In sy aktiwiteite gebruik 'n persoon verskeie kwaliteite van stowwe en materiale. En nie onbelangrik is hul sterkte en betroubaarheid nie. Die hardste materiale in die natuur en dié wat kunsmatig geskep is, sal in hierdie artikel bespreek word.
Algemene Standaard
Om die sterkte van die materiaal te bepaal, word die Mohs-skaal gebruik - 'n skaal om die hardheid van 'n materiaal te bepaal deur sy reaksie op krap. Vir die leek is diamant die hardste materiaal. Jy sal verbaas wees, maar hierdie mineraal is net iewers in die 10de plek onder die hardste. Gemiddeld word 'n materiaal as superhard beskou as sy waardes bo 40 GPa is. Daarbenewens, wanneer die hardste materiaal ter wêreld geïdentifiseer word, moet die aard van die oorsprong daarvan ook in ag geneem word. Terselfdertyd hang sterkte en duursaamheid dikwels af van die impak van eksterne faktore daarop.
Die hardste materiaal op aarde
In hierdie afdeling sal ons aandag gee aan chemiese verbindings met 'n ongewone kristalstruktuur, wat baie sterker as diamante is en dit moontlik kan krap. Kom ons bringtop 6 hardste mensgemaakte materiale, begin met die minste hard.
- Koolstofnitried - boor. Hierdie prestasie van moderne chemie het 'n sterkte-indeks van 76 GPa.
- Graphene aerogel (aerographene) is 'n materiaal 7 keer ligter as lug, wat sy vorm herstel na 90% kompressie. 'n Ongelooflike duursame materiaal wat ook 900 keer sy eie gewig in vloeistof of selfs olie kan absorbeer. Hierdie materiaal word beplan om in oliestortings gebruik te word.
- Grafeen is 'n unieke uitvinding en die duursaamste materiaal in die heelal. 'n Bietjie meer oor hom hieronder.
- Carbin is 'n lineêre polimeer van allotropiese koolstof, waaruit superdun (1 atoom) en supersterk buise gemaak word. Vir 'n lang tyd was niemand in staat om so 'n buis met 'n lengte van meer as 100 atome te bou nie. Maar Oostenrykse wetenskaplikes van die Universiteit van Wene het daarin geslaag om hierdie hindernis te oorkom. Daarbenewens, as vroeër karabyn in klein hoeveelhede gesintetiseer is en baie duur was, is dit vandag moontlik om dit in ton te sintetiseer. Dit maak nuwe horisonne oop vir ruimtetegnologie en verder.
- Elbor (kingsongiet, kuboniet, borasoon) is 'n nano-ontwerpte verbinding wat vandag wyd in metaalverwerking gebruik word. Hardheid - 108 GPa.
Fullerite is die hardste materiaal op aarde wat vandag aan die mens bekend is. Sy sterkte van 310 GPa word verseker deur die feit dat dit nie uit individuele atome bestaan nie, maar uit molekules. Hierdie kristalle sal maklik 'n diamant krap soos 'n bottermes
Die wonder van mensehande
Grafeen is nog 'n uitvinding van die mensdom gebaseer op allotropiese modifikasies van koolstof. Dit lyk soos 'n dun film een atoom dik, maar 200 keer sterker as staal, met buitengewone buigsaamheid.
Dit gaan oor grafeen dat hulle sê dat 'n olifant op die punt van 'n potlood moet staan om dit deur te steek. Terselfdertyd is sy elektriese geleidingsvermoë 100 keer hoër as die silikon van rekenaarskyfies. Dit sal binnekort laboratoriums verlaat en die alledaagse lewe betree in die vorm van sonpanele, selfone en moderne rekenaarskyfies.
Twee baie seldsame resultate van afwykings in die natuur
In die natuur is daar baie skaars verbindings wat ongelooflike sterkte het.
- Boornitried is 'n stof waarvan die kristalle 'n spesifieke wurtzietvorm het. Met die toepassing van vragte word die verbindings tussen die atome in die kristalrooster herverdeel, wat die sterkte met 75% verhoog. Die hardheid-indeks is 114 GPa. Hierdie stof word tydens vulkaniese uitbarstings gevorm, dit is baie klein van aard.
