Όταν σκέφτονται το πιο σκληρό υλικό του κόσμου που εφευρέθηκε από τον άνθρωπο, οι περισσότεροι άνθρωποι σκέφτονται αμέσως τα διαμάντια. Και είναι αναμφίβολα ένα από τα πιο άκαμπτα υλικά στον πλανήτη. Ωστόσο, υπάρχουν υλικά που ξεπερνούν ακόμη και τα διαμάντια σε αντοχή και αντοχή.
Σε αυτό το άρθρο θα σας πούμε ποιο είναι το πιο σκληρό υλικό στον κόσμο και τι κάνει μια ουσία σκληρή.
Τι είναι η σκληρότητα
Όταν μιλάμε με όρους καθαρότητας, η σκληρότητα μιας ουσίας καθορίζεται από την ατομική και μοριακή της σύνθεση. Αυτή η σύνθεση μπορεί να δημιουργηθεί μέσω ενός άπειρου αριθμού πιθανών συνδυασμών, και ο συγκεκριμένος συνδυασμός στοιχείων κάθε υλικού είναι αυτός που τελικά καθορίζει τις μοναδικές χημικές και φυσικές του ιδιότητες.
Λόγω της ατομικής του δομής, ο άνθρακας είναι ένα εξαιρετικά μοναδικό υλικό. Παρά το γεγονός ότι έχει μόνο έξι πρωτόνια στον πυρήνα του, ο άνθρακας είναι ικανός να σχηματίζει πολυάριθμους σύνθετους δεσμούς χάρη στην ευελιξία των γεωμετριών των δεσμών του. Αξιοσημείωτη είναι επίσης η ικανότητα του άνθρακα να συνδυάζεται με τον εαυτό του, ειδικά σε υψηλές πιέσεις, όπου μπορεί να δημιουργηθεί ένα σταθερό κρυσταλλικό πλέγμα. Κάτω από αυτές τις ιδανικές συνθήκες, τα άτομα άνθρακα μπορούν να δημιουργήσουν μια εξαιρετικά ανθεκτική δομή γνωστή ως διαμάντι.
Από την εμφάνιση της νανοτεχνολογίας, αναγνωρίζεται πλέον ότι υπάρχουν τουλάχιστον έξι ταξινομήσεις ουσιών που υπερβαίνουν την αντοχή των διαμαντιών. Επιπλέον, είναι πολύ πιθανό το ποσό αυτό να αυξηθεί στο μέλλον.
Το πιο σκληρό υλικό στον κόσμο
Wurtzite
Ο Wurtzite φημίζεται για την εξαιρετική του αντοχή, που συχνά συγκρίνεται με τη δύναμη του σκληρυμένου μάγματος ενός ηφαιστείου. Χρησιμοποιώντας άτομα εκτός του άνθρακα, είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένας κρύσταλλος με νιτρίδιο βορίου (BN) ως ένα από τα συστατικά. Αυτό δημιουργεί πολλές δυνατότητες καθώς το πέμπτο και το έβδομο στοιχείο του περιοδικού πίνακα ενώνουν τις δυνάμεις τους. Ο προκύπτων συνδυασμός μπορεί να υπάρχει σε διάφορες μορφές, όπως άμορφο (μη κρυσταλλικό), εξαγωνικό (όπως γραφίτη), κυβικό (κάπως πιο μαλακό από το διαμάντι) και βουρτζίτη.
Από όλες τις πιθανές παραλλαγές, η τελική μορφή είναι η πιο περίεργη και τρομερά επίπονη στην παραγωγή. Ο Wurtzite εμφανίζεται μόνο κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων και έχει βρεθεί σε περιορισμένες ποσότητες, επομένως οι ακριβείς ιδιότητες σκληρότητάς του δεν έχουν δοκιμαστεί σε μεγαλύτερη κλίμακα. Ωστόσο, ο wurtzite αποτελεί έναν διαφορετικό τύπο κρυσταλλικού πλέγματος, το οποίο είναι τετραεδρικό και όχι με επίκεντρο κυβικό. Οι τελευταίες προσομοιώσεις δείχνουν ότι ξεπερνά το διαμάντι κατά 18% σε σκληρότητα.
Lonsdaleite
Ο Lonsdaleite είναι ένα ορυκτό του οποίου η σκληρότητα είναι ένα θέμα ενδιαφέροντος, ιδιαίτερα στον τομέα της έρευνας μετεωριτών. Αν φανταζόμασταν ένα σενάριο στο οποίο ένας μετεωρίτης που περιέχει άνθρακα, συγκεκριμένα γραφίτη, εισήλθε στην ατμόσφαιρα της Γης και ήρθε σε επαφή με τον πλανήτη μας, θα ήταν λογικό να υποθέσουμε ότι αυτό το σώμα θα ήταν εξαιρετικά ζεστό κατά την πρόσκρουση. Ωστόσο, η αλήθεια είναι ότι μόνο τα εξωτερικά στρώματα του μετεωρίτη θα υπόκεινται σε θέρμανση, ενώ το εσωτερικό παραμένει κρύο για το μεγαλύτερο μέρος του ταξιδιού του στη Γη.
