Производила очень прочный и легкий. Самые твердые материалы: виды, классификация, характеристики, интересные факты и особенности, химические и физические свойства. Легкий и прочный материал может применяться

Самые твердые материалы: виды, классификация, характеристики, интересные факты и особенности, химические и физические свойства

Производила очень прочный и легкий. Самые твердые материалы: виды, классификация, характеристики, интересные факты и особенности, химические и физические свойства. Легкий и прочный материал может применяться

В своей деятельности человек использует различные качества веществ и материалов. И совсем не маловажным является их крепость и надежность. О самых твердых материалах в природе и созданных искусственно пойдет речь в этой статье.

Общепринятый эталон

Для определения прочности материала используется шкала Мооса – шкала оценки твердости материала по его реакции на царапание. Для обывателя самый твердый материал – это алмаз. Вы удивитесь, но этот минерал всего лишь где-то на 10-м месте среди самых твердых.

В среднем материал считают сверхтвердым, если его показатели выше 40 ГПа. Кроме того, при выявлении самого твердого материала в мире следует учитывать и природу его происхождения. При этом крепость и прочность часто зависят от воздействия внешних факторов на него.

Самый твердый материал на Земле

В данном разделе обратим внимание на химические соединения с необычной кристаллической структурой, которые намного прочнее алмазов и вполне могут его поцарапать. Приведем топ-6 самых твердых материалов созданных человеком, начиная с наименее твердого.

  • Нитрид углерода – бора. Это достижение современной химии имеет показатель прочности 76 ГПа.
  • Графеновый аэрогель (аэрографен) – материал в 7 раз легче воздуха, восстанавливающий форму после 90 % сжатия. Удивительно прочный материал, способный к тому же впитать количество жидкости или даже масла в 900 раз больше собственного веса. Этот материал планируется использовать при разливах нефти.
  • Графен – уникальное изобретение и самый прочный материал во Вселенной. О нем ниже чуть подробнее.
  • Карбин – линейный полимер аллотропного углерода, из которого делают супертонкие (в 1 атом) и суперпрочные трубки. Долгое время никому не удавалось построить такую трубку длиною более чем 100 атомов. Но австрийским ученым из Венского Университета удалось преодолеть этот барьер. Кроме того, если раньше карбин синтезировался в малых количествах и был очень дорогой, то сегодня появилась возможность синтезировать его тоннами. Это открывает новые горизонты для космотехники и не только.
  • Эльбор (кингсонгит, кубонит, боразон) – это наноконструированное соединение, которое сегодня широко применяется в обработке металлов. Твердость – 108 ГПа.
  • Фуллерит – вот какой самый твердый материал на Земле, известный человеку сегодня. Его прочность в 310 ГПа обеспечивается тем, что он состоит не из отдельных атомов, а из молекул. Эти кристаллы с легкостью поцарапают алмаз, как нож масло.

Чудо рук человеческих

Графен – еще одно изобретение человечества на основе аллотропных модификаций углерода. С виду – тонкая пленка толщиной в один атом, но в 200 раз прочнее стали, обладающая исключительной гибкостью.

Именно о графене говорят, что, чтобы его проткнуть, на кончике карандаша должен стоять слон. При этом его электропроводность выше кремния компьютерных чипов в 100 раз. Очень скоро он покинет лаборатории и войдет в повседневную жизнь в виде солнечных панелей, сотовых телефонов и чипов современных компьютеров.

Два очень редких результата аномалий в природе

В природе встречаются очень редкие соединения, которые обладают невероятной прочностью.

  • Нитрид бора – вещество, кристаллы которого имеют специфическую вюрцитную форму. С приложением нагрузок соединения между атомами в кристаллической решетке перераспределяются, повышая прочность на 75 %. Показатель твердости – 114 ГПа. Образуется это вещество при вулканических извержениях, в природе его очень мало.
  • Лонсдейлит (на главном фото) – соединение аллотропного углерода. Материал был обнаружен в воронке метеорита, считается, что он образовался из графита под воздействием условий взрыва. Показатель твердости – 152 ГПа. В природе встречается редко.

Чудеса живой природы

Среди живых существ на нашей планете есть такие, у которых имеется что-то совершенно особенное.

  • Паутина Caerostris darwini. Нить, которую выделяет паук Дарвина, прочнее стали и тверже кевлара. Именно эта паутина была взята учеными НАСА на вооружение при разработке космических защитных костюмов.
  • Зубы моллюска Морское блюдечко – их волокнистая структура сегодня изучается бионикой. Они настолько прочные, что позволяют моллюску отодрать водоросли, вросшие в камень.

Железная береза

Еще одно чудо природы – береза Шмидта. Ее древесина – самый твердый природный материал биологического происхождения. Растет она на Дальнем Востоке в заповеднике Кедровая Падь и внесена в Красную Книгу. Прочность сравнима с железом и чугуном. Но при этом не подвержена коррозии и гниению.

