Ihminen käyttää toiminnassaan erilaisia aineita ja materiaaleja. Eikä merkityksetöntä ole niiden vahvuus ja luotettavuus. Tässä artikkelissa käsitellään luonnon kovimpia materiaaleja ja keinotekoisesti luotuja.
Yleinen standardi
Materiaalin lujuuden määrittämiseen käytetään Mohsin asteikkoa – asteikkoa, jolla arvioidaan materiaalin kovuutta sen reaktion perusteella naarmuuntumista vastaan. Maallikolle kovin materiaali on timantti. Tulet yllättymään, mutta tämä mineraali on vasta jossain 10. sijalla kovimpien joukossa. Keskimäärin materiaalia pidetään erittäin kovana, jos sen arvot ovat yli 40 GPa. Lisäksi maailman kovimman materiaalin tunnistamisessa tulee ottaa huomioon myös sen alkuperä. Samaan aikaan lujuus ja kestävyys riippuvat usein ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta siihen.
Maan kovin materiaali
Tässä osiossa kiinnitämme huomiota kemiallisiin yhdisteisiin, joilla on epätavallinen kiderakenne, jotka ovat paljon vahvempia kuin timantit ja voivat hyvinkin naarmuttaa sitä. TuodaanTop 6 kovimmat ihmisen tekemät materiaalit alkaen vähiten kovista.
- Hiilinitridi - boori. Tämän modernin kemian saavutuksen lujuusindeksi on 76 GPa.
- Grafeeniaerogeeli (aerographene) on 7 kertaa ilmaa kevyempi materiaali, joka palauttaa muotonsa 90 %:n puristuksen jälkeen. Hämmästyttävän kestävä materiaali, joka voi myös imeä nestettä tai jopa öljyä 900 kertaa oman painonsa verran. Tätä materiaalia on suunniteltu käytettäväksi öljyvuodoissa.
- Grafeeni on ainutlaatuinen keksintö ja universumin kestävin materiaali. Hieman lisää hänestä alla.
- Carbin on lineaarinen allotrooppisen hiilen polymeeri, josta valmistetaan superohuita (1 atomi) ja erittäin vahvoja putkia. Pitkään aikaan kukaan ei pystynyt rakentamaan sellaista putkea, jonka pituus olisi yli 100 atomia. Mutta itäv altalaiset Wienin yliopiston tutkijat onnistuivat voittamaan tämän esteen. Lisäksi, jos aiemmin karbiinia syntetisoitiin pieniä määriä ja se oli erittäin kallista, nykyään se on mahdollista syntetisoida tonneissa. Tämä avaa uusia näköaloja avaruusteknologialle ja sen ulkopuolelle.
- Elbor (kingsongiitti, kuboniitti, boratsoni) on nanosuunniteltu yhdiste, jota käytetään nykyään laajasti metallinkäsittelyssä. Kovuus - 108 GPa.
Fulleriitti on maan kovin materiaali, jonka ihminen tuntee nykyään. Sen 310 GPa:n vahvuus on varmistettu sillä, että se ei koostu yksittäisistä atomeista, vaan molekyyleistä. Nämä kiteet naarmuttavat helposti timanttia kuin voiveitsi
Ihmiskäsien ihme
Grafeeni on toinen ihmiskunnan keksintö, joka perustuu hiilen allotrooppisiin muunnelmiin. Se näyttää ohuelta kalvolta, joka on yhden atomin paksuinen, mutta 200 kertaa vahvempi kuin teräs, poikkeuksellisen joustavasti.
Grafeenista sanotaan, että elefantin on seisottava kynän kärjessä voidakseen lävistää sen. Samaan aikaan sen sähkönjohtavuus on 100 kertaa suurempi kuin tietokonesirujen pii. Hyvin pian se poistuu laboratorioista ja tulee jokapäiväiseen elämään aurinkopaneelien, matkapuhelimien ja nykyaikaisten tietokonesirujen muodossa.
Kaksi hyvin harvinaista tulosta luonnossa esiintyvistä poikkeavuuksista
Luontossa on erittäin harvinaisia yhdisteitä, joilla on uskomaton vahvuus.
- Boorinitridi on aine, jonka kiteillä on erityinen wurtsiittimuoto. Kuormituksella kidehilan atomien väliset yhteydet jakautuvat uudelleen, mikä lisää lujuutta 75%. Kovuusindeksi on 114 GPa. Tämä aine muodostuu tulivuorenpurkauksissa, se on luonteeltaan hyvin pieni.
