On Olemassa 6 ’Vahvin Materiaalit’ Maan Päällä, Joka On Kovempi Kuin Timantit

Hiili on yksi kaikkein kiehtova piirteitä luonto, kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia kuin mikään muu tekijä. Sen ytimessä on vain kuusi protonia, ja se on kevyin runsas alkuaine, joka kykenee muodostamaan joukon monimutkaisia sidoksia. Kaikki tunnetut elämänmuodot ovat hiilipohjaisia, sillä sen atomiominaisuudet mahdollistavat sen yhdistymisen jopa neljään muuhun atomiin kerrallaan., Mahdolliset geometriat näiden joukkovelkakirjojen myös mahdollistaa hiilen itse koota, erityisesti korkeissa paineissa, vakaaksi kidehilan. Jos olosuhteet ovat juuri oikeat, hiiliatomit voivat muodostaa kiinteän, erittäin kovan rakenteen, joka tunnetaan timanttina.

vaikka timantit tunnetaan yleisesti maailman kovimpana materiaalina, on todellisuudessa olemassa kuusi kovempaa materiaalia. Timantit ovat edelleen yksi vaikeimmista luonnossa esiintyvistä ja runsaista materiaaleista maapallolla, mutta nämä kuusi materiaalia kaikki ovat se voittaa.,

Kunniamaininta: on olemassa kolme maanpäällistä materiaaleja, jotka eivät ole aivan yhtä kovaa kuin timantti, mutta ovat silti kiinnostavia niiden vahvuus eri muodista. With kynnyksellä nanoteknologia — kehittämisen rinnalla nanomittakaavan käsityksiä nykyaikaiset materiaalit — meidän on nyt tunnustettava, että on olemassa monia erilaisia mittareita arvioimaan fyysisesti mielenkiintoinen ja äärimmäinen materiaaleja.

biologisella puolella hämähäkkisilkki on pahamaineinen kovimpana., Suurempi lujuus-paino-suhde kuin useimmat perinteiset materiaalit, kuten alumiini tai teräs, se on myös merkillistä, miten ohut ja tahmea se on. Kaikista maailman hämähäkeistä Darwinin haukkuhämähäkit ovat kovimpia: kymmenen kertaa vahvempia kuin kevlar. Se on niin ohut ja kevyt, että noin puoli kiloa (454 grammaa) Darwinin kuori hämähäkki silkki säveltää strand tarpeeksi kauan jäljittää ulos ympärysmitta koko planeetan.

luonnollisesti esiintyvä mineraali -, piikarbidi — löytyy luonnollisesti muodossa moissanite — on vain hieman vähemmän kovuus kuin timantit. (Se on vielä vaikeampaa kuin mikään hämähäkinseitti.,) Kemiallinen yhdistelmä piin ja hiilen, joka miehittää saman perheen jaksollisen kuin yksi toinen, piikarbidi jyvät ovat olleet massatuotantona vuodesta 1893. Ne voidaan liimata yhdessä läpi korkean paineen, mutta matalan lämpötilan prosessi tunnetaan sintraus luoda erittäin kova keraamiset materiaalit.,

– Nämä materiaalit eivät ole vain hyödyllinen monenlaisia sovelluksia, jotka hyödyntävät kovuus, kuten auton jarrut ja kytkimet, levyt luodinkestävät liivit, ja jopa taistelu panssari sopii tankit, mutta myös uskomattoman hyödyllinen puolijohteiden ominaisuuksia elektroniikassa käyttöä varten.

Pieni piidioksidi aloilla, 50 nanometriä halkaisijaltaan vain 2 nanometriä, luotiin ensimmäisen kerran noin 20 vuotta sitten Department of Energy on Sandia National Laboratories., Mikä on merkillistä noin nämä nanospheres on, että ne ovat onttoja, ne itse koota osaksi aloilla, ja ne voivat jopa pesä sisällä yksi toinen, kun kaikki jäljellä jäykin materiaali tiedossa ihmiskunnalle, vain hieman vähemmän kovaa kuin timantit.

Self-assembly on uskomattoman tehokas työkalu, luonnossa, mutta biologiset materiaalit ovat heikkoja verrattuna synteettisiä. Nämä itsejärjestäytyvien nanohiukkasia voidaan käyttää luoda mukautettuja materiaaleja, joilla on sovelluksia paremmin vettä puhdistuslaitteita tehokkaampien aurinkokennojen, nopeampaa katalyytit seuraavan sukupolven elektroniikan., Unelma teknologia nämä itsejärjestäytyvien nanospheres, vaikka, on tulostettava suojaliivit, custom käyttäjän tiedot.

