Il y a 6 ‘matériaux les plus forts’ sur Terre qui sont plus durs que les diamants

Le carbone est l’un des éléments les plus fascinants de toute la nature, avec des propriétés chimiques et physiques qui ne ressemblent à aucun autre élément. Avec seulement six protons dans son noyau, c’est l’élément le plus léger et abondant capable de former une multitude de liaisons complexes. Toutes les formes de vie connues sont à base de carbone, comme ses propriétés atomiques permettent de relier jusqu’à quatre autres atomes à la fois., Les géométries possibles de ces liaisons permettent également au carbone de s’auto-assembler, en particulier sous des pressions élevées, en un réseau cristallin stable. Si les conditions sont bonnes, les atomes de carbone peuvent former une structure solide et ultra-dure connue sous le nom de diamant.

bien que les diamants soient communément connus comme le matériau le plus dur au monde, il existe en fait six matériaux plus durs. Les diamants sont toujours l’un des matériaux naturels et abondants les plus durs sur Terre, mais ces six matériaux l’ont tous battu.,

mention Honorable: il existe trois matériaux terrestres qui ne sont pas aussi durs que le diamant, mais qui sont tout de même remarquablement intéressants pour leur force dans une variété de modes. Avec l’avènement de la nanotechnologie — parallèlement au développement de la compréhension à l’échelle nanométrique des matériaux modernes — nous reconnaissons maintenant qu’il existe de nombreuses mesures différentes pour évaluer les matériaux physiquement intéressants et extrêmes.

sur le plan biologique, la soie d’araignée est réputée comme la plus résistante., Avec un rapport résistance-poids plus élevé que la plupart des matériaux conventionnels comme l’aluminium ou l’acier, il est également remarquable pour sa finesse et sa viscosité. De toutes les araignées dans le monde, les araignées d’écorce de Darwin ont le plus dur: dix fois plus fort que le kevlar. Il est si fin et léger qu’environ une Livre (454 grammes) de soie d’Araignée D’écorce de Darwin composerait un brin assez long pour tracer la circonférence de la planète entière.

pour un minéral naturel, le carbure de silicium — trouvé naturellement sous la forme de moissanite — est légèrement moins dur que les diamants. (C’est toujours plus dur que n’importe quelle soie d’Araignée.,) Un mélange chimique de silicium et de carbone, qui occupent la même famille dans le tableau périodique que l’autre, les grains de carbure de silicium ont été produits en série depuis 1893. Ils peuvent être liés ensemble par un processus à haute pression mais à basse température connu sous le nom de frittage pour créer des matériaux céramiques extrêmement durs.,

ces matériaux sont non seulement utiles dans une grande variété d’applications qui tirent parti de la dureté, telles que les freins et les embrayages de voiture, les plaques dans les gilets pare-balles et même les armures de combat adaptées aux chars, mais ils ont également des propriétés semi-conductrices incroyablement utiles pour l’électronique.

de minuscules sphères de silice, de 50 nanomètres de diamètre à seulement 2 nanomètres, ont été créées pour la première fois il y a environ 20 ans aux Sandia National Laboratories du Département de l’énergie., Ce qui est remarquable dans ces nanosphères, c’est qu’elles sont creuses, qu’elles s’auto-assemblent en sphères, et qu’elles peuvent même se nicher les unes dans les autres, tout en restant le matériau le plus rigide connu de l’humanité, à peine moins dur que les diamants.

l’Auto-assemblage est un outil incroyablement puissant dans la nature, mais les matériaux biologiques sont faibles comparativement à ceux synthétiques. Ces nanoparticules auto-assemblables pourraient être utilisées pour créer des matériaux personnalisés avec des applications allant de meilleurs purificateurs d’eau à des cellules solaires plus efficaces, des catalyseurs plus rapides à l’électronique de nouvelle génération., La technologie de rêve de ces nanosphères auto-assemblables, cependant, est une armure corporelle imprimable, personnalisée selon les spécifications de l’utilisateur.

