انسان در فعالیت های خود از مواد و مواد با کیفیت های مختلف استفاده می کند. و قدرت و قابلیت اطمینان آنها بی اهمیت نیست. سخت ترین مواد موجود در طبیعت و آنهایی که به طور مصنوعی ایجاد شده اند در این مقاله مورد بحث قرار خواهند گرفت.
استاندارد مشترک
برای تعیین استحکام مواد، از مقیاس Mohs استفاده می شود - مقیاسی برای ارزیابی سختی یک ماده از طریق واکنش آن به خراش. برای افراد عادی، سخت ترین ماده الماس است. شگفت زده خواهید شد، اما این ماده معدنی تنها در جایی در رتبه دهم در میان سخت ترین ها قرار دارد. به طور متوسط، ماده ای فوق سخت در نظر گرفته می شود که مقادیر آن بالاتر از 40 گیگا پاسکال باشد. علاوه بر این، هنگام شناسایی سخت ترین ماده در جهان، ماهیت منشاء آن نیز باید در نظر گرفته شود. در عین حال، استحکام و دوام اغلب به تأثیر عوامل خارجی بر آن بستگی دارد.
سخت ترین ماده روی زمین
در این بخش به ترکیبات شیمیایی با ساختار کریستالی غیرعادی می پردازیم که بسیار قوی تر از الماس هستند و ممکن است آن را خراش دهند. بیاوریم6 سخت ترین مواد ساخته شده توسط انسان، با کمترین سختی شروع می شود.
- نیترید کربن - بور. این دستاورد شیمی مدرن دارای شاخص قدرت 76 گیگا پاسکال است.
- ایروژل گرافن (آئروگرافن) ماده ای ۷ برابر سبکتر از هوا است که پس از فشرده سازی ۹۰ درصد شکل خود را باز می گرداند. ماده ای با دوام شگفت انگیز که می تواند 900 برابر وزن خود مایع یا حتی روغن را جذب کند. این ماده قرار است در نشت نفت استفاده شود.
- گرافن یک اختراع منحصر به فرد و بادوام ترین ماده در جهان است. کمی بیشتر در مورد او در زیر.
- Carbin یک پلیمر خطی از کربن آلوتروپیک است که از آن لوله های فوق نازک (1 اتم) و فوق قوی ساخته شده است. برای مدت طولانی، هیچ کس قادر به ساخت چنین لوله ای با طول بیش از 100 اتم نبود. اما دانشمندان اتریشی از دانشگاه وین موفق به غلبه بر این مانع شدند. علاوه بر این، اگر قبلاً کارابین در مقادیر کم سنتز می شد و بسیار گران بود، امروزه می توان آن را به تن سنتز کرد. این امر افق های جدیدی را برای فناوری فضایی و فراتر از آن می گشاید.
- Elbor (کینگ سونگیت، کوبونیت، بورازون) یک ترکیب نانوطراحی شده است که امروزه به طور گسترده در پردازش فلزات استفاده می شود. سختی - 108 گیگا پاسکال.
فولریت سخت ترین ماده روی زمین است که امروزه برای بشر شناخته شده است. قدرت 310 گیگا پاسکال آن با این واقعیت تضمین می شود که از اتم های منفرد، بلکه از مولکول ها تشکیل شده است. این کریستال ها به راحتی یک الماس را مانند یک چاقوی کره ای خراش می دهند
معجزه دست انسان
گرافن یکی دیگر از اختراعات بشر است که بر اساس تغییرات آلوتروپیک کربن است. به نظر می رسد یک لایه نازک با ضخامت یک اتم، اما 200 برابر قوی تر از فولاد، با انعطاف پذیری استثنایی.
درباره گرافن است که می گویند برای سوراخ کردن آن باید فیل روی نوک مداد بایستد. در عین حال، هدایت الکتریکی آن 100 برابر بیشتر از سیلیکون تراشه های کامپیوتری است. خیلی زود آزمایشگاه ها را ترک می کند و به شکل پنل های خورشیدی، تلفن های همراه و تراشه های کامپیوتری مدرن وارد زندگی روزمره می شود.
دو نتیجه بسیار نادر از ناهنجاری در طبیعت
در طبیعت، ترکیبات بسیار کمیابی وجود دارند که قدرت باورنکردنی دارند.
- نیترید بور ماده ای است که بلورهای آن شکل ورتزیت خاصی دارند. با اعمال بار، اتصالات بین اتم ها در شبکه کریستالی دوباره توزیع می شود و استحکام را تا 75٪ افزایش می دهد. شاخص سختی 114 گیگا پاسکال است. این ماده در هنگام فوران های آتشفشانی تشکیل می شود، طبیعت بسیار کوچکی دارد.
