无法比拟的。 这种巨大的压力导致石墨发生转变,形成高度结晶的结构。 与金刚石不同的是,这种结构不是立方体而是六方体,其硬度超过金刚石 58%。

迪尼玛

迪尼玛是一种比钢更坚固的纤维。 我们将不再使用天然物质,而是转向合成材料。 在谈论迪尼玛时,值得注意的是,它是一种热塑性聚乙烯聚合物,具有非凡的特性:其分子量非常高。 大多数分子由总共有几千个原子质量单位(质子和/或中子)的原子链组成。

然而,UHMWPE(超高分子量聚乙烯)含有分子量为数百万原子质量单位的链。 如此长的链会增强分子间相互作用,最终创造出迪尼玛这种极其坚固的材料。 事实上,它在所有公认的热塑性塑料中具有最高的抗冲击性。 这种材料非常坚固,优于市场上所有其他系紧绳和牵引绳。 尽管它比水轻,但它甚至有能力阻止子弹。 事实上,迪尼玛的强度是等量钢材的十五倍。

非晶金属合金或金属玻璃

非常硬的材料

所有物理物质的两个关键特性是强度(即可以承受的力的大小)和韧性(即抵抗断裂的能力)。 我们以陶瓷为例:它很坚固,但不是很硬; 他们可以通过轻微的影响实现收支平衡。 然而,一群科学家和研究人员在2011年发现了一种新型微合金玻璃,由五种元素组成:磷、硅、锗、银和钯。 这种创新材料比钢更耐用。

巴基纸

自2世纪末以来,人们已经确定有一种碳比钻石更耐用:碳纳米管。 通过将碳原子排列成六边形,获得了比人类发现的任何其他结构都更稳定的实心圆柱结构。 每根纳米管的直径在 4 到 10 纳米之间,但每根都非常坚固耐用。 碳纳米管的重量只有钢的XNUMX%,但强度却高出数百倍。 它们还具有防火性、导热性优异以及显着的电磁屏蔽能力。 这种材料在材料物理、电子学、军事技术和生物学等领域有着广泛的应用。

正如您所看到的,有些材料已经取代钻石成为世界上最硬的材料。 我希望通过这些信息您可以更多地了解世界上最坚硬的材料及其特性。


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