- Lonsdaleite (pääkuvassa) on allotrooppinen hiiliyhdiste. Materiaali löydettiin meteoriittikraatterista ja sen uskotaan muodostuneen grafiitista räjähdyksen olosuhteissa. Kovuusindeksi on 152 GPa. Harvoin tavattu luonnossa.
Villieläinten ihmeitä
Planeettamme elävien olentojen joukossa on niitä, joilla on jotain hyvin erityistä.
- Caaerostris darwinin verkko. Darwinin hämähäkin säteilemä lanka on vahvempaa kuin teräs jakovempaa kuin kevlar. NASAn tutkijat ottivat tämän verkon käyttöön avaruussuojapukujen kehittämisessä.
- Simpukkahampaat Merilimet - niiden kuiturakennetta tutkii nyt bioniikka. Ne ovat niin vahvoja, että niiden avulla nilviäinen voi repiä pois kiveen kasvaneet levät.
Rautakoivu
Toinen luonnon ihme on Schmidtin koivu. Sen puu on kovin biologista alkuperää oleva luonnonmateriaali. Se kasvaa Kaukoidässä Kedrovaya Padin luonnonsuojelualueella ja on lueteltu Punaisessa kirjassa. Lujuus on verrattavissa rautaan ja valuraudaan. Mutta se ei ole alttiina korroosiolle eikä hajoamiselle.
Schmidt-koivupuun, johon luoditkaan eivät tunkeudu, yleistä käyttöä haittaa sen poikkeuksellinen harvinaisuus.
Kovin metalleista
Tämä on sinivalkoinen metalli - kromi. Mutta sen vahvuus riippuu sen puhtaudesta. Luonnossa se sisältää 0,02%, mikä ei ole ollenkaan niin pieni. Se uutetaan silikaattikivistä. Maahan putoavat meteoriitit sisältävät myös paljon kromia.
Se on korroosionkestävä, lämmönkestävä ja tulenkestävä. Kromia on monissa seoksissa (kromiteräs, nikromi), joita käytetään laaj alti teollisuudessa ja korroosionestopinnoitteissa.
Yhdessä vahvempia
Yksi metalli on hyvä, mutta jotkut yhdistelmät voivat antaa seokselle uskomattomia ominaisuuksia.
Titaanin ja kullan supervahva seos on ainoa vahva materiaali, joka on osoittautunut biologisesti yhteensopivaksi elävien kudosten kanssa. Beta-Ti3Au-seos on niin vahva, että semahdotonta jauhaa huhmareessa. Jo tänään on selvää, että tämä on erilaisten implanttien, tekonivelten ja luiden tulevaisuus. Lisäksi sitä voidaan käyttää porauksessa, urheiluvälineissä ja monilla muilla elämämme aloilla.
Palladiumin, hopean ja joidenkin metalloidien lejeeringillä voi myös olla samanlaisia ominaisuuksia. C altech Instituten tutkijat työskentelevät tämän projektin parissa tänään.
Tulevaisuus 20 dollarilla vyyhiltä
Mikä on vaikein materiaali, jonka kukaan kadulta voi ostaa tänään? Vain 20 dollarilla voit ostaa 6 metriä Braeön-nauhaa. Vuodesta 2017 lähtien se on ollut myynnissä valmistaj alta Dustin McWilliams. Kemiallinen koostumus ja valmistusmenetelmä pidetään tiukasti luottamuksellisina, mutta sen ominaisuudet ovat hämmästyttäviä.
Kaikki voidaan kiinnittää teipillä. Tätä varten se on käärittävä kiinnitettävien osien ympärille, lämmitettävä tavallisella sytyttimellä, muovikoostumukselle on annettava haluttu muoto ja siinä se. Jäähtymisen jälkeen liitos kestää 1 tonnin kuormituksen.
Sekä kovaa että pehmeää
Vuonna 2017 ilmestyi tietoa hämmästyttävän materiaalin luomisesta - kovimman ja pehmeimmän samanaikaisesti. Tämän metamateriaalin keksivät Michiganin yliopiston tutkijat. He onnistuivat oppimaan hallitsemaan materiaalin rakennetta ja saamaan sen näyttämään erilaisia ominaisuuksia.
Käytettäessä sitä esimerkiksi autojen luomiseen, runko on jäykkä liikkuessaan ja pehmeä törmäyksessä. Keho imee kontaktienergiaa ja suojaa matkustajaa.