- Lonsdaleite (در عکس اصلی) یک ترکیب کربن آلوتروپیک است. این ماده در یک دهانه شهاب سنگ پیدا شد و گمان می‌رود که در شرایط انفجار از گرافیت تشکیل شده باشد. شاخص سختی 152 گیگا پاسکال است. به ندرت در طبیعت یافت می شود.
عجایب حیات وحش
در میان موجودات زنده روی سیاره ما، کسانی هستند که چیز بسیار خاصی دارند.
- Web of Caaerostris darwini. رشته ای که عنکبوت داروین از خود ساطع می کند از فولاد قوی تر است وسخت تر از کولار این وب بود که دانشمندان ناسا در توسعه لباس‌های محافظ فضایی به خدمت گرفتند.
- دندان صدف لیمپت دریایی - ساختار فیبری آنها اکنون توسط بیونیک بررسی می شود. آنها آنقدر قوی هستند که به نرم تنان اجازه می دهند جلبک هایی را که به شکل سنگ رشد کرده اند جدا کند.
توس آهنی
یکی دیگر از معجزات طبیعت توس اشمیت است. چوب آن سخت ترین ماده طبیعی با منشا بیولوژیکی است. در خاور دور در منطقه حفاظت شده طبیعی Kedrovaya Pad رشد می کند و در کتاب قرمز ذکر شده است. استحکام با آهن و چدن قابل مقایسه است. اما در معرض خوردگی و پوسیدگی نیست.
استفاده همه جانبه از چوب توس اشمیت، که حتی گلوله هم نمی تواند به آن نفوذ کند، به دلیل نادر بودن استثنایی آن مانع شده است.
سخت ترین فلزات
این یک فلز آبی-سفید - کروم است. اما قدرت آن به خلوص آن بستگی دارد. در طبیعت حاوی 0.02 درصد است که اصلاً کم نیست. از سنگ های سیلیکات استخراج می شود. شهاب‌سنگ‌هایی که به زمین می‌افتند نیز حاوی مقدار زیادی کروم هستند.
مقاوم در برابر خوردگی، مقاوم در برابر حرارت و نسوز است. کروم در بسیاری از آلیاژها (فولاد کروم، نیکروم) یافت می شود که به طور گسترده در صنعت و در پوشش های تزئینی ضد خوردگی استفاده می شود.
قویتر با هم
یک فلز خوب است، اما برخی از ترکیبات می تواند خواص شگفت انگیزی به آلیاژ بدهد.
آلیاژ فوق العاده قوی از تیتانیوم و طلا تنها ماده قوی است که زیست سازگاری با بافت های زنده را ثابت کرده است. آلیاژ بتا-Ti3Au آنقدر قوی است که آن را داردآسیاب کردن در هاون غیرممکن است. امروزه مشخص است که این آینده ایمپلنت‌ها، مفاصل مصنوعی و استخوان‌های مختلف است. علاوه بر این، می توان آن را در حفاری، تجهیزات ورزشی و بسیاری از زمینه های دیگر از زندگی ما اعمال کرد.
آلیاژ پالادیوم، نقره و برخی فلزات نیز می تواند خواص مشابهی داشته باشد. دانشمندان موسسه C altech امروز روی این پروژه کار می کنند.
آینده با 20 دلار هر اسکنه
سخت ترین ماده ای که امروز در خیابان می تواند بخرد چیست؟ فقط با 20 دلار می توانید 6 متر نوار Braeön بخرید. از سال 2017، از تولید کننده داستین مک ویلیامز به فروش می رسد. ترکیب شیمیایی و روش تولید کاملاً محرمانه نگهداری می شود، اما کیفیت آن شگفت انگیز است.
هر چیزی را می توان با چسب بست. برای این کار باید آن را دور قسمت هایی که قرار است ببندید پیچیده، با فندک معمولی گرم کنید، به ترکیب پلاستیکی شکل دلخواه داده شود و تمام. پس از خنک شدن، اتصال 1 تن بار را تحمل می کند.
هم سخت و هم نرم
در سال 2017، اطلاعاتی در مورد ایجاد یک ماده شگفت انگیز - سخت ترین و نرم ترین در همان زمان - ظاهر شد. این فراماده توسط دانشمندان دانشگاه میشیگان اختراع شد. آنها موفق شدند یاد بگیرند که چگونه ساختار مواد را کنترل کنند و خواص مختلفی از خود نشان دهند.
به عنوان مثال، هنگام استفاده از آن برای ساخت اتومبیل، بدنه هنگام حرکت سفت و در هنگام برخورد نرم خواهد بود. بدن انرژی تماس را جذب می کند و از مسافر محافظت می کند.
