Адам өз іс-әрекетінде заттар мен материалдардың әртүрлі сапасын пайдаланады. Және олардың күші мен сенімділігі маңызды емес. Табиғаттағы ең қиын материалдар және жасанды түрде жасалғандар осы мақалада талқыланады.
Жалпы стандарт
Материалдың беріктігін анықтау үшін Mohs шкаласы қолданылады - материалдың қаттылығын оның сызатуға реакциясы арқылы бағалауға арналған шкала. Қарапайым адам үшін ең қатты материал - гауһар. Сіз таң қаласыз, бірақ бұл минерал ең қиындардың арасында 10-шы орында ғана. Орташа алғанда, егер оның мәндері 40 ГПа жоғары болса, материал өте қатты болып саналады. Сонымен қатар, әлемдегі ең қатты материалды анықтау кезінде оның шығу табиғатын да ескеру қажет. Сонымен қатар, беріктік пен беріктік көбінесе оған сыртқы факторлардың әсеріне байланысты.
Жер бетіндегі ең қатты материал
Бұл бөлімде біз алмаздан әлдеқайда күшті және оны тырнап жіберуі мүмкін ерекше кристалдық құрылымы бар химиялық қосылыстарға назар аударамыз. әкелейікЕң қиынынан бастап жасанды ең қиын 6 материал.
- Көміртегі нитриді - бор. Қазіргі химияның бұл жетістігі 76 GPa күштілік индексіне ие.
- Графен аэрогель (аэрографен) ауадан 7 есе жеңіл материал, ол 90% қысылғаннан кейін пішінін қалпына келтіреді. Өз салмағынан 900 есе артық сұйықтықты немесе тіпті майды сіңіре алатын таңғажайып берік материал. Бұл материалды мұнай төгілу кезінде пайдалану жоспарлануда.
- Графен – бірегей өнертабыс және әлемдегі ең берік материал. Төменде ол туралы толығырақ.
- Карбин – аллотропты көміртектің сызықты полимері, одан өте жұқа (1 атом) және өте күшті түтіктер жасалады. Ұзындығы 100 атомнан асатын мұндай түтікті ұзақ уақыт бойы ешкім жасай алмады. Бірақ Вена университетінің австриялық ғалымдары бұл кедергіні еңсере алды. Сонымен қатар, егер бұрын карабин аз мөлшерде синтезделсе және өте қымбат болса, бүгінде оны тонналап синтездеуге болады. Бұл ғарыштық технологиялар және одан тыс салалар үшін жаңа көкжиектерді ашады.
- Эльбор (кинсонгит, кубонит, боразон) - бүгінде металл өңдеуде кеңінен қолданылатын нанодизайнды қосылыс. Қаттылық - 108 GPa.
Фуллерит - бүгінде адамға белгілі жердегі ең қатты материал. Оның 310 ГПа күші жеке атомдардан емес, молекулалардан тұруымен қамтамасыз етіледі. Бұл кристалдар гауһар тасты май пышағы сияқты оңай тырнап алады
Адам қолының кереметі
Графен – көміртегінің аллотропиялық модификацияларына негізделген адамзаттың тағы бір өнертабысы. Бұл қалыңдығы бір атомды құрайтын жұқа үлдірге ұқсайды, бірақ болаттан 200 есе берік, ерекше икемділігі бар.
Графен туралы олар оны тесу үшін піл қарындаштың ұшында тұруы керек дейді. Сонымен бірге оның электр өткізгіштігі компьютерлік чиптердің кремнийінен 100 есе жоғары. Жақында ол зертханалардан шығып, күн батареялары, ұялы телефондар және заманауи компьютерлік чиптер түрінде күнделікті өмірге енеді.
Табиғаттағы ауытқулардың екі өте сирек нәтижесі
Табиғатта керемет күшке ие өте сирек қосылыстар бар.
- Бор нитриді - кристалдары ерекше вурцит пішіні бар зат. Жүктемелерді қолдану арқылы кристалдық тордағы атомдар арасындағы байланыстар беріктікті 75% арттырып, қайта бөлінеді. Қаттылық индексі - 114 ГПа. Бұл зат жанартау атқылауы кезінде пайда болады, табиғаты өте аз.
