Bij zijn activiteiten gebruikt een persoon verschillende kwaliteiten van stoffen en materialen. En niet onbelangrijk is hun kracht en betrouwbaarheid. De hardste materialen in de natuur en die welke kunstmatig zijn gemaakt, worden in dit artikel besproken.
Gemeenschappelijke norm
Om de sterkte van het materiaal te bepalen, wordt de schaal van Mohs gebruikt - een schaal om de hardheid van een materiaal te beoordelen aan de hand van zijn reactie op krassen. Voor de leek is diamant het moeilijkste materiaal. Het zal je verbazen, maar dit mineraal staat slechts ergens op de 10e plaats bij de moeilijkste. Gemiddeld wordt een materiaal als superhard beschouwd als de waarden hoger zijn dan 40 GPa. Bovendien moet bij het identificeren van het hardste materiaal ter wereld ook rekening worden gehouden met de aard van de oorsprong. Tegelijkertijd hangen sterkte en duurzaamheid vaak af van de impact van externe factoren erop.
Het hardste materiaal op aarde
In dit gedeelte zullen we aandacht besteden aan chemische verbindingen met een ongebruikelijke kristalstructuur, die veel sterker zijn dan diamanten en er mogelijk krassen op maken. Laten we brengentop 6 hardste door de mens gemaakte materialen, te beginnen met de minst harde.
- Koolnitride - boor. Deze prestatie van de moderne scheikunde heeft een sterkte-index van 76 GPa.
- Grafeen-aerogel (aerographeen) is een materiaal dat 7 keer lichter is dan lucht, dat zijn vorm herstelt na 90% compressie. Een verbazingwekkend duurzaam materiaal dat ook 900 keer zijn eigen gewicht kan opnemen in vloeistof of zelfs olie. Dit materiaal is bedoeld om te worden gebruikt bij olielozingen.
- Grafeen is een unieke uitvinding en het meest duurzame materiaal in het universum. Hieronder wat meer over hem.
- Carbin is een lineair polymeer van allotrope koolstof, waaruit superdunne (1 atoom) en supersterke buizen zijn gemaakt. Lange tijd heeft niemand zo'n buis kunnen bouwen met een lengte van meer dan 100 atomen. Maar Oostenrijkse wetenschappers van de Universiteit van Wenen slaagden erin deze barrière te overwinnen. Bovendien, als eerdere karabijn in kleine hoeveelheden werd gesynthetiseerd en erg duur was, is het tegenwoordig mogelijk om het in tonnen te synthetiseren. Dit opent nieuwe horizonten voor ruimtetechnologie en daarbuiten.
- Elbor (kingsongiet, cuboniet, borazon) is een nano-ontworpen verbinding die tegenwoordig veel wordt gebruikt in metaalverwerking. Hardheid - 108 GPa.
Fullerite is het hardste materiaal op aarde dat de mensheid vandaag de dag kent. De sterkte van 310 GPa wordt verzekerd door het feit dat het niet uit individuele atomen bestaat, maar uit moleculen. Deze kristallen zullen gemakkelijk krassen maken op een diamant zoals een botermes
Het wonder van mensenhanden
Grafeen is een andere uitvinding van de mensheid op basis van allotrope modificaties van koolstof. Het ziet eruit als een dunne film van één atoom dik, maar 200 keer sterker dan staal, met uitzonderlijke flexibiliteit.
Het gaat over grafeen dat ze zeggen dat om het te doorboren een olifant op de punt van een potlood moet staan. Tegelijkertijd is de elektrische geleidbaarheid 100 keer hoger dan het silicium van computerchips. Zeer binnenkort zal het laboratoria verlaten en het dagelijks leven binnenkomen in de vorm van zonnepanelen, mobiele telefoons en moderne computerchips.
Twee zeer zeldzame resultaten van afwijkingen in de natuur
In de natuur zijn er zeer zeldzame verbindingen die een ongelooflijke kracht hebben.
- Boornitride is een stof waarvan de kristallen een specifieke wurtzietvorm hebben. Door het uitoefenen van belastingen worden de verbindingen tussen de atomen in het kristalrooster herverdeeld, waardoor de sterkte met 75% toeneemt. De hardheidsindex is 114 GPa. Deze stof wordt gevormd tijdens vulkaanuitbarstingen, het is erg klein van aard.