Les diamants, bien sûr, sont plus durs que tous ces éléments, et figurent toujours au 7e rang de tous les temps sur la liste des matériaux les plus durs trouvés ou créés sur Terre. Malgré le fait qu’ils ont été surpassés par d’autres matériaux naturels (mais rares) et synéthiques, fabriqués par l’homme, ils détiennent toujours un record important.

Les diamants restent le matériau le plus résistant aux rayures connu de l’humanité. Les métaux comme le titane sont beaucoup moins résistants aux rayures, et même les céramiques extrêmement dures ou le carbure de tungstène ne peuvent rivaliser avec les diamants en termes de dureté ou de résistance aux rayures., D’autres cristaux connus pour leur dureté extrême, tels que les rubis ou les saphirs, sont encore à court de diamants.

mais six matériaux ont même le battement de diamant tant vanté en termes de dureté.

6.) Nitrure de bore de Wurtzite. Au lieu de carbone, vous pouvez faire un cristal à partir d’un certain nombre d’autres atomes ou composés, et l’un d’eux est le nitrure de bore (BN), où les 5ème et 7ème éléments du tableau périodique se réunissent pour former une variété de possibilités. Il peut être amorphe (non cristallin), hexagonal (similaire au graphite), cubique (similaire au diamant, mais légèrement plus faible) et la forme wurtzite.,

La dernière de ces formes est à la fois extrêmement rares, mais aussi extrêmement dur. Formé lors d’éruptions volcaniques, il n’a jamais été découvert en quantités infimes, ce qui signifie que nous n’avons jamais testé ses propriétés de dureté expérimentalement. Cependant, il forme un autre type de réseau cristallin — un réseau tétraédrique au lieu d’un réseau cubique centré sur la face-qui est 18% plus dur que le diamant, selon les simulations les plus récentes.

5.) Lonsdaléite. Imaginez que vous avez un météore plein de carbone, et donc contenant du graphite, qui se précipite à travers notre atmosphère et entre en collision avec la planète Terre., Alors que vous pourriez imaginer un météore qui tombe comme un corps incroyablement chaud, ce ne sont que les couches extérieures qui deviennent chaudes; l’intérieur reste frais pour la plupart (ou même, potentiellement, tous) de leur voyage vers la Terre.

lors de l’impact avec la surface de la terre, cependant, les pressions à l’intérieur deviennent plus grandes que tout autre processus naturel à la surface de notre planète, et provoquent la compression du graphite dans une structure cristalline. Il ne possède pas le réseau cubique d’un diamant, cependant, mais un réseau hexagonal, qui peut réellement atteindre des duretés supérieures de 58% à ce que les diamants atteignent., Alors que de vrais exemples de Lonsdaléite contiennent suffisamment d’impuretés pour les rendre plus tendres que les Diamants, une météorite de graphite sans impureté frappant la Terre produirait sans aucun doute un matériau plus dur que n’importe quel diamant terrestre.

4.) Dyneema., À partir de là, nous laissons le domaine des substances naturelles derrière nous. Dyneema, un polymère de polyéthylène thermoplastique, est inhabituel pour avoir un poids moléculaire extraordinairement élevé. La plupart des molécules que nous connaissons sont des chaînes d’atomes de quelques milliers d’unités de masse atomique (protons et/ou neutrons) au total. Mais UHMWPE (pour ultra-high-molecular-weight polyéthylène) a des chaînes extrêmement longues, avec une masse moléculaire dans les millions d’unités de masse atomique.,

avec de très longues chaînes pour leurs polymères, les interactions intermoléculaires sont considérablement renforcées, créant un matériau très résistant. Il est si résistant, en fait, qu’il a la résistance aux chocs la plus élevée de tous les thermoplastiques connus. Il a été appelé la fibre la plus forte au monde et surpasse toutes les cordes d’amarrage et de remorquage. Bien qu’il soit plus léger que l’eau, il peut arrêter les balles et a 15 fois la résistance d’une quantité comparable d’acier.