Повсеместному использованию древесины березы Шмидта, которую не пробивают даже пули, препятствует ее исключительная редкость.

Самый твердый из металлов

Это металл бело-голубого цвета – хром. Но его прочность зависит от его чистоты. В природе его содержится 0,02 %, что совсем не так мало. Добывают его из силикатных горных пород. Много хрома содержат и падающие на Землю метеориты.

Он коррозионностойкий, жаропрочный и тугоплавкий. Хром входит в состав многих сплавов (хромистая сталь, нихром), которые широко используются в промышленности и в антикоррозийных декоративных покрытиях.

Вместе прочнее

Один металл – это хорошо, но в некоторых сочетаниях возможно придание сплаву удивительных свойств.

Сверхпрочный сплав титана и золота – единственный крепкий материал, который оказался биосовместимым с живыми тканями. Сплав beta-Ti3Au настолько прочный, что его невозможно измельчить в ступке.

Уже сегодня ясно, что это будущее различных имплантатов, искусственных суставов и костей.

Кроме того, он может быть применен в буровом производстве, изготовлении спортивного снаряжения и во многих других областях нашей жизни.

Подобными свойствами может обладать и сплав палладия, серебра и некоторых металлоидов. Над этим проектом сегодня работают ученые института Калтека.

Будущее по 20 долларов за моток

Какой самый твердый материал уже сегодня может купить любой обыватель? Всего за 20 долларов можно купить 6 метров ленты Braeön. С 2017 года она поступила в продажу от производителя Дастина Маквильямса. Химический состав и способ производства хранятся в строгом секрете, но качества ее поражают.

Лентой можно скрепить абсолютно все. Для этого ее необходимо обмотать вокруг скрепляемых деталей, разогреть обычной зажигалкой, придать пластичному составу нужную форму и все. После остывания стык выдержит нагрузку в 1 тонну.

И твердый, и мягкий

В 2017 году появилась информация о создании удивительного материала – самого твердого и самого мягкого одновременно. Этот метаматериал изобрели ученые из Университета Мичиган. Им удалось научиться управлять структурой материала и заставлять его проявлять различные свойства.

Например, при использовании его для создания автомобилей при движении кузов будет обладать жесткостью, а при столкновении – мягкостью. Кузов абсорбирует энергию соприкосновения и защитит пассажира.

Источник: https://FB.ru/article/398242/samyie-tverdyie-materialyi-vidyi-klassifikatsiya-harakteristiki-interesnyie-faktyi-i-osobennosti-himicheskie-i-fizicheskie-svoystva

Самый прочный материал в мире – Карбин

Производила очень прочный и легкий. Самые твердые материалы: виды, классификация, характеристики, интересные факты и особенности, химические и физические свойства. Легкий и прочный материал может применяться

Под определением прочность подразумевается способность материалов не поддаваться разрушению в результате воздействия внешних сил и факторов, приводящих к внутреннему напряжению.

У материалов, обладающих высокой прочностью, широкая область применения. В природе существую не только твердые металлы и прочные породы древесины, но и искусственно созданные высокопрочные материалы.

Многие люди уверены в том, что самый прочный материал в мире – это алмаз, но так ли это в действительности?

Общая информация:

  • Дата открытия – начало 60-х годов;
  • Первооткрыватели – Сладков, Кудрявцев, Коршак, Касаткин;
  • Плотность – 1,9-2 г/см3.

В недавнем времени научные сотрудники из Австрии завершили работу по налаживанию устойчивого изготовления карбина, являющегося аллотропной формой углерода на основе sp-гибридизации углеродных атомов. Показатели его прочности в 40 раз превзошли показатели алмаза. Информация об этом была размещена в одном из номеров научного печатного периодического издания “Nature Materials”.

Строение карбина

После тщательного изучения его свойств, ученые пояснили, что по прочности он не сравнится ни с одним ранее открытым и изученным материалом. Тем не менее в процессе производства возникли значительные трудности: структура карбина образована из атомов углерода, собранных в длинные цепочки, в результате чего он начинает разрушаться в процессе изготовления.

Для устранения выявленной загвоздки, физики из общественного университета в Вене создали специальное защитное покрытие, в котором и синтезировался карбин.

В качестве защитного покрытия использовались слои графена, положенные друг на друга и свернутые в «термос».

Пока физики прилагали все усилия для достижения стабильных форм, они выяснили, на электрические свойства материала влияет протяженность атомной цепочки.

Извлекать карбин из защитного покрытия без повреждений исследователи так и не научились, поэтому изучение нового материала продолжается, руководствуются ученые только лишь относительной устойчивостью атомных цепочек.

