Există 6 mai Puternică Materiale de Pe Pământ, Care Sunt mai Greu Decât Diamantele

carbonul este unul dintre cele mai fascinante elemente din natură, cu proprietăți chimice și fizice, spre deosebire de orice alt element. Cu doar șase protoni în nucleul său, este cel mai ușor element abundent capabil să formeze o mulțime de legături complexe. Toate formele de viață cunoscute sunt pe bază de carbon, deoarece proprietățile sale atomice îi permit să se conecteze cu până la alți patru atomi simultan., Geometriile posibile ale acestor legături permit, de asemenea, carbonului să se auto-asambleze, în special sub presiuni mari, într-o rețea cristalină stabilă. Dacă condițiile sunt corecte, atomii de carbon pot forma o structură solidă, ultra-dură, cunoscută sub numele de diamant.deși diamante cunoscut ca cel mai greu material din lume, există de fapt șase materiale care sunt mai greu. Diamantele sunt încă unul dintre cele mai grele materiale naturale și abundente de pe Pământ, dar aceste șase materiale au bătut-o.,pânza păianjenului din scoarța lui Darwin este cea mai mare pânză de tip orb produsă de orice păianjen de pe Pământ și… mătasea păianjenului de scoarță al lui Darwin este cea mai puternică dintre toate tipurile de mătase de păianjen. Cea mai lungă singură șuviță este măsurată la 82 de picioare; o șuviță care a înconjurat întregul Pământ ar cântări doar 1 kilogram.

Carles Lalueza-Fox, Ingi Agnarsson, Matjaž Kuntner, Todd A., Blackledge (2010)

mențiune onorabilă: există trei materiale terestre care nu sunt la fel de dure ca diamantul, dar sunt încă remarcabil de interesante pentru puterea lor într-o varietate de moduri. Odată cu apariția nanotehnologiei — alături de dezvoltarea înțelegerilor la scară nanometrică a materialelor moderne — recunoaștem acum că există multe valori diferite pentru a evalua materiale interesante și extreme din punct de vedere fizic.din punct de vedere biologic, mătasea de păianjen este notorie ca fiind cea mai dură., Cu un raport rezistență-greutate mai mare decât majoritatea materialelor convenționale, cum ar fi aluminiu sau oțel, este remarcabil și pentru cât de subțire și lipicioasă este. Dintre toți păianjenii din lume, păianjenii de scoarță ai lui Darwin au cel mai dur: de zece ori mai puternici decât kevlar. Este atât de subțire și ușoară încât aproximativ o jumătate de kilogram (454 grame) de mătase de păianjen de scoarță a lui Darwin ar compune o șuviță suficient de lungă pentru a urmări circumferința întregii planete.carbura de siliciu, prezentată aici post-asamblare, se găsește în mod normal ca fragmente mici de natural…, care apar moissanite minerale. Granulele pot fi sinterizate împreună pentru a forma structuri complexe, frumoase, cum ar fi cea prezentată aici în acest eșantion de material. Scott Horvath, USGS

pentru un mineral natural, carbura de siliciu — Găsită în mod natural sub formă de moissanit — este doar puțin mai puțin în duritate decât diamantele. (Este încă mai greu decât orice mătase de păianjen.,) Un amestec chimic de siliciu și carbon, care ocupă aceeași familie în tabelul periodic ca unul pe altul, granulele de carbură de siliciu au fost produse în masă din 1893. Ele pot fi lipite împreună printr-un proces de înaltă presiune, dar la temperaturi scăzute, cunoscut sub numele de sinterizare pentru a crea materiale ceramice extrem de dure.,aceste materiale nu sunt utile doar într-o mare varietate de aplicații care profită de duritate, cum ar fi frânele și ambreiajele auto, plăcile în veste antiglonț și chiar armura de luptă potrivită pentru tancuri, dar au și proprietăți semiconductoare incredibil de utile pentru utilizarea în electronică.matricele de piloni ordonate, prezentate aici în verde, au fost folosite de oamenii de știință ca medii poroase avansate… separați diverse materiale. Prin încorporarea nanosfere de silice, aici, oamenii de știință pot crește suprafața utilizată pentru a separa și filtra materiale mixte., Nanosferele prezentate aici sunt doar un exemplu particular de nanosfere, iar soiul de auto-asamblare este aproape la egalitate cu diamantele pentru rezistența materialului.

