U svojim aktivnostima osoba koristi različite kvalitete tvari i materijala. I nije nevažna njihova snaga i pouzdanost. O najtvrđim materijalima u prirodi i umjetno stvorenim materijalima bit će riječi u ovom članku.
Zajednički standard
Za određivanje čvrstoće materijala koristi se Mohsova ljestvica - ljestvica za procjenu tvrdoće materijala po njegovoj reakciji na grebanje. Za laike, najtvrđi materijal je dijamant. Iznenadit ćete se, ali ovaj mineral je tek negdje na 10. mjestu među najtvrđim. U prosjeku, materijal se smatra supertvrdim ako su njegove vrijednosti iznad 40 GPa. Osim toga, prilikom identificiranja najtvrđeg materijala na svijetu treba uzeti u obzir i prirodu njegovog podrijetla. Istodobno, snaga i izdržljivost često ovise o utjecaju vanjskih čimbenika na njega.
Najtvrđi materijal na Zemlji
U ovom ćemo odjeljku obratiti pažnju na kemijske spojeve s neobičnom kristalnom strukturom, koji su mnogo jači od dijamanata i mogu ga ogrebati. Donesimo6 najtvrđih materijala koje je izradio čovjek, počevši od najmanje tvrdih.
- Ugljični nitrid - bor. Ovo dostignuće moderne kemije ima indeks čvrstoće od 76 GPa.
- Grafenski aerogel (aerografen) je materijal 7 puta lakši od zraka, koji vraća svoj oblik nakon 90% kompresije. Nevjerojatno izdržljiv materijal koji također može apsorbirati 900 puta svoju težinu u tekućini ili čak u ulju. Ovaj materijal se planira koristiti kod izlijevanja nafte.
- Grafen je jedinstven izum i najizdržljiviji materijal u svemiru. Malo više o njemu u nastavku.
- Carbin je linearni polimer alotropnog ugljika, od kojeg su napravljene super-tanke (1 atom) i super-jake cijevi. Dugo vremena nitko nije mogao izgraditi takvu cijev duljine veću od 100 atoma. No, austrijski znanstvenici sa Sveučilišta u Beču uspjeli su prevladati ovu barijeru. Osim toga, ako se ranije karabin sintetizirao u malim količinama i bio je vrlo skup, danas ga je moguće sintetizirati u tonama. Ovo otvara nove horizonte za svemirsku tehnologiju i šire.
- Elbor (kingsongit, cubonite, borazone) je nanodizajniran spoj koji se danas naširoko koristi u obradi metala. Tvrdoća - 108 GPa.
Fulerit je najtvrđi materijal na Zemlji poznat čovjeku danas. Njegova snaga od 310 GPa osigurana je činjenicom da se ne sastoji od pojedinačnih atoma, već od molekula. Ovi će kristali lako izgrebati dijamant poput noža za maslac
Čudo ljudskih ruku
Grafen je još jedan izum čovječanstva koji se temelji na alotropskim modifikacijama ugljika. Izgleda kao tanki film debljine jednog atoma, ali 200 puta jači od čelika, s iznimnom fleksibilnošću.
Za grafen kažu da slon mora stajati na vrhu olovke da bi ga probio. Istodobno, njegova je električna vodljivost 100 puta veća od silicija računalnih čipova. Vrlo brzo će napustiti laboratorije i ući u svakodnevni život u obliku solarnih panela, mobitela i modernih računalnih čipova.
Dva vrlo rijetka rezultata anomalija u prirodi
U prirodi postoje vrlo rijetki spojevi koji imaju nevjerojatnu snagu.
- Bor nitrid je tvar čiji kristali imaju specifičan oblik wurtzita. Primjenom opterećenja dolazi do preraspodjele veza između atoma u kristalnoj rešetki, povećavajući čvrstoću za 75%. Indeks tvrdoće je 114 GPa. Ova tvar nastaje tijekom vulkanskih erupcija, vrlo je male prirode.