Карбин

Карбин – малоизученная аллотропная модификация углерода, первооткрывателями которой стали советские ученые-химики: А.М.Сладков, Ю.П.Кудрявцев, В.В.Коршак и В.И.Касаточкин.

Информация о результате проведения опыта с подробным описанием открытия материала в 1967 году появилась на страницах одного из крупнейших научных журналов – «Доклады академии наук СССР». Спустя 15 лет в американском научном журнале «Science» появилась статья, поставившая под сомнение результаты, которые получили советские химики.

Выяснилось, что присвоенные малоизученной аллотропной модификации углерода сигналы могли быть связаны с присутствием примесей силикатов. С годами подобные сигналы обнаружили в межзвездном пространстве.

Общая информация:

  • Первооткрыватели – Гейм, Новоселов;
  • Кристаллическая структура – гексагональная решетка;
  • Теплопроводность – 1 ТПа.

Графен представляет собой двумерную аллотропную модификацию углерода, в которой атомы объединены в гексагональную решетку. Несмотря на высокую прочность графена, толщина его слоя составляет 1 атом.

Первооткрывателями материала стали русские физики, Андрей Гейм и Константин Новоселов. В своей стране ученые не заручились финансовой поддержкой и приняли решение о переезде в Нидерланды и Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии. В 2010 году ученым присудили Нобелевскую премию.

Графен

На листе графена, площадь которого равняется одному квадратному метру, а толщина – одному атому, свободно держатся предметы массой до четырех килограмм. Помимо того, что графен высокопрочный материал, он еще и очень гибкий.

Из материала с такими характеристиками в будущем можно будет плести нити и другие веревочные структуры, не уступающие в прочности толстому стальному канату.

При определенных условиях материал, открытый русскими физиками, может справляться с повреждениями в кристаллической структуре.

Лонсдейлит

Общая информация:

  • Год открытия – 1967;
  • Цвет – коричнево-желтый;
  • Измеренная плотность – 3,2 г/см3;
  • Твердость – 7-8 единиц по шкале Мооса.

Лонсдейлит

Структура лонсдейлита, обнаруженного в воронке метеорита, схожа с алмазом, оба материала – это аллотропные модификации углерода.

Вероятнее всего, в результате взрыва графит, являющийся одним из компонентов метеорита, и превратился в лонсдейлит.

На момент обнаружения материала ученые не отметили высоких показателей твердости, тем не менее, было доказано, если в нем не будет примесей, то он ничем не будет уступать высокой твердости алмаза.

Вюрцитный нитрид бора

Общая информация о нитриде бора:

  • Плотность – 2,18 г/см3;
  • Температура плавления – 2973 градуса по Цельсию;
  • Кристаллическая структура – гексагональная решетка;
  • Теплопроводность – 400 Вт/(м×К);
  • Твердость – меньше 10 единиц по шкале Мооса.

Вюрцитный нитрид бора

Основные отличия вюрцитного нитрида бора, представляющего собой соединение бора с азотом, заключаются в термической и химической стойкости и огнеупорности. Материал может быть разной кристаллической формы.

К примеру, графитная самая мягкая, но при этом стабильная, именно она используется в косметологии. Сфалеритная структура в кристаллической решетке подобна алмазам, но уступает по показателям мягкости, обладая при этом лучшей химической и термической стойкостью.

Такие свойства вюрцитного нитрида бора позволяют использовать его в оборудовании для высокотемпературных процессов.

Общая информация:

  • Твердость – 1000 Гн/м2;
  • Прочность – 4 Гн/м2;
  • Год открытия металлического стекла – 1960.

Аморфные металлы

Металлическое стекло – материал с высоким показателем твердости, неупорядоченной структурой на атомарном уровне. Основное отличие структуры металлического стекла от обычного – высокая электропроводность.

Получают такие материалы в результате твердотельной реакции, быстрого охлаждения или ионного облучения.

Ученые научились изобретать аморфные металлы, показатели прочности которых в 3 раза больше, чем у стальных сплавов.

Мартенситно-стареющая сталь

Общая информация:

  • Ударная вязкость КСТ – 0,25-0,3 МДж/м2;
  • Предел упругости – 1500 Мпа;
  • KCU – 0,4-0,6 МДж/м2.

Мартенситно-стареющая сталь

Общая информация:

  • Ударная вязкость КСТ – 0,25-0,3 МДж/м2;
  • Предел упругости – 1500 Мпа;
  • KCU – 0,4-0,6 МДж/м2.

Мартенситно-стареющие стали – сплавы железа, обладающие высокой прочностью при ударах, при этом не теряющие тягучести. Несмотря на такие характеристики, материал не держит режущую кромку. Полученные путем термообработки сплавы – это низкоуглеродистые вещества, берущие прочность от интерметаллидов.