Oak Ridge National Laboratories / flickr

Mici sfere de siliciu, de la 50 de nanometri în diametru de până la doar 2 nanometri, au fost create pentru prima dată acum 20 de ani la Departamentul de Energie de la Sandia National Laboratories., Ceea ce este remarcabil la aceste nanosfere este că sunt goale, se auto-asamblează în sfere, și pot chiar să cuibărească unul în altul, rămânând în același timp cel mai rigid material cunoscut omenirii, doar puțin mai puțin dur decât diamantele.auto-asamblarea este un instrument incredibil de puternic în natură, dar materialele biologice sunt slabe în comparație cu cele sintetice. Aceste nanoparticule auto-asamblate ar putea fi folosite pentru a crea materiale personalizate cu aplicații de la purificatoare de apă mai bune la celule solare mai eficiente, de la catalizatori mai rapizi la electronice de ultimă generație., Tehnologia de vis a acestor nanosfere auto-asamblate este totuși o armură de corp imprimabilă, personalizată conform specificațiilor utilizatorului.diamantele pot fi comercializate ca forever, dar au limite de temperatură și presiune la fel ca oricare alta… alte materiale convenționale. În timp ce majoritatea materialelor terestre nu pot zgâria un diamant, există șase materiale care, cel puțin prin multe măsuri, sunt mai puternice și/sau mai dure decât aceste laturi de carbon care apar în mod natural.,diamantele, desigur, sunt mai greu decât toate acestea, și încă ceas în la #7 pe lista all-time de cele mai grele materiale găsite sau create pe Pământ. În ciuda faptului că au fost depășite atât de alte materiale naturale (dar rare), cât și de cele sinetetice, realizate de om, ele dețin încă un record important.diamantele rămân materialul cel mai rezistent la zgârieturi cunoscut omenirii. Metalele precum titanul sunt mult mai puțin rezistente la zgârieturi și chiar și ceramica extrem de dură sau carbura de tungsten nu pot concura cu diamantele în ceea ce privește duritatea sau rezistența la zgârieturi., Alte cristale cunoscute pentru duritatea lor extremă, cum ar fi rubinele sau safirele, încă nu au diamante.dar șase materiale au chiar bătaia diamantului în ceea ce privește duritatea.la fel ca carbonul poate fi asamblat într-o varietate de configurații, nitrura de bor poate prelua… configurații amorfe, hexagonale, cubice sau tetraedrice (wurtzite). Structura nitrurii de bor în configurația sa wurtzite este mai puternică decât diamantele., Nitrura de bor poate fi de asemenea utilizată pentru a construi nanotuburi, aerogeluri și o mare varietate de alte aplicații fascinante.

Benjah-bmm27 / domeniul public

6.) Nitrură de bor de wurtzit. În loc de carbon, puteți face un cristal dintr-un număr de alți atomi sau compuși, iar unul dintre ei este nitrura de bor (BN), unde elementele 5 și 7 din tabelul periodic se reunesc pentru a forma o varietate de posibilități. Poate fi amorf (necristalin), hexagonal (similar cu grafitul), cubic (similar cu diamantul, dar puțin mai slab) și forma wurtzită.,ultima dintre aceste forme este atât extrem de rară, dar și extrem de grea. Formată în timpul erupțiilor vulcanice, a fost descoperită doar în cantități mici, ceea ce înseamnă că nu i-am testat proprietățile de duritate experimental. Cu toate acestea, formează un alt tip de rețea de cristal — una tetraedrică în loc de una cubică centrată pe față-care este cu 18% mai greu decât diamantul, conform celor mai recente simulări.două diamante din craterul Popigai, un crater format cu cauza cunoscută a unui atac de meteoriți. La…, obiectul din dreapta (marcat a) este compus exclusiv din diamant, în timp ce obiectul din stânga (marcat b) este un amestec de diamant și cantități mici de lonsdaleit. Dacă lonsdaleitul ar putea fi construit fără impurități de orice tip, ar fi superior din punct de vedere al rezistenței și durității diamantului pur.Hiroaki Ohfuji și colab., Natura (2015)

