Når man overvejer verdens hårdeste materiale opfundet af mennesker, tænker de fleste umiddelbart på diamanter. Og det er uden tvivl et af de mest stive materialer på planeten. Der er dog materialer, der overgår selv diamanter med hensyn til holdbarhed og styrke.
I denne artikel vil vi fortælle dig, hvilket er det hårdeste materiale i verden, og hvad der gør et stof hårdt.
Hvad er hårdhed
Når vi taler om renhed, er hårdheden af et stof bestemt af dets atomare og molekylære sammensætning. Denne sammensætning kan skabes gennem et uendeligt antal mulige kombinationer, og hvert materiales specifikke kombination af elementer er det, der i sidste ende bestemmer dets unikke kemiske og fysiske egenskaber.
På grund af sin atomare struktur er kulstof et usædvanligt unikt materiale. På trods af at det kun har seks protoner i sin kerne, er kulstof i stand til at danne adskillige komplekse bindinger takket være alsidigheden af dets bindingsgeometrier. Også bemærkelsesværdig er kulstoffets evne til at kombinere med sig selv, især ved høje tryk, hvor et stabilt krystalgitter kan genereres. Under disse ideelle forhold kan kulstofatomer skabe en bemærkelsesværdig holdbar struktur kendt som en diamant.
Siden fremkomsten af nanoteknologi er det nu anerkendt, at der er mindst seks klassificeringer af stoffer, der overstiger styrken af diamanter. Desuden er det meget sandsynligt, at dette beløb vil stige i fremtiden.
Det hårdeste materiale i verden
Wurtzite
Wurtzite er berømt for sin exceptionelle holdbarhed, ofte sammenlignet med styrken af en vulkans hærdede magma. Ved at bruge andre atomer end kulstof er det muligt at danne en krystal med bornitrid (BN) som en af komponenterne. Dette skaber adskillige muligheder, når det femte og syvende element i det periodiske system slår sig sammen. Den resulterende kombination kan eksistere i forskellige former, herunder amorf (ikke-krystallinsk), sekskantet (grafitlignende), kubisk (noget blødere end diamant) og wurtzit.
Af alle mulige variationer er den endelige form den mærkeligste og enormt besværlige at fremstille. Wurtzite opstår kun under vulkanudbrud og er fundet i begrænsede mængder, så dets nøjagtige hårdhedsegenskaber er ikke blevet testet i større skala. Imidlertid udgør wurtzite en anden type krystalgitter, som er tetraedrisk snarere end ansigtscentreret kubisk. De seneste simuleringer indikerer, at den overgår diamant med 18% med hensyn til hårdhed.
Lonsdaleite
Lonsdaleite er et mineral, hvis hårdhed er et emne af interesse, især inden for meteoritforskning. Hvis vi forestillede os et scenarie, hvor en meteorit indeholdende kulstof, specifikt grafit, trængte ind i Jordens atmosfære og kom i kontakt med vores planet, ville det være logisk at antage, at dette legeme ville være ekstremt varmt ved sammenstødet. Sandheden er dog, at kun de ydre lag af meteoritten vil blive udsat for opvarmning, mens det indre forbliver koldt i det meste af sin rejse til Jorden.
Ved sammenstød er de indre kræfter, der udøves, uden sidestykke af noget andet naturligt fænomen på Jordens overflade. Dette enorme tryk får grafitten til at gennemgå en transformation, hvilket resulterer i en meget krystallinsk struktur. I modsætning til diamant er denne struktur ikke kubisk, men sekskantet, hvilket giver en hårdhed, der overstiger diamant med 58%.
Dyneema
Dyneema er en fiber, der er kendt for at være stærkere end stål. Går vi væk fra naturlige stoffer, vil vi gå videre til syntetiske materialer. Når man taler om Dyneema, er det vigtigt at bemærke, at det er en termoplastisk polyethylenpolymer med en ekstraordinær egenskab: dens molekylvægt er meget høj. De fleste molekyler består af kæder af atomer, der i alt har nogle få tusinde atommasseenheder (protoner og/eller neutroner).
Imidlertid indeholder UHMWPE (ultra-high molecular weight polyethylen) kæder med en molekylvægt på millioner af atomare masseenheder. Sådanne lange kæder resulterer i forbedrede intermolekylære interaktioner, hvilket i sidste ende skaber Dyneema, et utroligt robust materiale. Faktisk har den den højeste slagfasthed af alle anerkendte termoplaster. Dette materiale er så stærkt, at det overgår alle andre binde- og slæbetove på markedet. Den har endda evnen til at stoppe kugler på trods af at den er lettere end vand. Faktisk er Dyneema femten gange stærkere end en tilsvarende mængde stål.
Amorf metallisk legering eller metallisk glas
To afgørende egenskaber ved alle fysiske stoffer er styrke, eller mængden af kraft, det kan modstå, og sejhed eller dets evne til at modstå brud. Vi bruger keramik som eksempel: det er stærkt, men ikke særlig hårdt; De kan bryde selv med en mindre påvirkning. Men i 2011 opdagede en gruppe videnskabsmænd og forskere en ny type mikrolegeret glas, der består af fem elementer: fosfor, silicium, germanium, sølv og palladium. Dette innovative materiale er mere holdbart end stål.
Bogtryk
Siden slutningen af det 2. århundrede er det blevet fastslået, at der findes en type kulstof, der er mere modstandsdygtig end diamanter: kulstof nanorør. Ved at arrangere carbonatomerne i en hexagonal form opnås en solid cylindrisk struktur, der er mere stabil end nogen anden struktur opdaget af mennesket. Hvert nanorør er mellem 4 og 10 nanometer i diameter, men hvert enkelt nanorør er imponerende stærkt og holdbart. Carbon nanorør vejer kun XNUMX% af stål, men deres styrke er hundredvis af gange større. De er også brandsikre, har fremragende varmeledningsevne og har bemærkelsesværdige elektromagnetiske afskærmningsevner. Dette materiale har forskellige anvendelser inden for områder som materialefysik, elektronik, militærteknologi og biologi.
Som du kan se, er der materialer, der har detroniseret diamant som det hårdeste materiale i verden. Jeg håber, at du med denne information kan lære mere om det hårdeste materiale i verden og dets egenskaber.
