Žmogus savo veikloje naudoja įvairios kokybės medžiagas ir medžiagas. Ne mažiau svarbu yra jų stiprumas ir patikimumas. Šiame straipsnyje bus aptartos kiečiausios gamtoje ir dirbtinai sukurtos medžiagos.
Bendras standartas
Medžiagos stiprumui nustatyti naudojama Moso skalė – skalė, skirta įvertinti medžiagos kietumą pagal jos reakciją į braižymą. Pasauliečiui pati kiečiausia medžiaga yra deimantas. Nustebsite, tačiau šis mineralas yra tik kažkur 10 vietoje tarp kiečiausių. Vidutiniškai medžiaga laikoma ypač kieta, jei jos vertės viršija 40 GPa. Be to, nustatant kiečiausią pasaulyje medžiagą, reikia atsižvelgti ir į jos kilmės pobūdį. Tuo pačiu metu stiprumas ir ilgaamžiškumas dažnai priklauso nuo išorinių veiksnių poveikio.
Kiečiausia medžiaga Žemėje
Šiame skyriuje atkreipsime dėmesį į neįprastos kristalinės struktūros cheminius junginius, kurie yra daug stipresni už deimantus ir gali juos subraižyti. Atnešam6 geriausios kiečiausios dirbtinės medžiagos, pradedant nuo mažiausiai kietumo.
- Anglies nitridas – boras. Šio šiuolaikinės chemijos pasiekimo stiprumo indeksas yra 76 GPa.
- Grafeno aerogelis (aerografenas) yra 7 kartus lengvesnė už orą medžiaga, kuri atkuria formą po 90 % suspaudimo. Nuostabiai patvari medžiaga, kuri taip pat gali sugerti 900 kartų didesnį svorį nei pati skystis ar net aliejus. Šią medžiagą planuojama naudoti išsiliejus naftai.
- Grafenas yra unikalus išradimas ir patvariausia medžiaga visatoje. Šiek tiek daugiau apie jį žemiau.
- Karbinas yra linijinis alotropinės anglies polimeras, iš kurio gaminami itin ploni (1 atomas) ir itin stiprūs vamzdeliai. Ilgą laiką niekas negalėjo sukurti tokio vamzdžio, kurio ilgis būtų didesnis nei 100 atomų. Tačiau austrų mokslininkams iš Vienos universiteto pavyko įveikti šią kliūtį. Be to, jei anksčiau karabinas buvo sintetinamas nedideliais kiekiais ir buvo labai brangus, šiandien jį galima sintetinti tonomis. Tai atveria naujus horizontus kosmoso technologijoms ir ne tik.
- Elboras (kingsongitas, kubonitas, borazonas) yra nanosukurtas junginys, šiandien plačiai naudojamas metalo apdirbime. Kietumas – 108 GPa.
Fuleritas yra kiečiausia šiandien žmogui žinoma medžiaga Žemėje. Jo 310 GPa stiprumą užtikrina tai, kad jis susideda ne iš atskirų atomų, o iš molekulių. Šie kristalai lengvai subraižys deimantą kaip sviesto peilis
Žmogaus rankų stebuklas
Grafenas yra dar vienas žmonijos išradimas, pagrįstas alotropinėmis anglies modifikacijomis. Jis atrodo kaip plona vieno atomo storio plėvelė, bet 200 kartų stipresnė už plieną ir pasižymi išskirtiniu lankstumu.
Sakoma, kad dramblys, norėdamas jį pradurti, turi atsistoti ant pieštuko galiuko apie grafeną. Tuo pačiu metu jo elektrinis laidumas yra 100 kartų didesnis nei kompiuterių lustų silicio. Labai greitai jis paliks laboratorijas ir įeis į kasdienį gyvenimą saulės baterijų, mobiliųjų telefonų ir modernių kompiuterių lustų pavidalu.
Du labai reti gamtos anomalijų rezultatai
Gamtoje yra labai retų junginių, kurie turi neįtikėtiną stiprumą.
- Boro nitridas yra medžiaga, kurios kristalai turi specifinę wurcito formą. Taikant apkrovas, kristalinės gardelės atomų jungtys perskirstomos, todėl stiprumas padidėja 75%. Kietumo indeksas yra 114 GPa. Ši medžiaga susidaro ugnikalnių išsiveržimų metu, gamtoje ji yra labai maža.