- Lonsdaleite (na glavnoj fotografiji) je alotropni spoj ugljika. Materijal je pronađen u meteoritskom krateru i smatra se da je nastao od grafita u uvjetima eksplozije. Indeks tvrdoće je 152 GPa. Rijetko se može naći u prirodi.
Čuda divljih životinja
Među živim bićima na našem planetu postoje i oni koji imaju nešto vrlo posebno.
- Web of Caaerostris darwini. Nit koju ispušta Darwinov pauk jača je od čelika itvrđe od kevlara. Upravo su ovu mrežu NASA-ini znanstvenici uzeli u službu u razvoju svemirskih zaštitnih odijela.
- Zubi školjke Morski limpet - njihovu vlaknastu strukturu sada proučava bionika. Toliko su jaki da dopuštaju mekušcu da otkine alge koje su urasle u kamen.
željezna breza
Još jedno čudo prirode je Schmidtova breza. Njegovo drvo je najtvrđi prirodni materijal biološkog porijekla. Raste na Dalekom istoku u prirodnom rezervatu Kedrovaya Pad i uvršten je u Crvenu knjigu. Čvrstoća je usporediva sa željezom i lijevanim željezom. Ali nije podložan koroziji i propadanju.
Sveprisutnu upotrebu drva Schmidt breze, koje ni meci ne mogu probiti, ometa njegova iznimna rijetkost.
Najtvrđi metal
Ovo je plavo-bijeli metal - krom. Ali njegova snaga ovisi o njegovoj čistoći. U prirodi ga sadrži 0,02%, što uopće nije tako malo. Dobija se iz silikatnih stijena. Meteoriti koji padaju na Zemlju također sadrže mnogo kroma.
Otporan je na koroziju, otporan na toplinu i vatrostalan. Krom se nalazi u mnogim legurama (krom čelik, nihrom) koje se široko koriste u industriji i u antikorozivnim ukrasnim premazima.
Zajedno jači
Jedan metal je dobar, ali neke kombinacije mogu leguri dati nevjerojatna svojstva.
Super jaka legura titana i zlata jedini je jak materijal koji se pokazao biokompatibilnim sa živim tkivima. Legura beta-Ti3Au je toliko jaka da jenemoguće samljeti u mortu. Već danas je jasno da je to budućnost raznih implantata, umjetnih zglobova i kostiju. Osim toga, može se primijeniti na bušenje, sportsku opremu i mnoga druga područja našeg života.
Legura paladija, srebra i nekih metaloida također može imati slična svojstva. Znanstvenici s Instituta C altech danas rade na ovom projektu.
Budućnost za 20 dolara po zavoju
Koji je najteži materijal koji netko na ulici može kupiti danas? Za samo 20 dolara možete kupiti 6 metara trake Braeön. Od 2017. godine u prodaji je od proizvođača Dustin McWilliams. Kemijski sastav i način proizvodnje čuvaju se u strogoj tajnosti, ali su njegove kvalitete nevjerojatne.
Sve se može pričvrstiti trakom. Da biste to učinili, mora se omotati oko dijelova koji se pričvršćuju, zagrijati običnim upaljačem, plastičnom sastavu treba dati željeni oblik i to je to. Nakon hlađenja spoj će izdržati opterećenje od 1 tone.
tvrda i meka
U 2017. godini pojavile su se informacije o stvaranju nevjerojatnog materijala - najtvrđeg i najmekšeg u isto vrijeme. Ovaj metamaterijal izumili su znanstvenici sa Sveučilišta Michigan. Uspjeli su naučiti kako kontrolirati strukturu materijala i učiniti ga da pokazuje različita svojstva.
Na primjer, kada se koristi za izradu automobila, tijelo će biti kruto prilikom kretanja, a mekano prilikom sudara. Tijelo apsorbira kontaktnu energiju i štiti putnika.