В состав сплава входит никель, кобальт и другие карбидообразующие элементы. Данная разновидность высокопрочной, высоколегированной стали легко поддается обработке, связано это с небольшим содержанием в ее составе углерода.

Материал с такими характеристиками нашел применение в аэрокосмической области, его используют в качестве покрытия ракетных корпусов.

Осмий

Общая информация:

  • Год открытия – 1803;
  • Структура решетки – гексагональная;
  • Теплопроводность – (300 К) (87,6) Вт/(м×К);
  • Температура плавления – 3306 К.

Кристаллы осмия

Блестящий металл голубовато-белого цвета, обладающий высокой прочностью, принадлежит к платиноидам.

Осмий, обладая высокой атомной плотностью, исключительной тугоплавкостью, хрупкостью, высокой прочностью, твердостью и стойкостью к механическим воздействиям и агрессивному влиянию окружающей среды, широко применяется в хирургии, измерительной технике, химической отрасли, электронной микроскопии, ракетной технике и электронной аппаратуре.

Углерод-углеродные композиционные материалы

Общая информация:

  • Плотность – 1,3-2,1 т/м3;
  • Прочность углеродного волокна – 0,5-1 ГПа;
  • Модуль упругости углеродного высокопрочного волокна – 215 Гпа.

Углерод-углеродные композиционные материалы

Углерод-углеродные композиты – материалы, которые состоят из углеродной матрицы, а она в свою очередь армирована углеродными волокнами.

Основные характеристики композитов – высокая прочность, гибкость и ударная вязкость. Структура композиционных материалов может быть как однонаправленной, так и трехмерной.

Благодаря таким качествам композиты широко используются в различных областях, включая и аэрокосмическую отрасль.

Паутина паука Дарвина

Общая информация:

  • Официальный год открытия паука – 2010;

Ударная вязкость паутины – 350 МДж/м3.

Паутина паука Дарвина

Впервые паука, плетущего сети огромных размеров, обнаружили неподалеку от Африки, на островном государстве Мадагаскар. Официально этот вид пауков открыли в 2010 году.

Ученых, прежде всего, заинтересовали паутины, сплетенные членистоногим. Диаметр кругов на несущей нити может доходить до двух метров.

Показатели прочности паутины Дарвина превышают показатели прочности синтетического кевлара, используемого в авиационной и автомобильной промышленности.

Алмаз

Общая информация:

  • Теплопроводность – 900-2300 Вт/(м×К);
  • Температура плавления при давлении 11 Гпа – 3700-4000 градусов по Цельсию;
  • Плотность – 3,47-3,55 г/см3;
  • Показатель преломления – 2,417-2,419.

Алмаз

Алмаз в переводе с древнегреческого означает «несокрушимый», однако ученые открыли еще 9 элементов, превосходящих его по показателям прочности.

Несмотря на бесконечное существование алмаза в обычной среде, при высокой температуре и инертном газе он может превратиться в графит. Алмаз – эталонный элемент (по шкале Мооса), обладающий одним из самых высоких показателей твердости.

Для него, как и для многих драгоценных камней, характерна люминесценция, позволяющая блестеть при попадании на него солнечных лучей.

Источник: https://topkin.ru/best/nauka/samyiy-prochnyiy-material-v-mire/

Топ 21 самых крепких и прочных материалов

Производила очень прочный и легкий. Самые твердые материалы: виды, классификация, характеристики, интересные факты и особенности, химические и физические свойства. Легкий и прочный материал может применяться

Изучение веществ играет важную роль во многих сферах жизни человека. Благодаря открытиям ученых, совершенствуются технологии в медицине, строительстве, металлургии, космологии. В статье представлен список самых прочных и крепких материалов, известных на сегодня.

Шёлк паука Дарвина

Фантастическое вещество, продуцируемое членистоногим Caerostris darwini, поражает воображение. Не зря ученые признали сеть паука самым твердым материалом на Земле из разряда биологических.

Правда, лидер недолго оставался таковым, но об этом позже. Специальные исследования показали высокую сопротивляемость волокна деформациям, ударам, растяжениям и сжатиям.

И это при том, что оно практически невесомое.

Благодаря методу модулирования, ученые предположили следующее. Чтобы шелком паука можно было обернуть Землю, потребуется всего лишь 500 граммов. Но такой сети в природе пока нет.

Аэрографит

Чтобы понять, насколько легка эта синтетическая пена, нужно взять в руку пенопласт. Так вот аэрографит весит в 75 раз меньше, но при этом в несколько раз прочнее. Кроме того, благодаря входящим в состав углеродным трубочкам, этот материал сжимается, уменьшаясь в соответствии с изначальным размером в 30 раз.

Высокая эластичность позволяет проводить такие манипуляции без потери основополагающих качеств. Учитывая эти особенности, ученые установили, что аэрографит с легкостью выдержит нагрузку, которая превысит вес материала в 40 тысяч раз.