3.) Verre de Palladium microalloy. Il est important de reconnaître que tous les matériaux physiques possèdent deux propriétés importantes: la résistance, qui est la force à laquelle ils peuvent résister avant de se déformer, et la ténacité, qui est la quantité d’énergie nécessaire pour les casser ou les fracturer., La plupart des céramiques sont solides mais pas résistantes, se brisant avec des poignées d’étau ou même lorsqu’elles sont tombées d’une hauteur modeste. Les matériaux élastiques, comme le caoutchouc, peuvent contenir beaucoup d’énergie, mais sont facilement déformables et pas du tout solides.

la plupart des matériaux vitreux sont cassants: solides mais pas particulièrement résistants. Même le verre renforcé, comme le Pyrex ou le Gorilla Glass, n’est pas particulièrement résistant à l’échelle des matériaux., Mais en 2011, les chercheurs ont mis au point un nouveau verre microallié comportant cinq éléments (phosphore, silicium, germanium, argent et palladium), où le palladium fournit une voie pour former des bandes de cisaillement, permettant au verre de se déformer plastiquement plutôt que de se fissurer. Il défait tous les types d’acier, ainsi que tout ce qui est inférieur sur cette liste, pour sa combinaison de résistance et de ténacité. C’est le matériau le plus difficile à ne pas inclure de carbone.

2.) Buckypaper. Il est bien connu depuis la fin du 20ème siècle qu’il existe une forme de carbone encore plus dure que les diamants: les nanotubes de carbone., En liant le carbone ensemble dans une forme hexagonale, il peut maintenir une structure cylindrique rigide de manière plus stable que toute autre structure connue de l’humanité. Si vous prenez un agrégat de nanotubes de carbone et en créez une feuille macroscopique, vous pouvez en créer une mince feuille: buckypaper.

chaque nanotube individuel n’a qu’entre 2 et 4 nanomètres de diamètre, mais chacun est incroyablement solide et résistant. C’est seulement 10% le poids de l’acier mais a a des centaines de fois la force., Il est ignifuge, extrêmement thermiquement conducteur, possède des propriétés de blindage électromagnétiques énormes, et pourrait conduire à la science des matériaux, à l’électronique, aux applications militaires et même biologiques. Mais buckypaper ne peut pas être fait de 100% nanotubes, ce qui est peut-être ce qui le maintient hors de la première place sur cette liste.

1.) De graphène. Enfin: un réseau de carbone hexagonal qui n’a qu’un seul atome d’épaisseur. C’est ce qu’est une feuille de graphène, sans doute le matériau le plus révolutionnaire à développer et à utiliser au 21e siècle. C’est l’élément structurel de base des nanotubes de carbone eux-mêmes, et les applications se développent continuellement. Actuellement une industrie de plusieurs millions de dollars, le graphène devrait devenir une industrie de plusieurs milliards de dollars en quelques décennies.,

proportionnellement à son épaisseur, c’est le matériau le plus résistant connu, est un conducteur extraordinaire de chaleur et d’électricité et est presque 100% transparent à la lumière. Le prix Nobel de physique 2010 est allé à André Geim et Konstantin Novoselov pour des expériences révolutionnaires impliquant le graphène, et les applications commerciales n’ont fait que croître. À ce jour, le graphène est le matériau le plus mince connu, et l’écart de six ans entre les travaux de Geim et Novoselov et leur prix Nobel est l’un des plus courts de l’histoire de la physique.,

La quête pour rendre les matériaux plus durs, plus forts, plus résistants aux rayures, plus légers, plus résistants, etc., est probablement jamais de fin., Si l’humanité peut repousser plus loin que jamais les frontières des matériaux à notre disposition, les applications de ce qui devient réalisable ne peuvent que s’étendre. Il y a des générations, l’idée de la microélectronique, des transistors ou de la capacité de manipuler des atomes individuels était sûrement exclusive au domaine de la science-fiction. Aujourd’hui, ils sont si communs que nous les prenons tous pour acquis.

à mesure que nous entrons de plein fouet dans l’ère des nanotechnologies, les matériaux tels que ceux décrits ici deviennent de plus en plus importants et omniprésents pour notre qualité de vie., C’est une chose merveilleuse de vivre dans une civilisation où les diamants ne sont plus le matériau le plus connu; les progrès scientifiques que nous faisons profitent à la société dans son ensemble. Alors que le 21e siècle se déroule, nous verrons tous ce qui devient soudainement possible avec ces nouveaux matériaux.