Kada razmišljaju o najtvrđem materijalu na svijetu koji je izmislio čovjek, većina ljudi odmah pomisli na dijamante. I nesumnjivo je jedan od najkrutijih materijala na planeti. Međutim, postoje materijali koji po izdržljivosti i čvrstoći nadmašuju čak i dijamante.
U ovom članku ćemo vam reći koji je najtvrđi materijal na svijetu i šta čini tvar tvrdom.
Šta je tvrdoća
Kada govorimo o čistoći, tvrdoća supstance je određena njenim atomskim i molekularnim sastavom. Ova kompozicija se može stvoriti kroz beskonačan broj mogućih kombinacija, a specifična kombinacija elemenata svakog materijala je ono što u konačnici određuje njegove jedinstvene kemijske i fizičke atribute.
Zbog svoje atomske strukture, ugljenik je izuzetno jedinstven materijal. Uprkos tome što u svom jezgru ima samo šest protona, ugljenik je sposoban da formira brojne složene veze zahvaljujući raznovrsnosti geometrije svoje veze. Također je vrijedna pažnje i sposobnost ugljika da se kombinira sam sa sobom, posebno pri visokim pritiscima, gdje se može stvoriti stabilna kristalna rešetka. U ovim idealnim uslovima, atomi ugljenika mogu stvoriti izuzetno izdržljivu strukturu poznatu kao dijamant.
Od pojave nanotehnologije, sada je poznato da postoji najmanje šest klasifikacija tvari koje premašuju snagu dijamanata. Štaviše, vrlo je vjerovatno da će se ovaj iznos povećati u budućnosti.
Najtvrđi materijal na svijetu
Wurtzite
Wurtzite je poznat po svojoj izuzetnoj izdržljivosti, često u poređenju sa snagom stvrdnute magme vulkana. Koristeći druge atome osim ugljika, moguće je generirati kristal s bor nitridom (BN) kao jednom od komponenti. Ovo stvara brojne mogućnosti jer se peti i sedmi element periodnog sistema udružuju. Dobivena kombinacija može postojati u različitim oblicima, uključujući amorfnu (nekristalnu), heksagonalnu (slično grafitu), kubnu (nešto mekša od dijamanta) i vurcit.
Od svih mogućih varijacija, konačni oblik je najčudniji i izuzetno težak za proizvodnju. Wurtzit nastaje samo tokom vulkanskih erupcija i pronađen je u ograničenim količinama, tako da njegova tačna svojstva tvrdoće nisu testirana u većoj mjeri. Međutim, wurtzit čini drugačiji tip kristalne rešetke, koja je tetraedarska, a ne kubična sa centrima lica. Najnovije simulacije pokazuju da po tvrdoći nadmašuje dijamant za 18%.
Lonsdaleite
Lonsdaleit je mineral čija je tvrdoća tema od interesa, posebno u području istraživanja meteorita. Kada bismo zamislili scenario u kojem je meteorit koji sadrži ugljik, konkretno grafit, ušao u Zemljinu atmosferu i došao u kontakt s našom planetom, bilo bi logično pretpostaviti da bi ovo tijelo bilo izuzetno vruće nakon udara. Međutim, istina je da bi samo vanjski slojevi meteorita bili podložni zagrijavanju, dok unutrašnjost ostaje hladna veći dio svog puta do Zemlje.
Pri udaru, unutrašnje sile koje djeluju su neusporedive s bilo kojim drugim prirodnim fenomenom na površini Zemlje. Ovaj ogroman pritisak uzrokuje da se grafit podvrgne transformaciji, što rezultira visoko kristalnom strukturom. Za razliku od dijamanta, ova struktura nije kubična već heksagonalna, što daje tvrdoću koja je veća od dijamanta za 58%.
Dyneema
Dyneema je vlakno za koje se zna da je jače od čelika. Udaljavajući se od prirodnih tvari, prijeći ćemo na sintetičke materijale. Kada govorimo o Dyneemi, važno je napomenuti da se radi o termoplastičnom polietilenskom polimeru sa izvanrednom karakteristikom: njegova molekularna težina je vrlo visoka. Većina molekula se sastoji od lanaca atoma koji imaju ukupno nekoliko hiljada jedinica atomske mase (protona i/ili neutrona).
Međutim, UHMWPE (polietilen ultra visoke molekularne težine) sadrži lance molekulske mase od miliona jedinica atomske mase. Takvi dugi lanci rezultiraju poboljšanim međumolekularnim interakcijama, na kraju stvarajući Dyneema, nevjerovatno robustan materijal. U stvari, ima najveću otpornost na udar od svih priznatih termoplasta. Ovaj materijal je toliko jak da nadmašuje sve ostale užad za vezivanje i vuču na tržištu. Čak ima sposobnost da zaustavi metke iako je lakši od vode. Zapravo, Dyneema je petnaest puta jača od jednake količine čelika.
Amorfna metalna legura ili metalno staklo
Dva ključna svojstva svih fizičkih supstanci su snaga, ili količina sile koju može izdržati, i žilavost, ili njena sposobnost da se odupre lomovima. Kao primjer koristimo keramiku: jaka je, ali nije jako tvrda; Mogu se slomiti čak i pri manjem udaru. Međutim, grupa naučnika i istraživača otkrila je 2011. novi tip stakla od mikrolegure, koji se sastoji od pet elemenata: fosfora, silicijuma, germanijuma, srebra i paladijuma. Ovaj inovativni materijal je izdržljiviji od čelika.
buckypaper
Od kraja 2. veka ustanovljeno je da postoji vrsta ugljenika koja je otpornija od dijamanata: ugljenične nanocevi. Raspoređivanjem atoma ugljika u heksagonalni oblik, dobiva se čvrsta cilindrična struktura koja je stabilnija od bilo koje druge strukture koju je čovjek otkrio. Svaka nanocijev je promjera između 4 i 10 nanometra, ali svaka je impresivno jaka i izdržljiva. Ugljične nanocijevi teže samo XNUMX% čelika, ali njihova čvrstoća je stotine puta veća. Takođe su otporni na vatru, imaju odličnu toplotnu provodljivost i imaju značajne mogućnosti elektromagnetne zaštite. Ovaj materijal ima različite primjene u oblastima kao što su fizika materijala, elektronika, vojna tehnologija i biologija.
Kao što vidite, postoje materijali koji su skinuli dijamant sa trona kao najtvrđi materijal na svijetu. Nadam se da ćete uz ove informacije saznati više o najtvrđem materijalu na svijetu i njegovim karakteristikama.