Палладиевое микролегированное стекло

Вопреки стереотипам, стекло не всегда хрупкое и бьющееся. Благодаря группе ученых из Калифорнийского института, был разработан инновационный материал, который сочетает в себе мягкость и прочность. Секрет изобретения заключается в том, что кристаллическая структура позволила обойти свойства хрупкости стеклообразного вещества, при этом не снизив уровень выносливости.

Карбид вольфрама

Этот материал нельзя назвать абсолютно твердым, поскольку в некоторых случаях он подвержен разрушению. Однако в условиях больших нагрузок начинают проявляться мягкие свойства, которые обусловлены специальными полосами скольжения. В современном мире эта разработка успешно используется в строительстве, а точнее при изготовлении инструментов для сверления и бурения.

Карбид кремния

Химическое соединение вовсю применяют в военной технике. Благодаря повышенной тугоплавкости, оно участвует в изготовлении брони. А ввиду низкой стоимости материал используют в боевых танках. Кроме того, карбид кремния востребован в ювелирной сфере, а точнее для производства камней, которые имитируют алмазы.

Полиэтилен марки Dyneema

Еще один волшебный состав, поражающий набором полезных свойств. Износостойкий, он хвалится низким коэффициентом трения, а также показывает надежность в условиях критических температур. В своей группе этот высокомолекулярный полиэтилен считается самым прочным среди других волокнистых веществ.

Почему бьет током от всего

Ученые создали материал, который в несколько раз легче воды, однако способен отражать даже пули. Используют в судостроении. Из него изготавливают тросы, которые долгое время не требуют замены и не тонут в воде.

Кубический нитрид бора

По своим характеристикам этот материал схож с алмазом. По показателю твердости они идентичны. Но нитрид бора обладает дополнительными преимуществами. Так, в отличие от драгоценного камня, он устойчив к критически высоким температурам, не вступает в химические реакции ни с железом, ни с никелем. Благодаря этим характеристикам материал выгоден при производстве шлифовальных инструментов.

Титановые сплавы

Свойства титана известны каждому. А вот химические сплавы из этого материала демонстрируют сохранение феноменальной прочности даже в условиях сильного растяжения. Кроме того, полученный сплав обладает жаропрочностью и антикоррозийными характеристиками. Сфера применения материала обширна: авиа и ракетостроение, транспорт и много другое.

Аморфные сплавы

Получаются эти металлы в результате сверхбыстрого охлаждения, благодаря чему минуется процесс кристаллизации. Таким образом, металл становится твердым, однако сохраняет структуру, которая характерна для расплавленного состояния.

Чаще всего аморфные сплавы выпускаются в виде листов, проволок либо же порошка. Вышеуказанная особенность обусловила характерные свойства: устойчивость к коррозии, твердость и прочность. Сплавы используют в электротехнике при изготовлении трансформаторов.

Наноцеллюлоза

Ученые вывели этот материал из древесного волокна. И это тот случай, когда самое прочное дерево даст фору стали. Впрочем, первое еще и намного дешевле. Вообще, наноцеллюлозу называют главным конкурентом стекла и углеродного волокна. Разработчики уверены, что это материал будущего, который будет активно применяться при изготовлении брони и даже биотоплива.

Зубы моллюсков

Еще одно биологическое вещество, которое совсем недавно «заметили» ученые. И, проведя исследования, поняли, что в природе есть что-то, превышающее по показателям прочности упомянутые вначале сети паука Дарвина.

Секрет успеха зубов моллюска, считают ученые, заключается в особенностях питания. Ведь эти морские существа для того, чтобы отделить водоросли от скал, вынуждены изрядно потрудиться.

Генетическую обусловленность прочности вещества в будущем планируют использовать в машиностроительной промышленности.

Мартенситностареющая сталь

Еще один сплав, который отличается повышенной прочностью, а также низкой вязкостью и превосходной пластичностью. Получил широкое распространении в ракетных установках, а также при изготовлении строительных инструментов.

Кевлар

Это пластик, температура плавления которого 450℃. Впрочем, не только это обусловило востребованность кевлара в различных областях. Его используют в тормозных колодках, при изготовлении защитной одежды и даже в беспилотниках. А все потому, что кевлар невероятно прочен и эластичен. К примеру, если сравнить его со стальным проводом, то последний отстает в этих показателях в 8 раз.

Полиэтилен высокой плотности марки Spectra

Еще одно химическое соединение, которое напоминает прочный пластик. Это волокно, отличающееся выдающейся износостойкостью. В сравнении со сталью, ученые отмечают десятикратное преимущество. Как и кеврал, Spectra успешно применяется в бронежилетах и другой защитной амуниции. Вместе с Dyneema, Спектра популярна в строительстве судов и автомобильной промышленности.