5. Lonsdaleite. Imaginați-vă că aveți un meteorit plin de carbon și, prin urmare, care conține grafit, care trece prin atmosfera noastră și se ciocnește cu planeta Pământ., În timp ce s-ar putea imagina un meteor care se încadrează ca corp incredibil de fierbinte, este doar straturile exterioare care devin fierbinți; interiorul rămâne rece pentru majoritatea (sau chiar, potențial, toate) călătoriei lor spre Pământ.cu toate acestea, la impactul cu suprafața Pământului, presiunile din interior devin mai mari decât orice alt proces natural de pe suprafața planetei noastre și determină comprimarea grafitului într-o structură cristalină. Cu toate acestea, nu posedă zăbrele cubice ale unui diamant, ci o zăbrele hexagonale, care poate atinge de fapt durități care sunt cu 58% mai mari decât ceea ce realizează diamantele., În timp ce exemple reale de Lonsdaleite conțin impurități suficiente pentru a le face mai moi decât diamantele, un meteorit de grafit fără impurități care lovește Pământul ar produce, fără îndoială, material mai greu decât orice diamant terestru.

4.) Dyneema., De aici, lăsăm în urmă tărâmul substanțelor care apar în mod natural. Dyneema, un polimer din polietilenă termoplastică, este neobișnuit pentru a avea o greutate moleculară extraordinar de mare. Majoritatea moleculelor despre care știm sunt lanțuri de atomi cu câteva mii de unități de masă atomică (protoni și/sau neutroni) în total. Dar UHMWPE (pentru polietilena cu greutate moleculară foarte mare) are lanțuri extrem de lungi, cu o masă moleculară în milioane de unități de masă atomică.,cu lanțuri foarte lungi pentru polimerii lor, interacțiunile intermoleculare sunt întărite substanțial, creând un material foarte dur. Este atât de dur, de fapt, încât are cea mai mare rezistență la impact a oricărui termoplastic cunoscut. A fost numită cea mai puternică fibră din lume și depășește toate cablurile de ancorare și remorcare. În ciuda faptului că este mai ușor decât apa, poate opri gloanțele și are de 15 ori rezistența unei cantități comparabile de oțel.Micrografia crestăturii deformate din sticlă metalică pe bază de paladiu prezintă o ecranare extinsă din plastic…, o fisură inițial ascuțită. Inset este o vedere mărită a unui decalaj de forfecare (săgeată) dezvoltat în timpul alunecării din plastic înainte de deschiderea fisurii. Microaliajele de paladiu au cea mai mare rezistență și duritate combinată a oricărui material cunoscut.

Robert Ritchie și Marios Demetriou

3.) Sticlă de microaliaj de paladiu. Este important să recunoaștem că există două proprietăți importante pe care le au toate materialele fizice: puterea, care este câtă forță poate rezista înainte de a se deforma și duritatea, care este câtă energie este nevoie pentru a o rupe sau fractura., Majoritatea ceramicii sunt puternice, dar nu dure, sfărâmându-se cu mânere de viciu sau chiar atunci când sunt aruncate de la o înălțime modestă. Materialele elastice, cum ar fi cauciucul, pot conține multă energie, dar sunt ușor deformabile și nu sunt deloc puternice.cele mai multe materiale sticloase sunt fragile: puternice, dar nu deosebit de dure. Chiar și sticla armată, cum ar fi Pyrex sau Gorilla Glass, nu este deosebit de dură pe scara materialelor., Dar, în 2011, cercetătorii au dezvoltat un nou microalloy de sticlă oferind cinci elemente (fosfor, siliciu, germaniu, argint și paladiu), unde palladium oferă o cale pentru formarea de forfecare benzi, permițând sticlă de plastic se deformează mai degrabă decât crack. Învinge toate tipurile de oțel, precum și orice altceva mai mic pe această listă, pentru combinația sa atât de rezistență, cât și de duritate. Este cel mai greu material să nu includă carbon.

