U svojim aktivnostima, osoba koristi različite kvalitete supstanci i materijala. I nije nevažna njihova snaga i pouzdanost. O najtvrđim materijalima u prirodi i o onima stvorenim umjetno bit će riječi u ovom članku.
Zajednički standard
Za određivanje čvrstoće materijala koristi se Mohsova skala - skala za procjenu tvrdoće materijala po njegovoj reakciji na grebanje. Za laika, najtvrđi materijal je dijamant. Iznenadićete se, ali ovaj mineral je tek negde na 10. mestu među najtvrđim. U prosjeku, materijal se smatra supertvrdim ako su njegove vrijednosti iznad 40 GPa. Osim toga, prilikom identifikacije najtvrđeg materijala na svijetu treba uzeti u obzir i prirodu njegovog porijekla. Istovremeno, snaga i izdržljivost često zavise od uticaja spoljašnjih faktora na njega.
Najtvrđi materijal na Zemlji
U ovom odeljku obratićemo pažnju na hemijska jedinjenja sa neobičnom kristalnom strukturom, koja su mnogo jača od dijamanata i mogu ih ogrebati. Hajde da donesemotop 6 najtvrđih materijala koje je napravio čovjek, počevši od najmanje tvrdog.
- Ugljen nitrid - bor. Ovo dostignuće moderne hemije 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. Planirano je da se ovaj materijal koristi kod izlivanja 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 niko nije mogao da napravi takvu cijev dužine veću od 100 atoma. Ali austrijski naučnici sa Univerziteta u Beču uspeli su da prevaziđu 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, kubonit, borazon) je nanodizajnirano jedinjenje koje se danas široko 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 kristali će lako izgrebati dijamant poput noža za puter
Čudo ljudskih ruku
Grafen je još jedan izum čovječanstva zasnovan na alotropskim modifikacijama ugljika. Izgleda kao tanki film debljine jedan atom, ali 200 puta jači od čelika, sa izuzetnom fleksibilnošću.
O grafenu kažu da da bi ga probio, slon mora stati na vrh olovke. Istovremeno, njegova električna provodljivost je 100 puta veća od silicijuma kompjuterskih čipova. Vrlo brzo će napustiti laboratorije i ući u svakodnevni život u obliku solarnih panela, mobilnih telefona i modernih kompjuterskih čipova.
Dva vrlo rijetka rezultata anomalija u prirodi
U prirodi postoje vrlo rijetka jedinjenja koja imaju nevjerovatnu snagu.
- Bor nitrid je supstanca čiji kristali imaju specifičan oblik vurcita. Primjenom opterećenja, veze između atoma u kristalnoj rešetki se redistribuiraju, povećavajući čvrstoću za 75%. Indeks tvrdoće je 114 GPa. Ova supstanca nastaje tokom vulkanskih erupcija, veoma je male prirode.
- Lonsdaleite (na glavnoj fotografiji) je alotropno jedinjenje ugljenika. Materijal je pronađen u meteoritskom krateru i smatra se da je nastao od grafita u uslovima eksplozije. Indeks tvrdoće je 152 GPa. Rijetko se može naći u prirodi.
Čuda divljih životinja
Među živim bićima na našoj planeti, ima onih koji imaju nešto veoma posebno.
- Web of Caaerostris darwini. Nit koju emituje Darwinov pauk jača je od čelika itvrđe od kevlara. Upravo su ovu mrežu NASA-ini naučnici uzeli u službu u razvoju svemirskih zaštitnih odijela.
- Zubi školjke Morski limpet - njihovu vlaknastu strukturu sada proučava bionika. Toliko su jaki da dozvoljavaju mekušcu da otkine alge koje su izrasle u kamen.
Iron birch
Još jedno čudo prirode je Schmidtova breza. Njegovo drvo je najtvrđi prirodni materijal biološkog porijekla. Raste na Dalekom istoku u rezervatu prirode Kedrovaya Pad i uvršten je u Crvenu knjigu. Čvrstoća je uporediva sa gvožđem i livenim gvožđem. Ali nije podložan koroziji i propadanju.
Sveprisutnu upotrebu Schmidtovog brezovog drveta, u koje ni meci ne mogu probiti, ometa njegova izuzetna rijetkost.
Najtvrđi metal
Ovo je plavo-bijeli metal - hrom. Ali njegova snaga zavisi od njegove čistoće. U prirodi ga sadrži 0,02%, što uopće nije tako malo. Dobija se iz silikatnih stijena. Meteoriti koji padaju na Zemlju također sadrže mnogo hroma.
Otporan je na koroziju, toplotu i vatrostalan. Krom se nalazi u mnogim legurama (hrom čelik, nihrom) koje se široko koriste u industriji i u antikorozivnim dekorativnim premazima.
Zajedno jači
Jedan metal je dobar, ali neke kombinacije mogu leguri dati neverovatna svojstva.
Super jaka legura titanijuma i zlata jedini je jak materijal koji se pokazao biokompatibilnim sa živim tkivima. Legura beta-Ti3Au je toliko jaka da jenemoguće samljeti u m alteru. 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 paladijuma, srebra i nekih metaloida takođe može imati slična svojstva. Naučnici sa Instituta C altech danas rade na ovom projektu.
Budućnost po 20 dolara po zavoju
Koji je najteži materijal koji neko na ulici može kupiti danas? Za samo 20 dolara možete kupiti 6 metara Braeön trake. Od 2017. godine je u prodaji od proizvođača Dustin McWilliams. Hemijski sastav i način proizvodnje se čuvaju u strogoj tajnosti, ali su njegovi kvaliteti zadivljujući.
Sve se može pričvrstiti trakom. Da biste to učinili, mora se omotati oko dijelova koji se pričvršćuju, zagrijati običnim upaljačem, plastična kompozicija mora dobiti željeni oblik i to je to. Nakon hlađenja spoj će izdržati opterećenje od 1 tone.
I tvrdo i meko
U 2017. godini pojavile su se informacije o stvaranju nevjerovatnog materijala - najtvrđeg i najmekšeg u isto vrijeme. Ovaj metamaterijal su izmislili naučnici sa Univerziteta u Mičigenu. Uspeli su da nauče kako da kontrolišu strukturu materijala i nateraju ga da pokaže različita svojstva.
Na primjer, kada se koristi za kreiranje automobila, tijelo će biti kruto kada se kreće, a mekano prilikom sudara. Tijelo apsorbira kontaktnu energiju i štiti putnika.
