Когато обмислят най-твърдия материал в света, изобретен от човека, повечето хора веднага се сещат за диаманти. И несъмнено е един от най-твърдите материали на планетата. Има обаче материали, които превъзхождат дори диамантите по издръжливост и здравина.
В тази статия ще ви кажем кой е най-твърдият материал в света и какво прави едно вещество твърдо.
Какво е твърдост
Когато говорим за чистота, твърдостта на дадено вещество се определя от неговия атомен и молекулен състав. Този състав може да бъде създаден чрез безкраен брой възможни комбинации и специфичната комбинация от елементи на всеки материал е това, което в крайна сметка определя неговите уникални химични и физически свойства.
Поради своята атомна структура въглеродът е изключително уникален материал. Въпреки че има само шест протона в ядрото си, въглеродът е способен да образува множество сложни връзки благодарение на гъвкавостта на своите геометрии на връзката. Също така забележителна е способността на въглерода да се комбинира със себе си, особено при високо налягане, където може да се генерира стабилна кристална решетка. При тези идеални условия въглеродните атоми могат да създадат забележително издръжлива структура, известна като диамант.
След появата на нанотехнологиите сега се признава, че има най-малко шест класификации на вещества, които надвишават якостта на диамантите. Освен това е много вероятно тази сума да се увеличи в бъдеще.
Най-твърдият материал в света
Вюрцит
Wurtzite е известен със своята изключителна издръжливост, често сравнявана със силата на втвърдената магма на вулкан. Използвайки атоми, различни от въглерод, е възможно да се генерира кристал с борен нитрид (BN) като един от компонентите. Това създава множество възможности, тъй като петият и седмият елемент на периодичната таблица обединяват сили. Получената комбинация може да съществува в различни форми, включително аморфна (некристална), хексагонална (подобна на графит), кубична (донякъде по-мека от диамант) и вюрцит.
От всички възможни вариации крайната форма е най-странната и изключително трудна за производство. Вюрцитът възниква само по време на вулканични изригвания и е открит в ограничени количества, така че точните му свойства на твърдост не са тествани в по-голям мащаб. Въпреки това, вюрцитът представлява различен тип кристална решетка, която е тетраедрична, а не лицево-центрирана кубична. Последните симулации показват, че той надминава диаманта с 18% по твърдост.
Лонсдейлит
Lonsdaleite е минерал, чиято твърдост е тема от интерес, особено в областта на изследването на метеорити. Ако си представим сценарий, при който метеорит, съдържащ въглерод, по-специално графит, навлезе в земната атмосфера и влезе в контакт с нашата планета, би било логично да предположим, че това тяло ще бъде изключително горещо при удара. Истината обаче е, че само външните слоеве на метеорита биха били подложени на нагряване, докато вътрешността остава студена през по-голямата част от пътуването му до Земята.
При удара, упражнените вътрешни сили са несравними с никой друг природен феномен на повърхността на Земята. Това огромно налягане кара графита да претърпи трансформация, което води до силно кристална структура. За разлика от диаманта, тази структура не е кубична, а шестоъгълна, което води до твърдост, която надвишава диаманта с 58%.
Dyneema
Dyneema е влакно, за което се знае, че е по-здраво от стоманата. Отдалечавайки се от естествените вещества, ще преминем към синтетични материали. Когато говорим за Dyneema, важно е да се отбележи, че това е термопластичен полиетиленов полимер с изключителни характеристики: молекулното му тегло е много високо. Повечето молекули се състоят от вериги от атоми, които имат общо няколко хиляди единици атомна маса (протони и/или неутрони).
Въпреки това UHMWPE (полиетилен със свръхвисоко молекулно тегло) съдържа вериги с молекулна маса от милиони единици атомна маса. Такива дълги вериги водят до подобрени междумолекулни взаимодействия, в крайна сметка създавайки Dyneema, невероятно здрав материал. Всъщност той има най-високата устойчивост на удар от всички признати термопласти. Този материал е толкова здрав, че превъзхожда всички други въжета за закрепване и теглене на пазара. Той дори има способността да спира куршуми, въпреки че е по-лек от вода. Всъщност Dyneema е петнадесет пъти по-здрава от същото количество стомана.
Аморфна метална сплав или метално стъкло
Две решаващи свойства на всички физически вещества са силата, или количеството сила, което може да издържи, и якостта, или способността му да устои на счупване. Като пример използваме керамиката: тя е здрава, но не много твърда; Те могат да се счупят дори при лек удар. През 2011 г. обаче група учени и изследователи откриха нов тип стъкло от микросплав, съставено от пет елемента: фосфор, силиций, германий, сребро и паладий. Този иновативен материал е по-издръжлив от стоманата.
buckypaper
От края на 2-ти век е установено, че има вид въглерод, който е по-устойчив от диамантите: въглеродни нанотръби. Чрез подреждането на въглеродните атоми в шестоъгълна форма се получава твърда цилиндрична структура, която е по-стабилна от всяка друга структура, открита от човека. Всяка нанотръба е с диаметър между 4 и 10 нанометра, но всяка е впечатляващо здрава и издръжлива. Въглеродните нанотръби тежат само XNUMX% от стоманата, но здравината им е стотици пъти по-голяма. Те също са огнеустойчиви, имат отлична топлопроводимост и имат забележителни електромагнитни екраниращи способности. Този материал има различни приложения в области като физика на материалите, електроника, военни технологии и биология.
Както можете да видите, има материали, които детронираха диаманта като най-твърдия материал в света. Надявам се, че с тази информация можете да научите повече за най-твърдия материал в света и неговите характеристики.