Графен

Беря за основу сравнения всю ту же сталь, легко подсчитать, что графен с одноатомной толщиной решетки, превышает по критерию прочности металл в 200 раз. Это модификация углерода, что собственно и обуславливает такие показатели.

Внешний вид графена схож с кулинарной пленкой, правда, в отличие от привычного для хозяек инструмента, порвать ее невозможно.

Чтобы представить наглядно необходимые усилия для деформации вещества, потребуется мощь грузовика, сосредоточенная на карандаше.

Группа ученых в Массачусетском технологическом институте в режиме реального времени проводит исследования, чтобы усовершенствовать графен.

Из того, чего уже удалось добиться – преобразование в трехмерную структуру из двумерной, что, конечно же, феноменально отразится на прочности.

Кроме того, это скажется и на весе, ведь эта характеристика сыграет большую роль в различных областях применения инновационного материала. Кстати, пока эту субстанцию никак не назвали.

Углеродные нанотрубки

Рвется как бумага, как бы ни так. Развитие нанотехнологий позволило ученым выделить вещество тоньше волоса в 50 000 раз. Из таких углеродных нанотрубок производят листы, вес которых намного меньше стали, однако прочность показывает превосходящие качества в 10 раз. Перспективное направление инновационного Buckypaper – изготовление электродов для суперкондесаторов.

Металлическая микрорешётка

Это самый легкий металл во Вселенной. Если взять тот же невесомый пенопласт, то он будет тяжелее этого пористого материала в 100 раз. Но обманчивый внешний вид не должен вводить в заблуждение, ведь по показателю прочности материал даст фору графиту.

Используют его в инженерных областях, при изготовлении тепловых изоляторов и амортизаторов. Еще одно качество металла – способность без потери полезных свойств сжиматься и возвращаться в исходное положение. Эту особенность успешно применяют для накопления энергии. Интересно, что металлические решетки взяли на вооружения инженеры компании Boeing для изготовления самолетов.

Самые яркие объекты ночного неба

Аэрографен

Этот материал сложно сравнивать по показателям легкости с пенопластом. Гораздо проще взять за основу воздух. Графеновый аэрогель легче в 7 раз.

Ученые заменили жидкую фазу на газообразную, при этом добились жаропрочности, твердости и очень низкой теплопроводности.

Все эти свойства обусловили способность аэрографена впитывать огромное количество масла, а также восстанавливаться после сжатия.

Если задуматься о применении таких полезных качеств, то есть предположение, что в будущем с помощью него получиться ликвидировать разливы нефти. Действительно, очень важная разработка, которая успешно снизит последствия экологических катастроф.

Карбин

Все гениальное – просто. Карбин является очередной линейной цепочкой атомов углерода. Но, такая кристаллическая структура обуславливает отличительные свойства вещества. Показатели жесткости поражают – в 3 раза выше, чем у твердого алмаза. А прочности позавидует графен, карбин обогнал его по этому показателю в 2 раза.

Вюрцит нитрид бора

Полезное открытие, которое не так просто применить на практике. А все потому, что это крепкое природное вещество образуется самостоятельно. И не где-нибудь, а в вулканических извержениях.

Ученым удалось исследовать образец и они заявили, что твердость вюрцита превышает алмаз на 18%. Конечно, это не единственное превосходное качество. Однако добыча такого вещества усложняется условиями, что неудивительно.

Поэтому пока о полезном применении в важных областях речи не ведется.

В заключение

Легкие и прочные вещества  занимают особе место в разработках. Взять ту же военную сферу. Во времена Средневековья, чтобы защититься от врагов, рыцари надевали на себя тяжелые и громоздкие доспехи. Все это сказывалось на их действиях, сильно сковывая движения. Сегодня броня представляется собой тонкую нательную одежду, незаметную и ничем не мешающую бойцу.

Говоря о разработках, призванных повышать прочность, нельзя обойти и медицинскую тему. Изготовление имплантатов существенно улучшает качество жизни инвалидов. Авиа, ракетно и судостроение – все это обуславливает мощь государства.

Современные технологии, позволяющие повышать качество конструкций за счет использования инновационных материалов, играют большую роль.

Благодаря усилиям ученых, все, что казалось ранее невозможным и фантастичным, сегодня становится реальностью.

в тему

Стоит поделиться!

Источник: https://udipedia.net/samye-krepkie-i-prochnye-materialy-v-mire/

25 самых крепких известных материалов

Производила очень прочный и легкий. Самые твердые материалы: виды, классификация, характеристики, интересные факты и особенности, химические и физические свойства. Легкий и прочный материал может применяться

Знаете ли вы, какой материал на нашей планете считается самым крепким? Со школы нам всем известно, что алмаз — крепчайший минерал, но он далеко не самый крепкий.

