Στις δραστηριότητές του, ένα άτομο χρησιμοποιεί διάφορες ποιότητες ουσιών και υλικών. Και δεν είναι ασήμαντη η δύναμη και η αξιοπιστία τους. Τα πιο σκληρά υλικά στη φύση και αυτά που δημιουργήθηκαν τεχνητά θα συζητηθούν σε αυτό το άρθρο.
Κοινό πρότυπο
Για τον προσδιορισμό της αντοχής του υλικού, χρησιμοποιείται η κλίμακα Mohs - μια κλίμακα για την αξιολόγηση της σκληρότητας ενός υλικού από την αντίδρασή του στο ξύσιμο. Για τον λαϊκό, το πιο σκληρό υλικό είναι το διαμάντι. Θα εκπλαγείτε, αλλά αυτό το ορυκτό βρίσκεται μόνο κάπου στη 10η θέση μεταξύ των πιο σκληρών. Κατά μέσο όρο, ένα υλικό θεωρείται υπερσκληρό εάν οι τιμές του είναι πάνω από 40 GPa. Επιπλέον, κατά τον εντοπισμό του σκληρότερου υλικού στον κόσμο, θα πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη η φύση της προέλευσής του. Ταυτόχρονα, η αντοχή και η ανθεκτικότητα συχνά εξαρτώνται από την επίδραση εξωτερικών παραγόντων σε αυτό.
Το σκληρότερο υλικό στη Γη
Σε αυτήν την ενότητα, θα δώσουμε προσοχή σε χημικές ενώσεις με ασυνήθιστη κρυσταλλική δομή, οι οποίες είναι πολύ ισχυρότερες από τα διαμάντια και μπορεί κάλλιστα να το γρατσουνίσουν. Ας φέρουμεtop 6 πιο σκληρά τεχνητά υλικά, ξεκινώντας από το λιγότερο σκληρό.
- Νιτρίδιο του άνθρακα - βόριο. Αυτό το επίτευγμα της σύγχρονης χημείας έχει δείκτη αντοχής 76 GPa.
- Το αερογέλη γραφαινίου (αερογράφο) είναι ένα υλικό 7 φορές ελαφρύτερο από τον αέρα, το οποίο επαναφέρει το σχήμα του μετά από 90% συμπίεση. Ένα εκπληκτικά ανθεκτικό υλικό που μπορεί επίσης να απορροφήσει 900 φορές το βάρος του σε υγρό ή ακόμα και λάδι. Αυτό το υλικό σχεδιάζεται να χρησιμοποιηθεί σε πετρελαιοκηλίδες.
- Το γραφένιο είναι μια μοναδική εφεύρεση και το πιο ανθεκτικό υλικό στο σύμπαν. Λίγα περισσότερα για αυτόν παρακάτω.
- Carbin είναι ένα γραμμικό πολυμερές αλλοτροπικού άνθρακα, από το οποίο κατασκευάζονται εξαιρετικά λεπτοί (1 άτομο) και εξαιρετικά ισχυροί σωλήνες. Για πολύ καιρό, κανείς δεν μπορούσε να κατασκευάσει έναν τέτοιο σωλήνα μήκους άνω των 100 ατόμων. Αλλά Αυστριακοί επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Βιέννης κατάφεραν να ξεπεράσουν αυτό το εμπόδιο. Επιπλέον, αν παλαιότερα η καραμπίνα συντέθηκε σε μικρές ποσότητες και ήταν πολύ ακριβή, σήμερα είναι δυνατή η σύνθεση της σε τόνους. Αυτό ανοίγει νέους ορίζοντες για τη διαστημική τεχνολογία και όχι μόνο.
- Elbor (kingsongite, cubonite, borazone) είναι μια νανοσχεδιασμένη ένωση που χρησιμοποιείται ευρέως σήμερα στην επεξεργασία μετάλλων. Σκληρότητα - 108 GPa.