- Лонсдалейт (негізгі суретте) - аллотропты көміртегі қосылысы. Материал метеорит кратерінен табылған және жарылыс жағдайында графиттен пайда болған деп саналады. Қаттылық индексі - 152 ГПа. Табиғатта сирек кездеседі.
Жабайы табиғаттың ғажайыптары
Біздің планетамыздағы тірі тіршілік иелерінің арасында өте ерекше бір нәрсе барлар бар.
- Caerostris darwini веб-сайты. Дарвиннің өрмекшісі шығаратын жіп болаттан күшті жәнекевлардан қиынырақ. Дәл осы желіні NASA ғалымдары ғарыштық қорғаныс костюмдерін жасауды қолға алды.
- Мөлдір тістер Теңіз лимпасы - олардың талшықты құрылымы қазір биониктермен зерттелуде. Олардың күштілігі сонша, олар моллюскаға тасқа айналған балдырларды жұлып алуға мүмкіндік береді.
Темір қайың
Табиғаттың тағы бір кереметі – Шмидт қайыңы. Оның ағашы биологиялық шыққан ең қатты табиғи материал болып табылады. Қиыр Шығыста «Кедровая пад» қорығында өседі және Қызыл кітапқа енгізілген. Беріктік темір мен шойынмен салыстырылады. Бірақ ол коррозияға және ыдырауға ұшырамайды.
Оқтары өтпейтін Шмидт қайың ағашын барлық жерде қолдануға оның ерекше сиректігі кедергі жасайды.
Металдардың ең қаттысы
Бұл көк-ақ металл - хром. Бірақ оның беріктігі оның тазалығына байланысты. Табиғатта оның құрамында 0,02% бар, бұл соншалықты аз емес. Ол силикат жыныстарынан алынады. Жерге түсетін метеориттерде де хром көп болады.
Бұл коррозияға төзімді, ыстыққа төзімді және отқа төзімді. Хром өнеркәсіпте және коррозияға қарсы сәндік жабындарда кеңінен қолданылатын көптеген қорытпаларда (хромды болат, нихром) кездеседі.
Бірге күштірек
Бір металл жақсы, бірақ кейбір комбинациялар қорытпаға керемет қасиеттер бере алады.
Титан мен алтынның өте күшті қорытпасы – тірі ұлпалармен биоүйлесімділігі дәлелденген жалғыз берік материал. Бета-Ti3Au қорытпасының беріктігі сонша, олерітіндіде ұнтақтау мүмкін емес. Бұл әртүрлі импланттардың, жасанды буындардың, сүйектердің болашағы екені бүгінде анық. Бұған қоса, оны бұрғылауға, спорттық жабдықтарға және өміріміздің көптеген басқа салаларына қолдануға болады.
Палладий, күміс және кейбір металлоидтардың қорытпасы да ұқсас қасиеттерге ие болуы мүмкін. Калтех институтының ғалымдары бүгін осы жобамен жұмыс істеуде.
Болашағы 20 доллардан
Бүгінгі күні көшеде кез келген адам сатып ала алатын ең қиын материал қандай? Бар болғаны 20 долларға сіз 6 метр Braeön лентасын сатып ала аласыз. 2017 жылдан бастап ол Дастин МакУильямс өндірушісінен сатылуда. Химиялық құрамы мен өндіру әдісі қатаң құпияда сақталады, бірақ оның сапасы керемет.
Таспамен кез келген нәрсені бекітуге болады. Мұны істеу үшін оны бекітетін бөліктерге орап, кәдімгі шақпақпен қыздырып, пластикалық композицияға қажетті пішінді беру керек және бәрі аяқталды. Салқындағаннан кейін буын 1 тонна жүкке төтеп береді.
Қатты да, жұмсақ та
2017 жылы таңғажайып материалды жасау туралы ақпарат пайда болды - бір уақытта ең қатты және ең жұмсақ. Бұл метаматериалды Мичиган университетінің ғалымдары ойлап тапқан. Олар материалдың құрылымын басқаруды және оның әртүрлі қасиеттерін көрсетуді үйренді.
Мысалы, оны автомобильдер жасау үшін пайдаланғанда, дене қозғалғанда қатты, соқтығысқанда жұмсақ болады. Дене байланыс энергиясын сіңіріп, жолаушыны қорғайды.