2.) Buckypaper. Este bine cunoscut încă de la sfârșitul secolului 20 că există o formă de carbon care este chiar mai greu decât diamantele: nanotuburile de carbon., Prin legarea carbonului într-o formă hexagonală, acesta poate ține o structură rigidă în formă cilindrică mai stabil decât orice altă structură cunoscută de omenire. Dacă luați un agregat de nanotuburi de carbon și creați o foaie macroscopică a acestora, puteți crea o foaie subțire a acestora: buckypaper.fiecare nanotub individual are doar între 2 și 4 nanometri, dar fiecare este incredibil de puternic și dur. Este doar 10% greutatea oțelului, dar are o rezistență de sute de ori mai mare., Este rezistent la foc, extrem de conductiv termic, posedă proprietăți extraordinare de ecranare electromagnetică și ar putea duce la știința materialelor, electronică, aplicații militare și chiar biologice. Dar buckypaper nu poate fi făcut din 100% nanotuburi, ceea ce este probabil ceea ce îl ține în afara locului de top din această listă.Grafenul, în configurația sa ideală, este o rețea fără defecte de atomi de carbon legați într-o… aranjament perfect hexagonal. Acesta poate fi privit ca o gamă infinită de molecule aromatice.,

AlexanderAlUS / CORE-Materiale de flickr

1.) Grafen. În sfârșit: o rețea hexagonală de carbon care are doar un singur atom gros. Asta e ceea ce o foaie de grafen este, fără îndoială materialul cel mai revoluționar care urmează să fie dezvoltate și utilizate în secolul 21. Este elementul structural de bază al nanotuburilor de carbon în sine, iar aplicațiile cresc continuu. În prezent, o industrie de milioane de dolari, grafenul este de așteptat să crească într-o industrie de miliarde de dolari în doar decenii.,proporțional cu grosimea sa, este cel mai puternic material cunoscut, este un conductor extraordinar atât de căldură, cât și de energie electrică și este aproape 100% transparent la lumină. Premiul Nobel pentru Fizică din 2010 a fost acordat lui Andre Geim și Konstantin Novoselov pentru experimente inovatoare care implică grafen, iar aplicațiile comerciale au crescut doar. Până în prezent, grafenul este cel mai subțire material cunoscut, iar diferența de șase ani dintre lucrarea lui Geim și Novoselov și Premiul Nobel este una dintre cele mai scurte din istoria fizicii.,cristalul K-4 constă exclusiv din atomi de carbon aranjați într-o rețea, dar cu un… unghiul de legătură neconvențional în comparație cu grafitul, diamantul sau grafenul. Aceste proprietăți inter-atomice pot duce la proprietăți fizice, chimice și materiale drastic diferite, chiar și cu formule chimice identice pentru o varietate de structuri.

Workbit/Wikimedia Commons

încercarea de a face materialele mai grele, mai puternice, mai rezistente la zgârieturi, mai ușoare, mai dure etc., probabil că nu se va termina niciodată., Dacă umanitatea poate împinge frontierele materialelor disponibile pentru noi mai departe decât oricând, Aplicațiile pentru ceea ce devine fezabil nu se pot extinde decât. Cu generații în urmă, ideea microelectronicii, a tranzistorilor sau a capacității de a manipula atomii individuali era cu siguranță exclusivă pentru domeniul science-fiction. Astăzi, ele sunt atât de comune încât le luăm pe toate de la sine.pe măsură ce înaintăm cu toată forța în era nanotehnologiei, materiale precum cele descrise aici devin din ce în ce mai importante și omniprezente pentru calitatea vieții noastre., Este un lucru minunat să trăiești într-o civilizație în care diamantele nu mai sunt cel mai greu material cunoscut; progresele științifice pe care le facem beneficiază societatea în ansamblu. Pe măsură ce secolul 21 se desfășoară, vom vedea cu toții ce devine brusc posibil cu aceste materiale noi.