Το
Το
Ο φουλερίτης είναι το σκληρότερο υλικό στη Γη που είναι γνωστό στον άνθρωπο σήμερα. Η αντοχή του στα 310 GPa εξασφαλίζεται από το γεγονός ότι δεν αποτελείται από μεμονωμένα άτομα, αλλά από μόρια. Αυτοί οι κρύσταλλοι θα ξύσουν εύκολα ένα διαμάντι σαν μαχαίρι βουτύρου
Το θαύμα των ανθρώπινων χεριών
Το γραφένιο είναι μια άλλη εφεύρεση της ανθρωπότητας που βασίζεται σε αλλοτροπικές τροποποιήσεις του άνθρακα. Μοιάζει με μια λεπτή μεμβράνη πάχους ενός ατόμου, αλλά 200 φορές ισχυρότερη από τον χάλυβα, με εξαιρετική ευελιξία.
Πρόκειται για το γραφένιο που λένε ότι για να το τρυπήσει ένας ελέφαντας πρέπει να σταθεί στην άκρη ενός μολυβιού. Ταυτόχρονα, η ηλεκτρική του αγωγιμότητα είναι 100 φορές υψηλότερη από το πυρίτιο των τσιπ υπολογιστών. Πολύ σύντομα, θα εγκαταλείψει τα εργαστήρια και θα μπει στην καθημερινή ζωή με τη μορφή ηλιακών συλλεκτών, κινητών τηλεφώνων και σύγχρονων τσιπ υπολογιστών.
Δύο πολύ σπάνια αποτελέσματα ανωμαλιών στη φύση
Στη φύση, υπάρχουν πολύ σπάνιες ενώσεις που έχουν απίστευτη δύναμη.
- Το νιτρίδιο του βορίου είναι μια ουσία της οποίας οι κρύσταλλοι έχουν συγκεκριμένο σχήμα βουρτζίτη. Με την εφαρμογή φορτίων, οι συνδέσεις μεταξύ των ατόμων στο κρυσταλλικό πλέγμα ανακατανέμονται, αυξάνοντας την αντοχή κατά 75%. Ο δείκτης σκληρότητας είναι 114 GPa. Αυτή η ουσία σχηματίζεται κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων, είναι πολύ μικρή στη φύση.
- Lonsdaleite (στην κύρια φωτογραφία) είναι μια αλλοτροπική ένωση άνθρακα. Το υλικό βρέθηκε σε κρατήρα μετεωρίτη και πιστεύεται ότι σχηματίστηκε από γραφίτη υπό τις συνθήκες της έκρηξης. Ο δείκτης σκληρότητας είναι 152 GPa. Σπάνια βρίσκεται στη φύση.
Ο
Θαύματα της άγριας ζωής
Μεταξύ των ζωντανών όντων στον πλανήτη μας, υπάρχουν και εκείνοι που έχουν κάτι πολύ ιδιαίτερο.
- Ιστός Caaerostris darwini. Το νήμα που εκπέμπει η αράχνη του Δαρβίνου είναι ισχυρότερο από το ατσάλι καιπιο σκληρό από το κεβλάρ. Ήταν αυτός ο ιστός που οι επιστήμονες της NASA χρησιμοποίησαν για την ανάπτυξη διαστημικών προστατευτικών στολών.
- Δόντια αχιβάδας Sea limpet - η ινώδης δομή τους μελετάται τώρα από τη βιονική. Είναι τόσο δυνατά που επιτρέπουν στο μαλάκιο να σκίσει τα φύκια που έχουν μεγαλώσει στην πέτρα.
Σιδερένια σημύδα
Ένα άλλο θαύμα της φύσης είναι η σημύδα του Schmidt. Το ξύλο του είναι το σκληρότερο φυσικό υλικό βιολογικής προέλευσης. Αναπτύσσεται στην Άπω Ανατολή στο φυσικό καταφύγιο Kedrovaya Pad και περιλαμβάνεται στο Κόκκινο Βιβλίο. Η αντοχή είναι συγκρίσιμη με το σίδηρο και το χυτοσίδηρο. Αλλά δεν υπόκειται σε διάβρωση και αποσύνθεση.