Твёрдость — не главное свойство, которым характеризуется материя. Одни свойства могут мешать появлению царапин, другие — способствовать эластичности.

Хотите знать больше? Перед вами рейтинг материалов, которые будет очень сложно разрушить.

Алмаз

Бриллиант во всей своей красе

Классический пример прочности, засевший в учебниках и головах. Его твёрдость означает устойчивость к царапинам.

В шкале Мооса (качественная шкала, которая измеряет сопротивление различных минералов) алмаз показывает результат в 10 (шкала идёт от 1 до 10, где 10 — самое твёрдое вещество).

Алмаз настолько твёрдый, что другие алмазы должны быть использованы для его резки.

Шёлк паука Дарвина

Паутина, способная остановить аэробус

Этот материал часто упоминается как самое сложное биологическое вещество в мире (хотя это утверждение сейчас оспаривается изобретателями), сеть паука Дарвина сильнее, чем сталь и обладает большим запасом жёсткости, чем кевлар. Её вес не менее замечателен: нить, достаточно длинная, чтобы окружить Землю, весит всего 0,5 кг.

Аэрографит

Аэрографит в обычной посылке

Эта синтетическая пена является одним из самых лёгких строительных материалов в мире. Аэрографит примерно в 75 раз легче пенополистирола (но намного сильнее!).

Этот материал может быть спрессован в 30 раз от его первоначального размера без ущерба для его структуры.

Ещё один интересный момент: аэрографит может выдержать массу в 40 000 раз больше собственного веса.

Палладиевое микролегированное стекло

Стекло во время краш-теста

Это вещество разработано учёными в Калифорнии. Микролегированное стекло имеет почти совершенное сочетание жёсткости и прочности. Причиной этого является то, что его химическая структура снижает хрупкость стекла, но сохраняет жёсткость палладия.

Карбид вольфрама

Вольфрамовое сверло

Карбид вольфрама невероятно твёрдый и имеет качественно высокую жёсткость, но он довольно хрупкий, его легко можно согнуть.

Карбид кремния

Карбид кремния в виде кристаллов

Этот материал используется в создании брони для боевых танков. Фактически он используется почти во всём, что может защищать от пуль. Он имеет рейтинг твёрдости Мооса 9, а также имеет низкий уровень теплового расширения.

Кубический нитрид бора

Молекулярная структура нитрида бора

Примерно такой же сильный, как алмаз, кубический нитрид бора имеет одно важное преимущество: он нерастворим в никеле и железе при высоких температурах. По этой причине его можно использовать для обработки этих элементов (алмазные формы нитридов с железом и никелем при высоких температурах).

Dyneema

Кабель из Dyneema

Считается самым сильным волокном в мире. Возможно, вас удивит факт: «дайнима» легче воды, но она может остановить пули!

Титановые сплавы

Трубка сплава

Титановые сплавы чрезвычайно гибкие и имеют очень высокую прочность на растяжение, но не имеют такой жёсткости, как стальные сплавы.

Аморфные сплавы

Аморфные металлы легко меняют форму

Liquidmetal разработан в компании Caltech. Несмотря на название, этот металл не является жидким и при комнатной температуре имеют высокий уровень прочности и износотойкости. При нагревании аморфные сплавы могут менять форму.

Наноцеллюлоза

Будущая бумага может быть тверже алмазов

Это новейшее изобретение создаётся из древесной массы, при этом обладая большей степенью прочности, чем сталь! И гораздо дешевле. Многие учёные считают наноцеллюлозу дешёвой альтернативой палладиевому стеклу и углеродному волокну.

Зубы моллюсков

Раковина блюдца

Ранее мы упоминали, что пауки Дарвина плетут нить одного из самых прочных органических материалов на Земле. Тем не менее зубы морского блюдечка оказались ещё сильнее, чем паутины. Зубы лимпетов чрезвычайно жёсткие.

Причина этих удивительных характеристик в назначении: сбор водорослей с поверхности горных пород и кораллов.

Учёные считают, что в будущем мы могли бы скопировать волокнистую структуру зубов лимпета и использовать её в автомобильной промышленности, кораблях и даже авиационной индустрии.

Мартенситностареющие стали

Ступень ракеты, в которой многие узлы содержат мартенситностареющие стали

Это вещество сочетает в себе высокий уровень прочности и жёсткости без потери эластичности. Стальные сплавы этого типа находят применение в аэрокосмических и промышленно-производственных технологиях.

Осмий

Кристалл осмия

Осмий чрезвычайно плотен. Его используют при изготовлении вещей, требующих высокого уровня прочности и твёрдости (электрические контакты, ручки для наконечников и т.д.).