Timantteja, tietenkin, ovat kovempaa kuin kaikki nämä, ja vielä kello kello #7 kaikkien aikojen listan vaikein materiaalit löytyi tai luotu Maan päällä. Huolimatta siitä, että ne ovat ylittäneet sekä muita luonnollisia (mutta harvinaisia) materiaaleja ja syneteettisiä, ihmisen tekemiä, niillä on silti yksi tärkeä ennätys.

Timantit ovat edelleen ihmiskunnalle tutuinta naarmuuntumatonta materiaalia. Metalleja, kuten titaani on paljon vähemmän naarmuuntumaton, ja jopa erittäin kova keramiikka tai volframikarbidi ei voi kilpailla timantteja kannalta kovuus tai scratch-vastus., Toiset kiteet, jotka tunnetaan äärimmäisestä kovuudestaan, kuten rubiinit tai safiirit, jäävät yhä timanteista.

mutta kuudessa materiaalissa on kovuuden suhteen jopa kehuttu timanttibiitti.

6.) Wurtzite boorinitridi. Sen sijaan hiilen, voit tehdä crystal pois useita muita atomeja tai yhdisteitä, ja yksi niistä on boorinitridi (BN), jossa 5. ja 7. elementtien jaksollisen tulevat yhdessä muodostamaan erilaisia mahdollisuuksia. Se voi olla amorfinen (ei kiteinen), kuusikulmainen (samanlainen grafiitti), kuutio (samanlainen kuin timantti, mutta hieman heikompi), ja wurtzite muodossa.,

viimeinen näistä muodoista on sekä äärimmäisen harvinainen, mutta myös äärimmäisen kova. Tulivuorenpurkauksissa sitä on löydetty vain pieniä määriä, – joten emme ole kokeilleet sen kovuutta kokeellisesti. Se muodostaa kuitenkin erilaisen kidehilan — tetraedrisen yhden kasvokeskeisen kuution sijaan-joka on tuoreimpien simulaatioiden mukaan 18 prosenttia timanttia kovempi.

5.) Lonsdaleiitti. Kuvittele, että sinulla on meteori, joka on täynnä hiiltä, ja siksi sisältävät grafiittia, joka kiitää läpi ilmakehään ja törmää Maapallon., Vaikka saatat kuvitella kuuluvan meteori kuin uskomattoman kuuma elin, se on vain uloimmat kerrokset, että tulee kuuma; sisukset pysyvät viileä eniten (tai jopa mahdollisesti kaikki) heidän matkansa kohti Maata.

Kun vaikutus Maapallon pinta-alasta, kuitenkin, paineet sisällä tullut suurempi kuin mikään muu luonnollinen prosessi planeettamme pinnalla ja aiheuttaa grafiitti pakata osaksi kiteinen rakenne. Se ei ole kuutio ristikko timantti, kuitenkin, mutta kuusikulmainen ristikko, joka voi todella saavuttaa kovuuksien, jotka ovat 58% suurempi kuin mitä timantteja saavuttaa., Kun todellisia esimerkkejä siitä, Lonsdaleite sisältävät riittävästi epäpuhtauksia, jotta ne pehmeämpi kuin timantit, epäpuhtaus-ilmainen grafiitti meteoriitti iskeytyy Maahan olisi epäilemättä tuottaa materiaalia vaikeampaa kuin minkään maanpäällisen timantti.

4.) Dyneema., Tästä eteenpäin jätämme luonnon aineiden maailman taaksemme. Dyneema, termoplastinen polyeteenipolymeeri, on epätavallinen poikkeuksellisen suuri molekyylipaino. Useimmat tuntemamme molekyylit ovat atomien ketjuja, joiden atomimassayksiköt (protonit ja/tai neutronit) ovat yhteensä muutamia tuhansia. Mutta UHMWPE (ultra-high-molecular-weight polyethylene) on erittäin pitkiä ketjuja, joiden molekyylimassa miljoonia atomimassayksikköä.,

erittäin pitkiä ketjuja niiden polymeerit, intermolecular interactions ovat vahvistaneet merkittävästi, luoden erittäin kova materiaali. Se on niin kova, itse asiassa, että se on suurin vaikutus vahvuus tiedossa kestomuovia. Sitä on kutsuttu maailman voimakkaimmaksi kuiduksi, ja se päihittää kaikki kiinnitys-ja hinausköydet. Vaikka se on kevyempää kuin vesi, se voi pysäyttää luoteja ja on 15 kertaa voimakkaampi kuin vastaava määrä terästä.