Η πανταχού παρούσα χρήση του ξύλου σημύδας Schmidt, στο οποίο ακόμη και οι σφαίρες δεν μπορούν να διαπεράσουν, εμποδίζεται από την εξαιρετική σπανιότητά του.
Το σκληρότερο από μέταλλα
Αυτό είναι ένα μπλε-λευκό μέταλλο - χρώμιο. Αλλά η δύναμή του εξαρτάται από την καθαρότητά του. Στη φύση περιέχει 0,02%, που δεν είναι καθόλου τόσο μικρό. Εξάγεται από πυριτικά πετρώματα. Οι μετεωρίτες που πέφτουν στη Γη περιέχουν επίσης πολύ χρώμιο.
Είναι ανθεκτικό στη διάβρωση, ανθεκτικό στη θερμότητα και πυρίμαχο. Το χρώμιο βρίσκεται σε πολλά κράματα (χάλυβας χρωμίου, νικρώμιο) που χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία και σε αντιδιαβρωτικές διακοσμητικές επιστρώσεις.
Πιο δυνατοί μαζί
Ένα μέταλλο είναι καλό, αλλά ορισμένοι συνδυασμοί μπορούν να δώσουν στο κράμα εκπληκτικές ιδιότητες.
Ένα εξαιρετικά ισχυρό κράμα τιτανίου και χρυσού είναι το μόνο ισχυρό υλικό που έχει αποδειχθεί βιοσυμβατό με ζωντανούς ιστούς. Το κράμα βήτα-Ti3Au είναι τόσο ισχυρό πουαδύνατο να αλέσει σε γουδί. Είναι ήδη ξεκάθαρο σήμερα ότι αυτό είναι το μέλλον διαφόρων εμφυτευμάτων, τεχνητών αρθρώσεων και οστών. Επιπλέον, μπορεί να εφαρμοστεί σε γεωτρήσεις, αθλητικό εξοπλισμό και πολλούς άλλους τομείς της ζωής μας.
Ένα κράμα παλλαδίου, αργύρου και ορισμένων μεταλλοειδών μπορεί επίσης να έχει παρόμοιες ιδιότητες. Επιστήμονες από το Ινστιτούτο C altech εργάζονται σε αυτό το έργο σήμερα.
Το μέλλον στα 20$ το κουβάρι
Ποιο είναι το πιο σκληρό υλικό που μπορεί να αγοράσει κάποιος στο δρόμο σήμερα; Με μόλις 20 δολάρια, μπορείτε να αγοράσετε 6 μέτρα ταινία Braeön. Από το 2017, πωλείται από τον κατασκευαστή Dustin McWilliams. Η χημική σύνθεση και η μέθοδος παραγωγής τηρούνται αυστηρά εμπιστευτικά, αλλά οι ιδιότητές της είναι εκπληκτικές.
Οτιδήποτε μπορεί να στερεωθεί με ταινία. Για να γίνει αυτό, πρέπει να τυλιχτεί γύρω από τα μέρη που πρέπει να στερεωθούν, να θερμανθεί με έναν συνηθισμένο αναπτήρα, να δοθεί στην πλαστική σύνθεση το επιθυμητό σχήμα και αυτό είναι. Μετά την ψύξη, ο σύνδεσμος θα αντέξει φορτίο 1 τόνου.
Σκληρό και μαλακό
Το 2017, εμφανίστηκαν πληροφορίες για τη δημιουργία ενός εκπληκτικού υλικού - του πιο σκληρού και μαλακότερου ταυτόχρονα. Αυτό το μεταϋλικό εφευρέθηκε από επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. Κατάφεραν να μάθουν πώς να ελέγχουν τη δομή του υλικού και να το κάνουν να εμφανίζει διάφορες ιδιότητες.
Για παράδειγμα, όταν το χρησιμοποιείτε για τη δημιουργία αυτοκινήτων, το σώμα θα είναι άκαμπτο όταν κινείται και μαλακό όταν συγκρούεται. Το σώμα απορροφά την ενέργεια επαφής και προστατεύει τον επιβάτη.
