Эти волокна имеют диаметр 5-10 микрометров и состоят в основном из атомов углерода. Эти волокна имеют много преимуществ перед сталью и сплавами.
Какой самый твердый материал на Земле?
Алмаз имеет 10 баллов по шкале твердости Мооса, что означает, что он является самым твердым природным материалом при царапании. Однако вещество лонсдалит, найденное в метеоритах, как говорят, даже тверже алмаза.
Спросите любителя науки: «Какой материал самый твердый?», и он, несомненно, ответит: «Алмаз».
На протяжении десятилетий люди использовали безупречную твердость алмаза для интенсивной резки. Кроме того, бриллианты являются очень востребованным ювелирным изделием для женщин благодаря их способности красиво взаимодействовать со светом. Но действительно ли алмаз является самым твердым материалом на земле?
Ну, почти… Ученые обнаружили потенциального соперника, который, как говорят, еще тверже алмаза.
Самое твердое вещество природного происхождения на нашей планете
Когда речь идет о натуральных твердых телах, алмаз является явным победителем. Его прочная структура делает его труднопревзойденным по твердости. Теперь возникает вопрос… Как измеряется твердость?
Измерение твердости
В материаловедении оценка твердости материала очень важна. Однако определить твердость нелегко. Таким образом, твердость может быть измерена различными способами в зависимости от контекста и применимости.
Шкала твердости Мооса
Одной из наиболее распространенных шкал твердости является шкала твердости Мооса, которая была разработана немецким минералогом Фридрихом Моосом в девятнадцатом веке. Согласно этой шкале, твердость — это мера устойчивости одного материала к царапанию другим. Шкала твердости Мооса варьируется от 0 до 10, при этом 10 означает наибольшую твердость (наименее устойчивую к царапинам), а 0 — наименьшую твердость.
Алмаз получил 10 баллов по этой шкале, что однозначно означает, что он является самым твердым природным материалом при воздействии на него царапин. Чтобы понять, насколько хороши бриллианты, рассмотрим сталь, которая известна своей твердостью и набирает всего 4,5 балла по этой шкале!
Поэтому измерение твердости на основе устойчивости вещества к царапинам не прижилось. Поэтому ученые начали искать альтернативный метод измерения твердости. Был разработан еще один метод измерения твердости с использованием штифта для оценки твердости.
Тест твердости по Виккерсу
Одним из наиболее известных тестов для определения твердости вдавливанием является тест на твердость по Виккерсу. При этом методе проверки твердости индентор в форме пирамиды прижимается к материалу, твердость которого необходимо оценить. К этому материалу прикладывается определенная сила в течение определенного времени. Затем индентор используется для измерения вмятины в материале. Это достигается путем измерения площади вмятины, которую индентор делает на материале. Опять же, было установлено, что алмаз является самым твердым природным материалом на земле.
Что делает бриллиант таким твердым?
В этот момент вы, возможно, задаетесь вопросом, что делает алмаз таким твердым? Ответ кроется в молекулярной структуре этого блестящего элемента. Алмаз — это аллотрид углерода, состоящий из пяти атомов углерода, имеющих общие электроны в тетраэдрической решетчатой структуре. Ковалентная связь между этими атомами углерода чрезвычайно прочна, и ее очень трудно разорвать при комнатной температуре.
Из-за этой прочной ковалентной связи у алмазов нет свободных электронов, что делает их плохим проводником электричества, но отличным проводником тепла. На самом деле, теплопроводность алмаза примерно в пять раз лучше, чем у меди. Благодаря своей фантастической теплопроводности алмазы часто используются в электрических компонентах, таких как радиаторы.
Алмазы не непобедимы.
Прочитав это, вы можете почувствовать, что бриллианты непобедимы, но на самом деле это не так. Алмаз становится уязвимым при очень высоких температурах. Если нагреть алмаз до температуры более 800 °C, его химические и физические свойства уже не остаются неизменными. Это влияет на характерную прочность алмаза. Они начинают вступать в химическую реакцию с железом, делая алмаз нежелательным для обработки стали. Характерная твердость алмаза нарушается. Они начинают вступать в химическую реакцию с железом, делая алмаз нежелательным для обработки стали.
Поэтому ученые и исследователи давно ищут чрезвычайно твердый материал с лучшей химической стабильностью. В 2009 году исследователи из Шанхайского университета Цзяо Тун и Университета Невады объявили, что они нашли два материала, которые могут победить алмаз в его собственной игре!
Двумя предложенными потенциальными кандидатами на самый твердый материал были вюрцит нитрида бора (w-BN) и лонсдейлит.
Вюрцит нитрид бора (w-BN)
Нитрид бора (w-BN) имеет структуру, схожую с алмазом, но помимо углерода в его состав входят атомы бора и азота. Нитрид борного червя чрезвычайно редок и может быть найден только после извержения особого вулкана. Моделирование гексагональной структуры w-BN, проведенное исследователями в 2009 году, показало, что она на 18 % тверже стали. Кроме того, w-BN химически более стабилен, чем алмаз при высоких температурах.
Лонсдейлит
Лонсдейлит состоит только из атомов углерода, как и алмаз, но имеет другую структуру. И знаете что? Лонсдейлит даже сильнее, чем w-BN! Интересно, что лонсдалит — это космическое вещество, которое образуется при падении на Землю метеорита, содержащего графит. Моделирование показало, что лонсдалит на 58% тверже алмаза, что делает его самым твердым веществом на Земле.
Что такое карбид кремния?
