Самый прочный материал в мире — Карбин

Содержание

  1. Карбин
  2. Графен
  3. Лонсдейлит
  4. Вюрцитный нитрид бора
  5. Аморфные металлы
  6. Мартенситно-стареющая сталь
  7. Осмий
  8. Углерод-углеродные композиционные материалы
  9. Паутина паука Дарвина
  10. Алмаз

Под определением прочность подразумевается способность материалов не поддаваться разрушению в результате воздействия внешних сил и факторов, приводящих к внутреннему напряжению. У материалов, обладающих высокой прочностью, широкая область применения. В природе существую не только твердые металлы и прочные породы древесины, но и искусственно созданные высокопрочные материалы. Многие люди уверены в том, что самый прочный материал в мире – это алмаз, но так ли это в действительности?

Карбин

Общая информация:

  • Дата открытия — начало 60-х годов;

  • Первооткрыватели — Сладков, Кудрявцев, Коршак, Касаткин;

  • Плотность — 1,9-2 г/см3.

В недавнем времени научные сотрудники из Австрии завершили работу по налаживанию устойчивого изготовления карбина, являющегося аллотропной формой углерода на основе sp-гибридизации углеродных атомов. Показатели его прочности в 40 раз превзошли показатели алмаза. Информация об этом была размещена в одном из номеров научного печатного периодического издания «Nature Materials».

Строение карбина

Строение карбина

После тщательного изучения его свойств, ученые пояснили, что по прочности он не сравнится ни с одним ранее открытым и изученным материалом. Тем не менее в процессе производства возникли значительные трудности: структура карбина образована из атомов углерода, собранных в длинные цепочки, в результате чего он начинает разрушаться в процессе изготовления.

Для устранения выявленной загвоздки, физики из общественного университета в Вене создали специальное защитное покрытие, в котором и синтезировался карбин. В качестве защитного покрытия использовались слои графена, положенные друг на друга и свернутые в «термос». Пока физики прилагали все усилия для достижения стабильных форм, они выяснили, на электрические свойства материала влияет протяженность атомной цепочки.

Извлекать карбин из защитного покрытия без повреждений исследователи так и не научились, поэтому изучение нового материала продолжается, руководствуются ученые только лишь относительной устойчивостью атомных цепочек.

Карбин

Карбин

Карбин – малоизученная аллотропная модификация углерода, первооткрывателями которой стали советские ученые-химики: А.М.Сладков, Ю.П.Кудрявцев, В.В.Коршак и В.И.Касаточкин. Информация о результате проведения опыта с подробным описанием открытия материала в 1967 году появилась на страницах одного из крупнейших научных журналов — «Доклады академии наук СССР». Спустя 15 лет в американском научном журнале «Science» появилась статья, поставившая под сомнение результаты, которые получили советские химики. Выяснилось, что присвоенные малоизученной аллотропной модификации углерода сигналы могли быть связаны с присутствием примесей силикатов. С годами подобные сигналы обнаружили в межзвездном пространстве.

Графен

Общая информация:

  • Первооткрыватели — Гейм, Новоселов;

  • Кристаллическая структура — гексагональная решетка;

  • Теплопроводность — 1 ТПа.

Графен представляет собой двумерную аллотропную модификацию углерода, в которой атомы объединены в гексагональную решетку. Несмотря на высокую прочность графена, толщина его слоя составляет 1 атом.

Первооткрывателями материала стали русские физики, Андрей Гейм и Константин Новоселов. В своей стране ученые не заручились финансовой поддержкой и приняли решение о переезде в Нидерланды и Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии. В 2010 году ученым присудили Нобелевскую премию.

Графен

Графен

На листе графена, площадь которого равняется одному квадратному метру, а толщина – одному атому, свободно держатся предметы массой до четырех килограмм. Помимо того, что графен высокопрочный материал, он еще и очень гибкий. Из материала с такими характеристиками в будущем можно будет плести нити и другие веревочные структуры, не уступающие в прочности толстому стальному канату. При определенных условиях материал, открытый русскими физиками, может справляться с повреждениями в кристаллической структуре.

Лонсдейлит

Общая информация:

  • Год открытия — 1967;

  • Цвет — коричнево-желтый;

  • Измеренная плотность — 3,2 г/см3;

  • Твердость — 7-8 единиц по шкале Мооса.

Лонсдейлит

Лонсдейлит

Структура лонсдейлита, обнаруженного в воронке метеорита, схожа с алмазом, оба материала – это аллотропные модификации углерода. Вероятнее всего, в результате взрыва графит, являющийся одним из компонентов метеорита, и превратился в лонсдейлит. На момент обнаружения материала ученые не отметили высоких показателей твердости, тем не менее, было доказано, если в нем не будет примесей, то он ничем не будет уступать высокой твердости алмаза.

Вюрцитный нитрид бора

Общая информация о нитриде бора:

  • Плотность — 2,18 г/см3;

  • Температура плавления — 2973 градуса по Цельсию;

  • Кристаллическая структура — гексагональная решетка;

  • Теплопроводность — 400 Вт/(м×К);

  • Твердость — меньше 10 единиц по шкале Мооса.