- Lonsdaleiet (op die hooffoto) is 'n allotropiese koolstofverbinding. Die materiaal is in 'n meteorietkrater gevind en word vermoedelik uit grafiet gevorm onder die toestande van die ontploffing. Die hardheidsindeks is 152 GPa. Selde in die natuur gevind.
Wonders van natuurlewe
Onder die lewende wesens op ons planeet is daar diegene wat iets baie spesiaals het.
- Web van Caaerostris darwini. Die draad wat Darwin se spinnekop uitstuur is sterker as staal enharder as kevlar. Dit was hierdie web wat NASA-wetenskaplikes in gebruik geneem het in die ontwikkeling van ruimtebeskermende pakke.
- Klamtande Seelimpet – hul veselstruktuur word nou deur bionika bestudeer. Hulle is so sterk dat hulle die weekdier toelaat om die alge wat in die klip gegroei het, af te skeur.
Ysterberk
Nog 'n wonder van die natuur is Schmidt se berk. Die hout is die hardste natuurlike materiaal van biologiese oorsprong. Dit groei in die Verre Ooste in die Kedrovaya Pad Natuurreservaat en word in die Rooi Boek gelys. Sterkte is vergelykbaar met yster en gietyster. Maar dit is nie onderhewig aan korrosie en verval nie.
Die alomteenwoordige gebruik van Schmidt-berkhout, wat selfs koeëls nie kan binnedring nie, word belemmer deur die uitsonderlike rariteit daarvan.
Die hardste van metale
Dit is 'n blou-wit metaal - chroom. Maar sy sterkte hang af van sy suiwerheid. In die natuur bevat dit 0,02%, wat glad nie so klein is nie. Dit word uit silikaatgesteentes onttrek. Meteoriete wat aarde toe val, bevat ook baie chroom.
Dit is korrosiebestand, hittebestand en vuurvast. Chroom word gevind in baie legerings (chroomstaal, nichroom) wat wyd in die industrie gebruik word en in anti-roes dekoratiewe bedekkings.
Sterker saam
Een metaal is goed, maar sommige kombinasies kan die legering ongelooflike eienskappe gee.
'n Supersterk legering van titanium en goud is die enigste sterk materiaal wat bewys het dat dit bioversoenbaar is met lewende weefsels. Die beta-Ti3Au-legering is so sterk dat ditonmoontlik om in 'n mortier te maal. Dit is vandag reeds duidelik dat dit die toekoms van verskeie inplantings, kunsmatige gewrigte en bene is. Daarbenewens kan dit toegepas word op boorwerk, sporttoerusting en baie ander areas van ons lewens.
'n Allooi van palladium, silwer en sommige metalloïede kan ook soortgelyke eienskappe hê. Wetenskaplikes van die C altech-instituut werk vandag aan hierdie projek.
Die toekoms teen $20 per tol
Wat is die moeilikste materiaal wat iemand in die straat vandag kan koop? Vir slegs $20 kan jy 6 meter se Braeön-band koop. Sedert 2017 is dit by die vervaardiger Dustin McWilliams te koop. Die chemiese samestelling en metode van produksie word streng vertroulik gehou, maar die eienskappe daarvan is ongelooflik.
Enigiets kan met kleefband vasgemaak word. Om dit te doen, moet dit om die dele gedraai word wat vasgemaak moet word, verhit word met 'n gewone aansteker, die plastieksamestelling moet die gewenste vorm kry en dit is dit. Na afkoeling sal die las 'n las van 1 ton weerstaan.
Beide hard en sag
In 2017 het inligting verskyn oor die skepping van 'n wonderlike materiaal - die hardste en sagste terselfdertyd. Hierdie metamateriaal is deur wetenskaplikes van die Universiteit van Michigan uitgevind. Hulle het daarin geslaag om te leer hoe om die struktuur van die materiaal te beheer en dit verskeie eienskappe te laat vertoon.
Byvoorbeeld, wanneer dit gebruik word om motors te skep, sal die liggaam styf wees wanneer dit beweeg, en sag wanneer dit bots. Die liggaam absorbeer kontakenergie en beskerm die passasier.
