Človek pri svojih dejavnostih uporablja različne kvalitete snovi in materialov. In nista nepomembni njihova moč in zanesljivost. V tem članku bomo obravnavali najtežje materiale v naravi in umetno ustvarjene.
Skupni standard
Za določitev trdnosti materiala se uporablja Mohsova lestvica – lestvica za ocenjevanje trdote materiala glede na njegovo reakcijo na praske. Za laike je najtrši material diamant. Presenečeni boste, a ta mineral je šele nekje na 10. mestu med najtršimi. V povprečju se material šteje za supertrd, če so njegove vrednosti nad 40 GPa. Poleg tega je treba pri določanju najtršega materiala na svetu upoštevati tudi naravo njegovega izvora. Hkrati sta moč in vzdržljivost pogosto odvisni od vpliva zunanjih dejavnikov nanjo.
Najtrši material na Zemlji
V tem razdelku bomo pozorni na kemične spojine z nenavadno kristalno strukturo, ki so veliko močnejše od diamantov in jih lahko opraskajo. Prinesemo6 najtrših umetnih materialov, začenši z najmanj trdimi.
- Ogljikov nitrid - bor. Ta dosežek sodobne kemije ima indeks trdnosti 76 GPa.
- Grafenski aerogel (aerografen) je material, 7-krat lažji od zraka, ki po 90% stiskanju povrne svojo obliko. Neverjetno vzdržljiv material, ki lahko absorbira tudi 900-kratno svojo težo v tekočini ali celo olju. Ta material je načrtovan za uporabo pri razlitju nafte.
- Grafen je edinstven izum in najbolj trpežen material v vesolju. Nekaj več o njem spodaj.
- Carbin je linearni polimer alotropnega ogljika, iz katerega so izdelane super tanke (1 atom) in super močne cevi. Dolgo časa nihče ni mogel zgraditi takšne cevi z dolžino več kot 100 atomov. Toda avstrijskim znanstvenikom z Univerze na Dunaju je uspelo premagati to oviro. Poleg tega, če je bil prej karabin sintetiziran v majhnih količinah in je bil zelo drag, ga je danes mogoče sintetizirati v tonah. To odpira nova obzorja za vesoljsko tehnologijo in še več.
- Elbor (kingsongit, kubonit, borazon) je nano oblikovana spojina, ki se danes pogosto uporablja pri obdelavi kovin. Trdota - 108 GPa.
Fulerit je najtrši material na Zemlji, ki ga človek pozna danes. Njegovo moč 310 GPa zagotavlja dejstvo, da ni sestavljen iz posameznih atomov, temveč iz molekul. Ti kristali bodo zlahka opraskali diamant kot nož za maslo
čudež človeških rok
Grafen je še en izum človeštva, ki temelji na alotropskih modifikacijah ogljika. Izgleda kot tanek film, debel en atom, vendar 200-krat močnejši od jekla, z izjemno fleksibilnostjo.
Za grafen pravijo, da mora slon stati na konici svinčnika, da ga prebode. Hkrati je njegova električna prevodnost 100-krat višja od silicija računalniških čipov. Zelo kmalu bo zapustil laboratorije in vstopil v vsakdanje življenje v obliki sončnih kolektorjev, mobilnih telefonov in sodobnih računalniških čipov.
Dva zelo redka rezultata anomalij v naravi
V naravi obstajajo zelo redke spojine, ki imajo neverjetno moč.
- Borov nitrid je snov, katere kristali imajo specifično obliko wurtzita. Z uporabo obremenitev se povezave med atomi v kristalni mreži prerazporedijo, kar poveča moč za 75%. Indeks trdote je 114 GPa. Ta snov nastane med vulkanskimi izbruhi, je po naravi zelo majhna.
- Lonsdaleite (na glavni fotografiji) je alotropna ogljikova spojina. Material so našli v meteoritnem kraterju in naj bi nastal iz grafita v pogojih eksplozije. Indeks trdote je 152 GPa. Redko najdemo v naravi.
čudeži divjih živali
Med živimi bitji na našem planetu so tista, ki imajo nekaj prav posebnega.
- Splet Caaerostrisa darwini. Nit, ki jo oddaja Darwinov pajek, je močnejša od jekla intežje od kevlarja. Prav ta splet so znanstveniki NASA uporabili pri razvoju vesoljske zaščitne obleke.
- Teeth školjk Morski limpet - njihovo vlaknasto strukturo zdaj preučuje bionika. Tako močni so, da mehkužcu omogočajo, da odtrga alge, ki so zrasle v kamen.
železna breza
Še en čudež narave je Schmidtova breza. Njegov les je najtrši naravni material biološkega izvora. Raste na Daljnem vzhodu v naravnem rezervatu Kedrovaya Pad in je uvrščen v Rdečo knjigo. Trdnost je primerljiva z železom in litim železom. Vendar ni podvržen koroziji in razpadanju.
Vseprisotno uporabo lesa Schmidtove breze, ki ga niti krogle ne morejo prebiti, ovira njegova izjemna redkost.
Najtrša kovina
To je modro-bela kovina - krom. Toda njegova moč je odvisna od njegove čistosti. V naravi ga vsebuje 0,02 %, kar sploh ni tako malo. Pridobiva se iz silikatnih kamnin. Meteoriti, ki padejo na Zemljo, vsebujejo tudi veliko kroma.
Je odporen proti koroziji, toplotno odporen in ognjevzdržen. Krom najdemo v številnih zlitinah (kromovo jeklo, nikrom), ki se pogosto uporabljajo v industriji in v protikorozijskih dekorativnih premazih.
močnejši skupaj
Ena kovina je dobra, vendar lahko nekatere kombinacije zlitini dajo neverjetne lastnosti.
Izjemno močna zlitina titana in zlata je edini močan material, ki se je izkazal za biokompatibilnega z živimi tkivi. Zlitina beta-Ti3Au je tako močna, da jenemogoče zmleti v možnarju. Že danes je jasno, da je to prihodnost raznih vsadkov, umetnih sklepov in kosti. Poleg tega se lahko uporablja za vrtanje, športno opremo in številna druga področja našega življenja.
Podobne lastnosti ima lahko tudi zlitina paladija, srebra in nekaterih metaloidov. Znanstveniki z inštituta C altech danes delajo na tem projektu.
Prihodnost po 20 $ na vrečko
Kateri je najtežji material, ki ga lahko danes kupi kdor koli na ulici? Za samo 20 $ lahko kupite 6 metrov traku Braeön. Od leta 2017 je v prodaji pri proizvajalcu Dustin McWilliams. Kemična sestava in način proizvodnje sta strogo zaupana, vendar so njene lastnosti neverjetne.
Karkoli se lahko pritrdi s trakom. Če želite to narediti, ga je treba oviti okoli delov, ki jih je treba pritrditi, segreti z navadnim vžigalnikom, plastično sestavo je treba dati želeno obliko in to je to. Po hlajenju bo spoj prenesel obremenitev 1 tone.
trda in mehka
Leta 2017 so se pojavile informacije o ustvarjanju neverjetnega materiala - najtršega in najmehkejšega hkrati. Ta metamaterial so izumili znanstveniki z univerze v Michiganu. Uspelo jim je, da se naučijo nadzorovati strukturo materiala in narediti, da pokaže različne lastnosti.
Na primer, ko ga uporabljate za ustvarjanje avtomobilov, bo telo togo med premikanjem in mehko pri trčenju. Telo absorbira kontaktno energijo in ščiti potnika.