Κατά την πρόσκρουση, οι εσωτερικές δυνάμεις που ασκούνται είναι απαράμιλλες από οποιοδήποτε άλλο φυσικό φαινόμενο στην επιφάνεια της Γης. Αυτή η τεράστια πίεση αναγκάζει τον γραφίτη να υποστεί μετασχηματισμό, με αποτέλεσμα μια εξαιρετικά κρυσταλλική δομή. Σε αντίθεση με το διαμάντι, αυτή η δομή δεν είναι κυβική αλλά εξαγωνική, η οποία παράγει σκληρότητα που υπερβαίνει το διαμάντι κατά 58%.
Dyneema
Το Dyneema είναι μια ίνα που είναι γνωστό ότι είναι ισχυρότερη από τον χάλυβα. Απομακρυνόμενοι από τις φυσικές ουσίες, θα περάσουμε στα συνθετικά υλικά. Όταν μιλάμε για το Dyneema, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι είναι ένα θερμοπλαστικό πολυμερές πολυαιθυλενίου με ένα εξαιρετικό χαρακτηριστικό: το μοριακό του βάρος είναι πολύ υψηλό. Τα περισσότερα μόρια αποτελούνται από αλυσίδες ατόμων που έχουν συνολικά μερικές χιλιάδες μονάδες ατομικής μάζας (πρωτόνια ή/και νετρόνια).
Ωστόσο, το UHMWPE (πολυαιθυλένιο εξαιρετικά υψηλού μοριακού βάρους) περιέχει αλυσίδες με μοριακή μάζα εκατομμυρίων μονάδων ατομικής μάζας. Τέτοιες μακριές αλυσίδες έχουν ως αποτέλεσμα ενισχυμένες διαμοριακές αλληλεπιδράσεις, δημιουργώντας τελικά το Dyneema, ένα απίστευτα στιβαρό υλικό. Στην πραγματικότητα, έχει την υψηλότερη αντοχή στην κρούση από όλα τα αναγνωρισμένα θερμοπλαστικά. Αυτό το υλικό είναι τόσο ισχυρό που ξεπερνά όλα τα άλλα σχοινιά πρόσδεσης και ρυμούλκησης στην αγορά. Έχει ακόμη και την ικανότητα να σταματά τις σφαίρες παρόλο που είναι ελαφρύτερο από το νερό. Στην πραγματικότητα, το Dyneema είναι δεκαπέντε φορές ισχυρότερο από ίση ποσότητα χάλυβα.
Άμορφο μεταλλικό κράμα ή μεταλλικό γυαλί
Δύο κρίσιμες ιδιότητες όλων των φυσικών ουσιών είναι η αντοχή ή η ποσότητα δύναμης που μπορεί να αντέξει και η σκληρότητα ή η ικανότητά τους να αντιστέκονται στο κάταγμα. Χρησιμοποιούμε κεραμικά ως παράδειγμα: είναι ισχυρό, αλλά όχι πολύ σκληρό. Μπορούν να σπάσουν ακόμη και με μικρή πρόσκρουση. Ωστόσο, το 2011, μια ομάδα επιστημόνων και ερευνητών ανακάλυψε έναν νέο τύπο γυαλιού μικροκράματος, που αποτελείται από πέντε στοιχεία: φώσφορο, πυρίτιο, γερμάνιο, ασήμι και παλλάδιο. Αυτό το καινοτόμο υλικό είναι πιο ανθεκτικό από το ατσάλι.
buckypaper
Από τα τέλη του 2ου αιώνα, έχει διαπιστωθεί ότι υπάρχει ένας τύπος άνθρακα που είναι πιο ανθεκτικός από τα διαμάντια: οι νανοσωλήνες άνθρακα. Με τη διάταξη των ατόμων άνθρακα σε εξαγωνικό σχήμα, προκύπτει μια συμπαγής κυλινδρική δομή που είναι πιο σταθερή από οποιαδήποτε άλλη δομή που ανακαλύφθηκε από τον άνθρωπο. Κάθε νανοσωλήνας έχει διάμετρο από 4 έως 10 νανόμετρα, αλλά ο καθένας είναι εντυπωσιακά ισχυρός και ανθεκτικός. Οι νανοσωλήνες άνθρακα ζυγίζουν μόνο το XNUMX% του χάλυβα, αλλά η αντοχή τους είναι εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη. Είναι επίσης ανθεκτικά στη φωτιά, έχουν εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και έχουν αξιοσημείωτες δυνατότητες ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης. Αυτό το υλικό έχει διάφορες εφαρμογές σε τομείς όπως η φυσική υλικών, η ηλεκτρονική, η στρατιωτική τεχνολογία και η βιολογία.
Όπως μπορείτε να δείτε, υπάρχουν υλικά που έχουν εκθρονίσει το διαμάντι ως το πιο σκληρό υλικό στον κόσμο. Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για το πιο σκληρό υλικό στον κόσμο και τα χαρακτηριστικά του.
