Nelle sue attività, una persona utilizza varie qualità di sostanze e materiali. E non poco importante è la loro forza e affidabilità. I materiali più duri in natura e quelli creati artificialmente saranno discussi in questo articolo.
Standard comune
Per determinare la resistenza del materiale, viene utilizzata la scala di Mohs, una scala per valutare la durezza di un materiale in base alla sua reazione al graffio. Per il profano, il materiale più duro è il diamante. Rimarrai sorpreso, ma questo minerale è solo da qualche parte al 10° posto tra i più duri. In media, un materiale è considerato superduro se i suoi valori sono superiori a 40 GPa. Inoltre, quando si identifica il materiale più duro al mondo, si dovrebbe tenere conto anche della natura della sua origine. Allo stesso tempo, la forza e la durata dipendono spesso dall'impatto di fattori esterni su di esso.
Il materiale più duro sulla Terra
In questa sezione, presteremo attenzione ai composti chimici con una struttura cristallina insolita, che sono molto più forti dei diamanti e potrebbero graffiarli. Portiamoi primi 6 materiali artificiali più duri, a cominciare da quello meno duro.
- Nitruro di carbonio - boro. Questo risultato della chimica moderna ha un indice di forza di 76 GPa.
- Grafene aerogel (aerografene) è un materiale 7 volte più leggero dell'aria, che ripristina la sua forma dopo una compressione del 90%. Un materiale straordinariamente resistente che può anche assorbire 900 volte il proprio peso in liquidi o addirittura in olio. Questo materiale dovrebbe essere utilizzato in fuoriuscite di petrolio.
- Il grafene è un'invenzione unica e il materiale più durevole dell'universo. Di seguito un po' di più su di lui.
- Carbin è un polimero lineare di carbonio allotropico, da cui sono realizzati tubi super sottili (1 atomo) e super resistenti. Per molto tempo nessuno è stato in grado di costruire un tubo del genere con una lunghezza di oltre 100 atomi. Ma gli scienziati austriaci dell'Università di Vienna sono riusciti a superare questa barriera. Inoltre, se in precedenza la carabina era sintetizzata in piccole quantità ed era molto costosa, oggi è possibile sintetizzarla in tonnellate. Questo apre nuovi orizzonti per la tecnologia spaziale e oltre.
- Elbor (kingsongite, cubonite, borazone) è un composto nanoprogettato ampiamente utilizzato oggi nella lavorazione dei metalli. Durezza - 108 GPa.
Fullerite è il materiale più duro sulla Terra che l'uomo conosca oggi. La sua forza di 310 GPa è assicurata dal fatto che non è costituito da singoli atomi, ma da molecole. Questi cristalli graffieranno facilmente un diamante come un coltello da burro
Il miracolo delle mani umane
Il grafene è un' altra invenzione dell'umanità basata su modificazioni allotropiche del carbonio. Sembra una pellicola sottile spessa un atomo, ma 200 volte più resistente dell'acciaio, con una flessibilità eccezionale.
Si tratta del grafene che dicono che per perforarlo, un elefante deve stare sulla punta di una matita. Allo stesso tempo, la sua conduttività elettrica è 100 volte superiore al silicio dei chip dei computer. Molto presto lascerà i laboratori ed entrerà nella vita di tutti i giorni sotto forma di pannelli solari, telefoni cellulari e moderni chip per computer.
Due rarissimi risultati di anomalie in natura
In natura ci sono composti molto rari che hanno una forza incredibile.
- Il nitruro di boro è una sostanza i cui cristalli hanno una forma specifica di wurtzite. Con l'applicazione dei carichi, le connessioni tra gli atomi nel reticolo cristallino vengono ridistribuite, aumentando la resistenza del 75%. L'indice di durezza è 114 GPa. Questa sostanza si forma durante le eruzioni vulcaniche, è di natura molto piccola.
- Lonsdaleite (nella foto principale) è un composto allotropico di carbonio. Il materiale è stato trovato in un cratere di un meteorite e si pensa che si sia formato dalla grafite nelle condizioni dell'esplosione. L'indice di durezza è 152 GPa. Raramente trovato in natura.
Meraviglie della fauna selvatica
Tra gli esseri viventi sul nostro pianeta, ci sono quelli che hanno qualcosa di molto speciale.
- Web di Caaerostris darwini. Il filo che emette il ragno di Darwin è più forte dell'acciaio epiù duro del kevlar. È stata questa rete che gli scienziati della NASA hanno messo in servizio nello sviluppo di tute protettive spaziali.
- Denti da vongola Patella di mare: la loro struttura fibrosa è ora allo studio della bionica. Sono così forti che permettono al mollusco di strappare le alghe che sono cresciute nella pietra.
Betulla di ferro
Un altro miracolo della natura è la betulla di Schmidt. Il suo legno è il materiale naturale più duro di origine biologica. Cresce in Estremo Oriente nella Riserva Naturale di Kedrovaya Pad ed è elencato nel Libro rosso. La forza è paragonabile al ferro e alla ghisa. Ma non è soggetto a corrosione e decadimento.
L'uso diffuso del legno di betulla Schmidt, che nemmeno i proiettili possono penetrare, è ostacolato dalla sua eccezionale rarità.
Il più duro dei metalli
Questo è un metallo bianco-blu - cromato. Ma la sua forza dipende dalla sua purezza. In natura ne contiene lo 0,02%, che non è affatto così piccolo. Viene estratto dalle rocce silicatiche. Anche i meteoriti che cadono sulla Terra contengono molto cromo.
È resistente alla corrosione, al calore e refrattario. Il cromo si trova in molte leghe (acciaio al cromo, nichelcromo) ampiamente utilizzate nell'industria e nei rivestimenti decorativi anticorrosivi.
Più forti insieme
Un metallo va bene, ma alcune combinazioni possono conferire alla lega proprietà sorprendenti.
Una lega super resistente di titanio e oro è l'unico materiale resistente che ha dimostrato di essere biocompatibile con i tessuti viventi. La lega beta-Ti3Au è così resistenteimpossibile da macinare nel mortaio. È già chiaro oggi che questo è il futuro di vari impianti, articolazioni artificiali e ossa. Inoltre, può essere applicato alla perforazione, alle attrezzature sportive e a molte altre aree della nostra vita.
Anche una lega di palladio, argento e alcuni metalloidi può avere proprietà simili. Gli scienziati del C altech Institute stanno lavorando a questo progetto oggi.
Il futuro a $20 a matassa
Qual è il materiale più duro che chiunque può comprare per strada oggi? Per soli $ 20, puoi acquistare 6 metri di nastro Braeön. Dal 2017 è in vendita dal produttore Dustin McWilliams. La composizione chimica e il metodo di produzione sono tenuti in assoluta riservatezza, ma le sue qualità sono sorprendenti.
Tutto può essere fissato con del nastro adesivo. Per fare questo, deve essere avvolto attorno alle parti da fissare, riscaldato con un normale accendino, alla composizione di plastica deve essere data la forma desiderata e il gioco è fatto. Dopo il raffreddamento, il giunto resisterà a un carico di 1 tonnellata.
Sia duro che morbido
Nel 2017 sono apparse informazioni sulla creazione di un materiale straordinario, il più duro e il più morbido allo stesso tempo. Questo metamateriale è stato inventato dagli scienziati dell'Università del Michigan. Sono riusciti a imparare a controllare la struttura del materiale e a fargli esibire varie proprietà.
Ad esempio, quando lo usi per creare automobili, il corpo sarà rigido quando si muove e morbido quando si scontra. Il corpo assorbe l'energia di contatto e protegge il passeggero.