Природный муассанит — очень красивый минерал
Карбид кремния — это неорганическое химическое соединение кремния и углерода. В природе карбид кремния встречается в чрезвычайно редком минерале муассаните. Мусанит встречается в природе в некоторых типах метеоритов, а также в кимберлитовых и корундовых месторождениях. Материал используется для имитации алмазных вставок в ювелирной промышленности, но чаще всего карбид кремния применяется в автомобильной, электротехнической и астрономической промышленности. Важно отметить, что почти весь карбид кремния, используемый в промышленности, является синтетическим.
Природный муассанит был впервые обнаружен в 1893 году Фердинандом Анри Муассаном в виде шестиугольных пластинчатых включений в метеорите Каньон Дьябло в Аризоне. Название минерала датируется 1905 г. Хотя карбид кремния чрезвычайно трудно найти на Земле, он широко распространен в космосе. Муассанит встречается, например, в газовых облаках вокруг богатых углеродом звезд и в первобытных метеоритах.
Читайте еще больше увлекательных статей об удивительных минералах и животных нашей планеты на нашем канале Яндекс.Дзен
Как и для чего используют титановые сплавы?
Металл назван в честь титанов, фигур древнегреческой мифологии, детей Геи.
Титановые сплавы — это сплавы, основным компонентом которых является титан (легкий, прочный металл серебристого цвета). Титановые сплавы используются во многих отраслях промышленности, включая спортивные автомобили, коммерческие самолеты и ракеты. Титановые сплавы очень устойчивы к коррозии. Однако из-за высокой стоимости производства эти материалы используются только в высокотехнологичных отраслях. Титан является десятым по распространенности материалом на Земле и присутствует в земной коре в количестве 0,57% по массе и в морской воде в количестве 0,001 мг/л. Титан также присутствует на поверхности Земли. В земной коре титан почти всегда присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде он не встречается. Титан встречается в крупных первичных месторождениях в России, США, Казахстане, Китае, Норвегии, Швеции и т.д.
Паучий шелк – один из самых прочных материалов на Земле
Несмотря на его удивительные свойства, очень неприятно наткнуться на паучий шелк, особенно в лесу.
На самом деле, паучий шелк является одним из самых прочных природных материалов на планете. Как вы, вероятно, знаете, пауки используют паутину для ловли добычи и защиты своего потомства. Хотя прочность паучьего шелка варьируется от вида к виду, паучий шелк почти так же прочен, как нержавеющая сталь. Я согласен, что это очень серьезный вопрос. Именно поэтому Человек-паук из не очень известной вымышленной вселенной может так смело и разнообразно использовать паучий шелк. Возможно, в будущем паучий шелк будет использоваться в качестве мышц для роботов. Подробнее об этом удивительном предложении ученых читайте в статье Ильи Хеля.
Самое прочное дерево
Существует дерево, которое превосходит по прочности чугун и может соперничать с железом. Речь идет о «Березе Шмидта». Его также называют железной березой. Человек никогда не знал более сильного дерева, чем это. Он был открыт русским ботаником по фамилии Шмидт, когда он находился на Дальнем Востоке.
Дерево в полтора раза прочнее чугуна, а его прочность на изгиб примерно такая же, как у железа. Благодаря этим свойствам железная береза иногда вполне может заменить металл, так как эта древесина не подвержена коррозии и гниению. Корпус судна из железной березы не нужно красить, он не повреждается коррозией или кислотой.
Березу Шмидта невозможно ни пробить пулей, ни обработать топором. Из всех берез на нашей планете железная береза имеет продолжительность жизни четыреста лет. Местом его обитания является заповедник «Кедровая падь». Это редкий охраняемый вид, занесенный в Красную книгу. Если бы не эта редкость, его чрезвычайно прочная древесина могла бы использоваться повсеместно.
С другой стороны, самые высокие в мире красные деревья не отличаются особой прочностью. Однако, по данным uznayvse.ru, они могут достигать высоты до 150 метров.
Самый прочный материал во Вселенной
Самый прочный и легкий материал в нашей Вселенной — графен. Это углеродная пластинка толщиной всего в один атом, но прочнее алмаза и в сто раз более проводящая, чем кремний в компьютерных чипах.
Самый прочный и легкий материал в мире: графен
Графен скоро покинет исследовательские лаборатории. О его уникальных свойствах сейчас говорят все ученые мира. Нескольких граммов материала достаточно, чтобы покрыть целое футбольное поле. Графен очень гибок и может быть сложен, согнут и свернут.
Возможные области применения включают солнечные батареи, мобильные телефоны, сенсорные экраны и высокоскоростные компьютерные чипы.
Аэрографит
Аэробар в обычной упаковке
Эта синтетическая пена является одним из самых легких строительных материалов в мире. Аэрографит примерно в 75 раз легче пенополистирола (но гораздо прочнее!). Этот материал может быть сжат до 30-кратного первоначального размера без разрушения его структуры. Еще один интересный момент: аэрограф может выдержать вес в 40 000 раз больше своего.
Палладиевое микролегированное стекло
Стекло в испытании на удар
Этот материал был разработан учеными в Калифорнии. Микролегированное стекло обладает почти идеальным сочетанием жесткости и прочности. Это объясняется тем, что его химическая структура уменьшает хрупкость стекла, но сохраняет жесткость палладия.
Кубический нитрид бора
Молекулярная структура нитрида бора
Кубический нитрид бора имеет примерно такую же прочность, как алмаз, и важное преимущество — нерастворимость в никеле и железе при высоких температурах. По этой причине его можно использовать для обработки этих элементов (алмаз образует нитриды с железом и никелем при высоких температурах).