- Lonsdaleitas (pagrindinėje nuotraukoje) yra alotropinis anglies junginys. Medžiaga buvo rasta meteorito krateryje ir, manoma, susidarė iš grafito sprogimo sąlygomis. Kietumo indeksas yra 152 GPa. Retai randama gamtoje.
Laukinės gamtos stebuklai
Tarp mūsų planetos gyvų būtybių yra tokių, kurios turi kažką labai ypatingo.
- Caaerostris darwini žiniatinklis. Siūlas, kurį skleidžia Darvino voras, yra stipresnis už plieną irkietesnis nei kevlaras. Būtent šiuo tinklu NASA mokslininkai pasinaudojo kurdami kosminius apsauginius kostiumus.
- Moliuskiniai dantys Jūros limpetai – jų pluoštinę struktūrą dabar tiria bionika. Jie tokie stiprūs, kad leidžia moliuskui nuplėšti į akmenį įaugusius dumblius.
Geležinis beržas
Kitas gamtos stebuklas – Schmidto beržas. Jo mediena yra kiečiausia natūrali biologinės kilmės medžiaga. Jis auga Tolimuosiuose Rytuose Kedrovaya Pad gamtos rezervate ir yra įtrauktas į Raudonąją knygą. Stiprumas prilygsta geležies ir ketaus. Tačiau jis nėra veikiamas korozijos ir irimo.
Visur naudoti Schmidt beržo medieną, kurios net kulkos neprasiskverbia, trukdo jos išskirtinis retumas.
Kiečiausias metalas
Tai mėlynai b altas metalas – chromas. Tačiau jo stiprumas priklauso nuo jo grynumo. Gamtoje jame yra 0,02%, o tai nėra tokia maža. Jis išgaunamas iš silikatinių uolienų. Į Žemę krentantys meteoritai taip pat turi daug chromo.
Jis yra atsparus korozijai, karščiui ir ugniai. Chromo yra daugelyje lydinių (chromo plieno, nichromo), kurie plačiai naudojami pramonėje ir antikorozinėse dekoratyvinėse dangose.
Kartu stipresni
Vienas metalas yra geras, tačiau kai kurie deriniai gali suteikti lydiniui nuostabių savybių.
Ypatingai stiprus titano ir aukso lydinys yra vienintelė stipri medžiaga, kuri pasirodė esanti biologiškai suderinama su gyvais audiniais. Beta-Ti3Au lydinys yra toks stiprus, kadneįmanoma sum alti grūstuvėje. Jau šiandien aišku, kad tai – įvairių implantų, dirbtinių sąnarių ir kaulų ateitis. Be to, jis gali būti naudojamas gręžimui, sporto įrangai ir daugeliui kitų mūsų gyvenimo sričių.
Palladžio, sidabro ir kai kurių metaloidų lydinys taip pat gali turėti panašių savybių. Mokslininkai iš C altech instituto šiandien dirba su šiuo projektu.
Ateitis – 20 USD už sruogą
Kokia yra kiečiausia medžiaga, kurią šiandien gali nusipirkti gatvėje? Vos už 20 USD galite nusipirkti 6 metrų Braeön juostos. Nuo 2017 metų jį parduoda gamintojas Dustin McWilliams. Cheminė sudėtis ir gamybos būdas yra griežtai konfidencialūs, tačiau jos savybės yra nuostabios.
Viskas gali būti tvirtinama juostele. Tam reikia apvynioti tvirtinamas dalis, pakaitinti paprastu žiebtuvėliu, plastikinei kompozicijai suteikti norimą formą ir viskas. Po aušinimo jungtis atlaikys 1 tonos apkrovą.
Ir kieti, ir minkšti
2017 metais pasirodė informacija apie nuostabios medžiagos sukūrimą – kiečiausią ir minkštiausią tuo pačiu metu. Šią metamedžiagą išrado Mičigano universiteto mokslininkai. Jiems pavyko išmokti valdyti medžiagos struktūrą ir priversti ją pasižymėti įvairiomis savybėmis.
Pavyzdžiui, naudojant jį automobiliams kurti, kėbulas bus standus judant ir minkštas susidūrus. Kūnas sugeria kontaktinę energiją ir apsaugo keleivį.
