В своите дейности човек използва различни качества на вещества и материали. И не е без значение тяхната здравина и надеждност. Най-твърдите материали в природата и тези, създадени изкуствено, ще бъдат обсъдени в тази статия.
Общ стандарт
За определяне на здравината на материала се използва скалата на Mohs - скала за оценка на твърдостта на материал по реакцията му на надраскване. За лаиците най-твърдият материал е диамантът. Ще се изненадате, но този минерал е едва някъде на 10-то място сред най-твърдите. Средно материалът се счита за свръхтвърд, ако неговите стойности са над 40 GPa. Освен това, когато се идентифицира най-твърдият материал в света, трябва да се вземе предвид и естеството на неговия произход. В същото време здравината и издръжливостта често зависят от въздействието на външни фактори върху него.
Най-твърдият материал на Земята
В този раздел ще обърнем внимание на химични съединения с необичайна кристална структура, които са много по-здрави от диамантите и могат да го надраскат. Да донесемтоп 6 най-твърди материали, създадени от човека, като се започне с най-малко твърдите.
- Въглероден нитрид - бор. Това постижение на съвременната химия има индекс на сила от 76 GPa.
- Графен аерогел (аерографен) е материал 7 пъти по-лек от въздуха, който възстановява формата си след 90% компресия. Удивително издръжлив материал, който също може да абсорбира 900 пъти собственото си тегло в течност или дори масло. Този материал се планира да се използва при нефтени разливи.
- Графенът е уникално изобретение и най-издръжливият материал във Вселената. Малко повече за него по-долу.
- Carbin е линеен полимер от алотропен въглерод, от който са направени супер тънки (1 атом) и супер здрави тръби. Дълго време никой не можеше да построи такава тръба с дължина повече от 100 атома. Но австрийски учени от Виенския университет успяха да преодолеят тази бариера. Освен това, ако по-рано карабината е била синтезирана в малки количества и е била много скъпа, днес е възможно да се синтезира в тонове. Това отваря нови хоризонти за космическите технологии и отвъд тях.
- Elbor (kingsongite, cubonite, borazone) е съединение с нано дизайн, което се използва широко днес в металообработката. Твърдост - 108 GPa.
Фулеритът е най-твърдият материал на Земята, познат на човека днес. Силата му от 310 GPa се осигурява от факта, че не се състои от отделни атоми, а от молекули. Тези кристали лесно ще надраскат диамант като нож за масло
Чудото на човешките ръце
Графенът е друго изобретение на човечеството, базирано на алотропни модификации на въглерода. Изглежда като тънък филм с дебелина един атом, но 200 пъти по-здрав от стоманата, с изключителна гъвкавост.
За графена казват, че за да го пробие, слонът трябва да стои на върха на молива. В същото време неговата електрическа проводимост е 100 пъти по-висока от силиция на компютърните чипове. Много скоро ще напусне лабораториите и ще навлезе в ежедневието под формата на слънчеви панели, мобилни телефони и съвременни компютърни чипове.
Два много редки резултата от аномалии в природата
В природата има много редки съединения, които имат невероятна сила.
- Борният нитрид е вещество, чиито кристали имат специфична форма на вюрцит. С прилагането на натоварвания връзките между атомите в кристалната решетка се преразпределят, увеличавайки здравината със 75%. Индексът на твърдост е 114 GPa. Това вещество се образува по време на вулканични изригвания, то е много малко по природа.
- Lonsdaleite (на основната снимка) е алотропно въглеродно съединение. Материалът е намерен в метеоритен кратер и се смята, че се е образувал от графит при условията на експлозията. Индексът на твърдост е 152 GPa. Рядко се среща в природата.
Чудесата на дивата природа
Сред живите същества на нашата планета има такива, които имат нещо много специално.
- Мрежата на Caaerostris darwini. Нишката, която паякът на Дарвин излъчва, е по-здрава от стоманата ипо-твърд от кевлар. Именно тази мрежа учените от НАСА взеха в експлоатация при разработването на космически защитни костюми.
- Clam teeth Морска куница - тяхната влакнеста структура сега се изучава от биониката. Те са толкова силни, че позволяват на мекотелите да откъснат водораслите, които са израснали в камъка.
Желязна бреза
Друго чудо на природата е брезата на Шмид. Дървесината му е най-твърдият естествен материал от биологичен произход. Расте в Далечния изток в природния резерват Кедровая пад и е вписан в Червената книга. Силата е сравнима с желязото и чугуна. Но не е обект на корозия и гниене.
Повсеместното използване на брезово дърво на Шмид, което дори куршумите не могат да проникнат, е възпрепятствано от изключителната му рядкост.
Най-твърдият метал
Това е синьо-бял метал - хром. Но силата му зависи от неговата чистота. В природата той съдържа 0,02%, което изобщо не е толкова малко. Извлича се от силикатни скали. Метеоритите, падащи на Земята, също съдържат много хром.
Устойчив е на корозия, топлоустойчив и огнеупорен. Хромът се намира в много сплави (хромова стомана, нихром), които се използват широко в индустрията и в антикорозионни декоративни покрития.
По-силни заедно
Един метал е добър, но някои комбинации могат да придадат на сплавта невероятни свойства.
Супер-здравата сплав от титан и злато е единственият здрав материал, който е доказал, че е биосъвместим с живите тъкани. Бета-Ti3Au сплавта е толкова здрава, ченевъзможно да се смила в хаванче. Вече е ясно днес, че това е бъдещето на различни импланти, изкуствени стави и кости. В допълнение, може да се прилага за пробиване, спортно оборудване и много други области от нашия живот.
Сплав от паладий, сребро и някои металоиди също може да има подобни свойства. Учени от Института Калтек работят по този проект днес.
Бъдещето при $20 на чиле
Кой е най-твърдият материал, който всеки на улицата може да купи днес? Само за $20 можете да закупите 6 метра лента Braeön. От 2017 г. се продава от производителя Dustin McWilliams. Химическият състав и методът на производство се пазят в строга тайна, но качествата му са невероятни.
Всичко може да бъде закрепено с лента. За да направите това, той трябва да бъде увит около частите, които трябва да бъдат закрепени, да се нагрее с обикновена запалка, пластмасовият състав трябва да получи желаната форма и това е всичко. След охлаждане съединението ще издържи натоварване от 1 тон.
И твърди, и меки
През 2017 г. се появи информация за създаването на удивителен материал - най-твърдият и най-мек едновременно. Този метаматериал е изобретен от учени от Мичиганския университет. Те успяха да се научат как да контролират структурата на материала и да го накарат да проявява различни свойства.
Например, когато го използвате за създаване на автомобили, тялото ще бъде твърдо при движение и меко при сблъсък. Тялото абсорбира контактната енергия и предпазва пътника.