Вюрцитный нитрид бора

Вюрцитный нитрид бора

Основные отличия вюрцитного нитрида бора, представляющего собой соединение бора с азотом, заключаются в термической и химической стойкости и огнеупорности. Материал может быть разной кристаллической формы. К примеру, графитная самая мягкая, но при этом стабильная, именно она используется в косметологии. Сфалеритная структура в кристаллической решетке подобна алмазам, но уступает по показателям мягкости, обладая при этом лучшей химической и термической стойкостью. Такие свойства вюрцитного нитрида бора позволяют использовать его в оборудовании для высокотемпературных процессов.

Аморфные металлы

Общая информация:

  • Твердость – 1000 Гн/м2;

  • Прочность – 4 Гн/м2;

  • Год открытия металлического стекла – 1960.

Аморфные металлы

Аморфные металлы

Металлическое стекло – материал с высоким показателем твердости, неупорядоченной структурой на атомарном уровне. Основное отличие структуры металлического стекла от обычного – высокая электропроводность. Получают такие материалы в результате твердотельной реакции, быстрого охлаждения или ионного облучения. Ученые научились изобретать аморфные металлы, показатели прочности которых в 3 раза больше, чем у стальных сплавов.

Мартенситно-стареющая сталь

Общая информация:

  • Ударная вязкость КСТ – 0,25-0,3 МДж/м2;

  • Предел упругости – 1500 Мпа;

  • KCU – 0,4-0,6 МДж/м2.

Мартенситно-стареющая сталь

Мартенситно-стареющая сталь

Общая информация:

  • Ударная вязкость КСТ – 0,25-0,3 МДж/м2;

  • Предел упругости – 1500 Мпа;

  • KCU – 0,4-0,6 МДж/м2.

Мартенситно-стареющие стали – сплавы железа, обладающие высокой прочностью при ударах, при этом не теряющие тягучести. Несмотря на такие характеристики, материал не держит режущую кромку. Полученные путем термообработки сплавы – это низкоуглеродистые вещества, берущие прочность от интерметаллидов. В состав сплава входит никель, кобальт и другие карбидообразующие элементы. Данная разновидность высокопрочной, высоколегированной стали легко поддается обработке, связано это с небольшим содержанием в ее составе углерода. Материал с такими характеристиками нашел применение в аэрокосмической области, его используют в качестве покрытия ракетных корпусов.

Осмий

Общая информация:

  • Год открытия – 1803;

  • Структура решетки – гексагональная;

  • Теплопроводность – (300 К) (87,6) Вт/(м×К);

  • Температура плавления – 3306 К.

Кристаллы осмия

Кристаллы осмия

Блестящий металл голубовато-белого цвета, обладающий высокой прочностью, принадлежит к платиноидам. Осмий, обладая высокой атомной плотностью, исключительной тугоплавкостью, хрупкостью, высокой прочностью, твердостью и стойкостью к механическим воздействиям и агрессивному влиянию окружающей среды, широко применяется в хирургии, измерительной технике, химической отрасли, электронной микроскопии, ракетной технике и электронной аппаратуре.

Углерод-углеродные композиционные материалы

Общая информация:

  • Плотность – 1,3-2,1 т/м3;

  • Прочность углеродного волокна – 0,5-1 ГПа;

  • Модуль упругости углеродного высокопрочного волокна – 215 Гпа.

Углерод-углеродные композиционные материалы

Углерод-углеродные композиционные материалы

Углерод-углеродные композиты – материалы, которые состоят из углеродной матрицы, а она в свою очередь армирована углеродными волокнами. Основные характеристики композитов – высокая прочность, гибкость и ударная вязкость. Структура композиционных материалов может быть как однонаправленной, так и трехмерной. Благодаря таким качествам композиты широко используются в различных областях, включая и аэрокосмическую отрасль.

Паутина паука Дарвина

Общая информация:

  • Официальный год открытия паука – 2010;

<li

>Ударная вязкость паутины – 350 МДж/м3.

Паутина паука Дарвина

Паутина паука Дарвина

Впервые паука, плетущего сети огромных размеров, обнаружили неподалеку от Африки, на островном государстве Мадагаскар. Официально этот вид пауков открыли в 2010 году. Ученых, прежде всего, заинтересовали паутины, сплетенные членистоногим. Диаметр кругов на несущей нити может доходить до двух метров. Показатели прочности паутины Дарвина превышают показатели прочности синтетического кевлара, используемого в авиационной и автомобильной промышленности.

Алмаз

Общая информация:

  • Теплопроводность – 900-2300 Вт/(м×К);

  • Температура плавления при давлении 11 Гпа – 3700-4000 градусов по Цельсию;

  • Плотность – 3,47-3,55 г/см3;

  • Показатель преломления – 2,417-2,419.

Алмаз

Алмаз

Алмаз в переводе с древнегреческого означает «несокрушимый», однако ученые открыли еще 9 элементов, превосходящих его по показателям прочности. Несмотря на бесконечное существование алмаза в обычной среде, при высокой температуре и инертном газе он может превратиться в графит. Алмаз – эталонный элемент (по шкале Мооса), обладающий одним из самых высоких показателей твердости. Для него, как и для многих драгоценных камней, характерна люминесценция, позволяющая блестеть при попадании на него солнечных лучей.

Добавить комментарий