- Lonsdaleite (op de hoofdfoto) is een allotrope koolstofverbinding. Het materiaal werd gevonden in een meteorietkrater en zou onder de omstandigheden van de explosie uit grafiet zijn gevormd. De hardheidsindex is 152 GPa. Zelden gevonden in de natuur.
Wonderen van dieren in het wild
Onder de levende wezens op onze planeet zijn er mensen die iets heel speciaals hebben.
- Web van Caaerostris darwini. De draad die Darwins spin uitzendt is sterker dan staal enharder dan kevlar. Het was dit web dat NASA-wetenschappers in gebruik namen bij de ontwikkeling van ruimtebeschermende pakken.
- Clam-tanden Zeelimpet - hun vezelige structuur wordt nu bestudeerd door bionica. Ze zijn zo sterk dat ze het weekdier de algen laten afscheuren die in de steen zijn gegroeid.
IJzerberk
Een ander natuurwonder is de berk van Schmidt. Het hout is het hardste natuurlijke materiaal van biologische oorsprong. Het groeit in het Verre Oosten in het natuurreservaat Kedrovaya Pad en staat vermeld in het Rode Boek. Sterkte is vergelijkbaar met ijzer en gietijzer. Maar het is niet onderhevig aan corrosie en verval.
Het alomtegenwoordige gebruik van Schmidt-berkenhout, dat zelfs kogels niet kunnen doordringen, wordt belemmerd door zijn uitzonderlijke zeldzaamheid.
De hardste metalen
Dit is een blauw-wit metaal - chroom. Maar zijn kracht hangt af van zijn zuiverheid. In de natuur bevat het 0,02%, wat helemaal niet zo klein is. Het wordt gewonnen uit silicaatgesteenten. Meteorieten die naar de aarde vallen, bevatten ook veel chroom.
Het is corrosiebestendig, hittebestendig en vuurvast. Chroom wordt aangetroffen in veel legeringen (chroomstaal, nichroom) die veel worden gebruikt in de industrie en in decoratieve corrosiewerende coatings.
Samen sterker
Eén metaal is goed, maar sommige combinaties kunnen de legering geweldige eigenschappen geven.
Een supersterke legering van titanium en goud is het enige sterke materiaal waarvan bewezen is dat het biocompatibel is met levende weefsels. De beta-Ti3Au-legering is zo sterk dat hetonmogelijk te malen in een vijzel. Het is vandaag al duidelijk dat dit de toekomst is van verschillende implantaten, kunstmatige gewrichten en botten. Bovendien kan het worden toegepast op boren, sportuitrusting en vele andere gebieden van ons leven.
Een legering van palladium, zilver en sommige metalloïden kan ook vergelijkbare eigenschappen hebben. Wetenschappers van het C altech Institute werken vandaag aan dit project.
De toekomst voor $20 per streng
Wat is het moeilijkste materiaal dat iemand op straat vandaag kan kopen? Voor slechts $ 20 kun je 6 meter Braeön-tape kopen. Sinds 2017 is het te koop bij de fabrikant Dustin McWilliams. De chemische samenstelling en productiemethode worden strikt vertrouwelijk gehouden, maar de kwaliteiten zijn verbluffend.
Alles kan worden vastgemaakt met tape. Om dit te doen, moet het om de te bevestigen delen worden gewikkeld, met een gewone aansteker worden verwarmd, de kunststofsamenstelling de gewenste vorm krijgen en dat is alles. Na afkoeling is de verbinding bestand tegen een belasting van 1 ton.
Zowel hard als zacht
In 2017 verscheen er informatie over het maken van een geweldig materiaal - het hardste en zachtste tegelijk. Dit metamateriaal is uitgevonden door wetenschappers van de Universiteit van Michigan. Ze slaagden erin om te leren hoe ze de structuur van het materiaal konden beheersen en het verschillende eigenschappen konden laten vertonen.
Als je het bijvoorbeeld gebruikt om auto's te maken, zal het lichaam stijf zijn als het beweegt en zacht als het botst. Het lichaam absorbeert contactenergie en beschermt de passagier.
