I sin verksamhet använder en person olika kvaliteter av ämnen och material. Och inte oviktigt är deras styrka och tillförlitlighet. De hårdaste materialen i naturen och de som skapats på konstgjord väg kommer att diskuteras i den här artikeln.
Common Standard
För att bestämma hållfastheten hos materialet används Mohs-skalan - en skala för att bedöma ett materials hårdhet genom dess reaktion på repor. För lekmannen är det hårdaste materialet diamant. Du kommer att bli förvånad, men detta mineral är bara någonstans på 10:e plats bland de svåraste. I genomsnitt anses ett material vara superhårt om dess värden är över 40 GPa. Dessutom, när man identifierar det hårdaste materialet i världen, bör man också ta hänsyn till dess ursprung. Samtidigt beror styrka och hållbarhet ofta på inverkan av yttre faktorer på den.
Det hårdaste materialet på jorden
I det här avsnittet kommer vi att uppmärksamma kemiska föreningar med en ovanlig kristallstruktur, som är mycket starkare än diamanter och mycket väl kan repa den. Låt oss tatopp 6 hårdaste konstgjorda materialen, börjar med det minst hårda.
- Kolnitrid - bor. Denna prestation av modern kemi har ett styrkeindex på 76 GPa.
- Graphene aerogel (aerographene) är ett material 7 gånger lättare än luft, som återställer sin form efter 90 % kompression. Ett otroligt slitstarkt material som också kan absorbera 900 gånger sin egen vikt i vätska eller till och med olja. Detta material är planerat att användas vid oljeutsläpp.
- Graphene är en unik uppfinning och det mest hållbara materialet i universum. Lite mer om honom nedan.
- Carbin är en linjär polymer av allotropiskt kol, av vilken supertunna (1 atom) och superstarka rör är gjorda. Under lång tid kunde ingen bygga ett sådant rör med en längd på mer än 100 atomer. Men österrikiska forskare från universitetet i Wien lyckades övervinna denna barriär. Dessutom, om tidigare karbin syntetiserades i små mängder och var mycket dyr, är det idag möjligt att syntetisera det i ton. Detta öppnar upp nya horisonter för rymdteknik och vidare.
- Elbor (kingsongite, cubonite, borazon) är en nanodesignad förening som idag används flitigt vid metallbearbetning. Hårdhet - 108 GPa.
Fullerite är det hårdaste materialet på jorden som människan känner till idag. Dess styrka på 310 GPa säkerställs av det faktum att den inte består av enskilda atomer, utan av molekyler. Dessa kristaller kommer lätt att repa en diamant som en smörkniv
Människahänders mirakel
Grafen är en annan uppfinning av mänskligheten baserad på allotropa modifieringar av kol. Det ser ut som en tunn film med en atomtjocklek, men 200 gånger starkare än stål, med exceptionell flexibilitet.
Det handlar om grafen som de säger att för att sticka hål på det måste en elefant stå på spetsen av en penna. Samtidigt är dess elektriska ledningsförmåga 100 gånger högre än datorchips kisel. Mycket snart lämnar den laboratorier och kommer in i vardagen i form av solpaneler, mobiltelefoner och moderna datorchips.
Två mycket sällsynta resultat av anomalier i naturen
I naturen finns det mycket sällsynta föreningar som har otrolig styrka.
- Bornitrid är ett ämne vars kristaller har en specifik wurtzitform. Med applicering av belastningar omfördelas förbindelserna mellan atomerna i kristallgittret, vilket ökar styrkan med 75%. Hårdhetsindex är 114 GPa. Detta ämne bildas under vulkanutbrott, det är mycket litet till sin natur.
- Lonsdaleite (på huvudbilden) är en allotrop kolförening. Materialet hittades i en meteoritkrater och tros ha bildats av grafit under explosionsförhållandena. Hårdhetsindex är 152 GPa. Finns sällan i naturen.
Wonders of wildlife
Bland de levande varelserna på vår planet finns de som har något väldigt speciellt.
- Web of Caaerostris darwini. Tråden som Darwins spindel avger är starkare än stål ochhårdare än kevlar. Det var denna webb som NASA-forskare tog i bruk i utvecklingen av rymdskyddsdräkter.
- Clam teeth Sea limpet - deras fibrösa struktur studeras nu av bionik. De är så starka att de låter blötdjuret slita av algerna som vuxit in i stenen.
Järnbjörk
Ett annat naturens mirakel är Schmidts björk. Dess trä är det hårdaste naturliga materialet av biologiskt ursprung. Den växer i Fjärran Östern i Kedrovaya Pad Nature Reserve och är listad i Röda boken. Styrkan är jämförbar med järn och gjutjärn. Men den är inte utsatt för korrosion och förfall.
Den allestädes närvarande användningen av Schmidt björkträ, som inte ens kulor kan penetrera, hindras av dess exceptionella sällsynthet.
Den hårdaste av metaller
Detta är en blå-vit metall - krom. Men dess styrka beror på dess renhet. I naturen innehåller den 0,02 %, vilket inte alls är så litet. Det utvinns från silikatstenar. Meteoriter som faller till jorden innehåller också mycket krom.
Den är korrosionsbeständig, värmebeständig och eldfast. Krom finns i många legeringar (kromstål, nikrom) som används i stor utsträckning inom industrin och i antikorrosionsbeläggningar.
Starkare tillsammans
En metall är bra, men vissa kombinationer kan ge legeringen fantastiska egenskaper.
En superstark legering av titan och guld är det enda starka materialet som har visat sig vara biokompatibelt med levande vävnader. Beta-Ti3Au-legeringen är så stark att denomöjligt att mala i en mortel. Det är redan idag klart att detta är framtiden för olika implantat, konstgjorda leder och ben. Dessutom kan den appliceras på borrning, sportutrustning och många andra områden i våra liv.
En legering av palladium, silver och vissa metalloider kan också ha liknande egenskaper. Forskare från C altech Institute arbetar med detta projekt idag.
Framtiden för 20 USD per nystan
Vilket är det svåraste materialet någon på gatan kan köpa idag? För bara $20 kan du köpa 6 meter Braeön-tejp. Sedan 2017 har den varit till försäljning från tillverkaren Dustin McWilliams. Den kemiska sammansättningen och tillverkningsmetoden är strikt konfidentiell, men dess kvaliteter är fantastiska.
Vad som helst kan fästas med tejp. För att göra detta måste den lindas runt delarna som ska fästas, värmas upp med en vanlig tändare, plastkompositionen måste ges den önskade formen och det är det. Efter kylning tål fogen en belastning på 1 ton.
Både hårt och mjukt
Under 2017 dök information upp om skapandet av ett fantastiskt material - det hårdaste och mjukaste på samma gång. Detta metamaterial uppfanns av forskare från University of Michigan. De lyckades lära sig att kontrollera materialets struktur och få det att uppvisa olika egenskaper.
När den till exempel används för att skapa bilar, kommer kroppen att vara stel när den rör sig och mjuk när den kolliderar. Kroppen absorberar kontaktenergi och skyddar passageraren.