3.) Palladium microalloy-lasi. On tärkeää tunnistaa, että on olemassa kaksi tärkeää ominaisuuksia, että kaikki fyysiset materiaalit ovat: vahvuus, joka on, kuinka paljon voimaa se kestää ennen kuin se muuttaa muotoaan, ja sitkeys, joka on, miten paljon energiaa se vie rikkoa tai murtuma se., Suurin osa keramiikasta on vahvaa, mutta ei kovaa, särkyvää vice-kahvakuorilla tai jopa pudotettuna vain vaatimattomalta korkeudelta. Joustavat materiaalit, kuten kumi, voivat pitää paljon energiaa, mutta ovat helposti muotoutuvia, eivätkä lainkaan vahvoja.

useimmat lasimateriaalit ovat hauraita: vahvoja, mutta eivät erityisen kovia. Edes vahvistettu lasi, kuten Pyrex tai Gorilla Glass,ei ole materiaalien mittakaavassa erityisen kova., Mutta vuonna 2011, tutkijat kehittivät uuden microalloy lasi, jossa on viisi elementtiä (fosfori, pii, germanium, hopea ja palladium), jossa palladium tarjoaa polun muodostamiseksi leikkaus bändejä, jolloin lasi plastisesti muuttaa muotoaan pikemminkin kuin crack. Se voittaa kaikenlaisia terästä, sekä mitään alhaisempaa tällä listalla, sen yhdistelmä sekä voimaa ja sitkeyttä. Se on vaikein materiaali olla sisällyttämättä hiiltä.

2.) Buckypaper. 1900-luvun lopulta lähtien tiedetään, että on olemassa vielä timanttejakin kovempi hiilimuoto: hiilinanoputket., Sitomalla hiiltä yhteen kuusikulmainen muoto, se voi olla jäykkä lieriön muotoinen rakenne vakaammin kuin mikään muu rakenne tiedetään ihmiskunnalle. Jos otat yhteenlaskettu hiilinanoputkien ja luoda makroskooppinen arkki niitä, voit luoda ohut arkki niistä: buckypaper.

jokainen yksittäinen nanoputki on läpimitaltaan vain 2-4 nanometriä, mutta jokainen on uskomattoman vahva ja kova. Se on vain 10% teräksen painosta, mutta on satoja kertoja vahvuus., Se on paloturvallinen, erittäin lämpöä johtavat, on valtava sähkömagneettinen suojaus ominaisuudet, ja voi johtaa materiaalitiede, elektroniikka, sotilaallinen ja jopa biologisia sovelluksia. Mutta buckypaperia ei voi valmistaa 100-prosenttisista nanoputkista, mikä ehkä pitää sen pois listan kärkipaikalta.

1.) Grafeeni. Vihdoinkin: kuusikulmainen hiilihila, joka on vain yhden atomin paksuinen. Sitä grafeenin arkki on, luultavasti vallankumouksellinen materiaali, jota kehitetään ja hyödynnetään 2000-luvulla. Se on itse hiilinanoputkien perusrakenne, ja sovellukset kasvavat jatkuvasti. Tällä hetkellä miljoonien dollarien teollisuus, grafene odotetaan kasvavan multibillion dollar teollisuuden vain vuosikymmeniä.,

suhteessa sen paksuus, se on vahvin materiaali tunnetaan, on ylimääräinen kapellimestari sekä lämpöä että sähköä, ja on lähes 100% läpinäkyvä, jotta valo. Vuoden 2010 Nobelin Fysiikan Palkinnon meni Andre Geim ja Konstantin Novoselov uraauurtavalle kokeiluja, joissa grafeeni, ja kaupallisia sovelluksia on vain kasvanut. Tähän mennessä grafeeni on ohuin materiaali tunnetaan, ja pelkkä kuuden vuoden ero Geim ja Novoselov on työtä ja heidän Nobel-palkinto on yksi lyhin historiassa fysiikka.,

pyrkimys tehdä materiaaleja vaikeampaa, vahvempi, enemmän naarmuuntumaton, kevyempi, tiukempi, jne., ei luultavasti koskaan lopu., Jos ihmiskunta voi työntää käytettävissämme olevien materiaalien rajoja kauemmas kuin koskaan aikaisemmin, sovellutukset toteutuskelpoisuuteen voivat vain laajentua. Sukupolvia sitten, ajatus, mikroelektroniikan, transistorit, tai kyky manipuloida yksittäisiä atomeja oli varmasti yksinoikeudella valtakunta science-fiction. Nykyään ne ovat niin yleisiä, että pidämme niitä kaikkia itsestäänselvyytenä.

Kuten me viilettää koko voima osaksi nanoteknologia iän, materiaalien, kuten niitä on kuvattu tässä tullut yhä tärkeämpää ja arjen elämänlaatua., On hienoa elää sivilisaatiossa, jossa timantit eivät ole enää kovinta tunnettua materiaalia; tieteelliset edistysaskeleet hyödyttävät koko yhteiskuntaa. 2000-luvun edetessä näemme, mitä näillä uusilla materiaaleilla on yhtäkkiä mahdollista.