Кевлар

Кевларовая каска остановила пулю

Используемый во всём, от барабанов до пуленепробиваемых жилетов, кевлар является синонимом твёрдости. Кевлар — это тип пластика, который обладает чрезвычайно высокой прочностью на растяжение. Фактически она примерно в 8 раз больше, чем у стальной проволоки! Он также может выдерживать температуры около 450 ℃.

Spectra

Трубы из материала Spectra

Высокоэффективный полиэтилен является действительно прочным пластиком. Эта лёгкая, прочная нить может выдерживать невероятное натяжение и в десять раз прочнее стали. Подобно кевлару, Spectra также используется для баллистических устойчивых жилетов, шлемов и бронетехники.

Графен

Гибкий экран из графена

Лист графена (аллотроп углерода) толщиной в один атом в 200 раз сильнее, чем сталь. Хотя графен похож на целлофан, он действительно поражает. Понадобится школьный автобус, балансирующий на карандаше, чтобы проткнуть стандартный лист А1 из этого материала!

Buckypaper

Новая технология, способная перевернуть наше представление о прочности

Эта нанотехнология изготовлена ​​из углеродных труб, которые в 50 000 раз тоньше человеческих волос. Это объясняет, почему он в 10 раз легче, чем сталь, но в 500 раз сильнее.

Металлическая микрорешётка

в сателлитах регулярно применяются сплавы из микрорешётки

Самый лёгкий в мире металл, металлическая микрорешётка также является одним из самых лёгких конструкционных материалов на Земле.

Некоторые учёные утверждают, что он в 100 раз легче пенополистирола! Пористый, но чрезвычайно сильный материал, он используется во многих областях техники.

Boeing упомянул об использовании его при изготовлении самолётов, в основном в полах, сидениях и стенах.

Углеродные нанотрубки

Модель нанотрубок

Углеродные нанотрубки (УНТ) можно описать как «бесшовные цилиндрические полые волокна», которые состоят из одного скатанного молекулярного листа чистого графита. В результате получается очень лёгкий материал. В наномасштабе углеродные нанотрубки имеют прочность в 200 раз больше, чем у стали.

Аэрографен

Фантастический аэрографен сложно даже описать!

Также известен как графеновый аэрогель. Представьте себе прочность графена в сочетании с невообразимой лёгкостью.

Аэрогель в 7 раз легче воздуха! Этот невероятный материал может полностью восстановиться после сжатия в более чем 90% и может поглощать до 900 раз больше собственного веса в масле.

Есть надежда, что этот материал можно будет использовать для ликвидации разливов нефти.

Неназванное вещество, находящееся в разработке в Массачусетском технологическом институте

Главный корпус политеха штата Массачусетс

На момент написания этой статьи учёные из Массачусетского технологического института полагали, что они обнаружили секрет максимизации 2-мерной прочности графена в 3-х измерениях. Их пока ещё неназванное вещество может иметь примерно 5% плотности стали, но в 10 раз больше прочности.

Карбин

Молекулярная структура карбина

Несмотря на то что он является единой цепочкой атомов, карбин имеет удвоенную прочность на растяжение от графена и в три раза большую жёсткость, чем алмаз.

Вюрцит нитрид бора

место рождения нитрида бора

Это природное вещество производится в жерле действующих вулканов и на 18% прочнее, чем алмаз. Это одно из двух веществ, встречающихся в природе, которые, как было установлено, в настоящее время превосходят алмазы по твёрдости. Проблема в том, что там не так много этого вещества, и сейчас трудно сказать наверняка, является ли это утверждение на 100% верным.

Лонсдейлит

Метеориты — главные источники лонсдейлита

Также известный как гексагональный алмаз, это вещество состоит из атомов углерода, но они просто расположены по-другому.

Наряду с вюрцитом нитридом бора это одно из двух природных веществ тверже алмаза. На самом деле Лондсдейлит 58% тверже! Однако, как и в случае с предыдущим веществом, он находится в относительно малых объёмах.

Иногда он возникает, когда графитовые метеориты, сталкиваются с планетой Землёй.

Будущее не за горами, поэтому к концу XXI века можно ожидать появление сверхпрочных и сверхлёгких материалов, которые придут на смену кевлару и алмазам. А пока остаётся только удивляться развитию современных технологий.

на канал чтобы не пропустить новые интересные статьи.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/59666d3c1410c35da0a45a1e/5b15fb1a3c50f776ea733c96

Самые твердые материалы: виды, классификация, характеристики, различные факты и особенности, химические и физические свойства

Производила очень прочный и легкий. Самые твердые материалы: виды, классификация, характеристики, интересные факты и особенности, химические и физические свойства. Легкий и прочный материал может применяться

В своей деятельности человек использует различные качества веществ и материалов. И совсем не маловажным является их крепость и надежность. О самых твердых материалах в природе и созданных искусственно пойдет речь в этой статье.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.