10 самых прочных материалов, известных человеку
1. Графен
Краткое введение
Графен представляет собой сотовую двумерную пленку, образованную атомами углерода с гибридизацией sp2. Он представляет собой монослойную листовую структуру, выделенную из графита, а также является самым тонким из известных на сегодняшний день новых материалов. Прочность на разрыв и модуль упругости графена составляют 125 Гпа и 1,1 тпа соответственно, а его прочность в 100 раз превышает прочность обычной стали. Сумки из графена, которые могут выдержать около 2 тонн веса, на сегодняшний день являются самым прочным материалом из всех известных.
Растущая тенденция
С момента присуждения Нобелевской премии по физике в 2010 году количество мировых патентных заявок на графен резко возросло. Ожидается, что в будущем он найдет применение во многих областях, таких как электроника, хранение энергии, катализаторы, сенсоры, оптоэлектронные прозрачные тонкие пленки, сверхпрочные композитные материалы и биологическая медицина.
2. Углеродная нанотрубка
Краткое введение
Углеродные нанотрубки (УНТ) - это вид одномерного квантового материала с гексагональным расположением атомов углерода, образующих коаксиальные круговые трубки от нескольких слоев до десятков слоев, которые можно разделить на одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) и многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ) в зависимости от количества слоев графеновых листов. Углеродные нанотрубки обладают превосходными механическими свойствами, их прочность на разрыв составляет 50 ~ 200 ГПа, что в 100 раз больше, чем у стали, но плотность составляет всего 1/6 от плотности стали. Кроме того, модуль упругости может достигать 1TPa, что эквивалентно алмазу и примерно в 5 раз больше, чем у стали.
Растущая тенденция
С момента открытия углеродных нанотрубок в 1990-х годах их производство переживает бум, и они широко используются для изготовления композитных материалов и пленок, прозрачных проводников, термоинтерфейсов, бронежилетов, лопастей ветряных турбин, электродов для функциональных устройств и носителей катализаторов.
3. Металлическое стекло
Краткое введение
Металлическое стекло также называют аморфным металлом, который обычно представляет собой сплав, имеющий аморфную структуру и структуру стекла. Эта двойная структура определяет, что оно обладает многими свойствами, недоступными для кристаллического металла и стекла, такими как хорошая электропроводность, высокая прочность, высокая эластичность, более износостойкое и коррозионностойкое. Металлическое стекло прочнее стали и тверже твердой инструментальной стали.
Растущая тенденция
Металлическое стекло обладает сверхпрочностью, эластичностью, магнитными свойствами и может оставаться твердым, не кристаллизуясь при высоких температурах, что в основном используется в аэрокосмической промышленности и военном вооружении.
4. Волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (UHMWPE)
Краткое введение
UHMWPE - это вид волокна из полиэтилена с относительной молекулярной массой от 1 млн до 5 млн, которое на сегодняшний день является самым прочным и легким волокном в мире. Оно в 15 раз прочнее стальной проволоки, но очень легкое по весу, и максимум на 40 % легче, чем такие материалы, как арамид.
Растущая тенденция
UHMWPE широко используется в канатах, швартовых и веревочных сетях для защиты жизни, высокоэффективном текстиле, композитах, ламинированных материалах. По оценкам, ежегодный мировой спрос на СВМПЭ составит 60 000 тонн в ближайшие пять лет и 100 000 тонн в ближайшие 10 лет.
5. Нанотрубки из нитрида бора
Краткое введение
Как и углерод, нитрид бора может образовывать одноатомные листы, которые могут сворачиваться, образуя нанотрубки. Сами нанотрубки из нитрида бора по прочности не уступают углеродным нанотрубкам, но реальное преимущество заключается в их способности прочно прилипать к полимеру, так как они связываются с ним. Прочность нанотрубок из нитрида бора выше, чем у углеродных нанотрубок, примерно на 30 % выше, чем у интерфейса ПММА, и примерно на 20 % выше, чем у эпоксидной смолы.
Растущая тенденция
Нанотрубки нитрида бора обладают оптическими свойствами, отличными механическими и теплопроводными характеристиками, а также выдерживают высокие температуры и поглощают нейтронное излучение, поэтому становятся эффективными добавками для механического или термического усиления полимерных, керамических и металлических композитов. Дополнительные области применения нанотрубок нитрида бора - защитные экраны, электроизоляторы и сенсоры.
6. Лонсдейлит
Краткое описание
Лонсдейлский камень был обнаружен в кратере американским геологом Лонсдейлом и определен как шестиугольный метеоритный алмаз. Как и алмазы, они состоят из атомов углерода, но их атомы углерода расположены в разных формах. Результаты моделирования показали, что камень Лонсдейла на 58 % более устойчив к давлению, чем алмаз.
7. Алмаз
Краткое введение
Алмаз - самое твердое вещество, встречающееся на Земле в самых разных природных формах, и он является аллотропом углерода. Твердость алмаза - самая высокая по шкале Мооса - 10-й класс. Его микротвердость составляет 10000 кг/мм2, что в 1000 раз выше, чем у кварца, и в 150 раз выше, чем у корунда.
Растущая тенденция
Алмаз широко используется в промышленности, в основном в алмазном резце, алмазе для вытяжки штампа, алмазном долоте.
8. Аэрогель
Краткое введение
Аэрогель - это форма твердого материала, который имеет самую маленькую плотность в мире. Аэрогели очень прочны и долговечны, могут выдерживать давление, в тысячи раз превышающее их массу, и не плавятся, пока температура не достигнет 1200 градусов Цельсия.
Растущая тенденция
Аэрогели демонстрируют множество уникальных свойств в таких областях, как тепловые, оптические, электрические, механические и акустические, которые могут использоваться в качестве теплоизоляционных материалов, мишеней для ИКФ и рентгеновских лазеров, катализаторов, адсорбентов, различных электронных устройств и так далее.
9. Карбид кремния
Краткое введение
Карбид кремния является естественным минералом в природе, или он сделан из кварцевого песка, нефтяного кокса (или угольного кокса), древесной щепы и другого сырья путем плавления при высокой температуре в резистивной печи. Карбид кремния твердый, его твердость по шкале Мооса составляет 9,5, что уступает только самому твердому в мире алмазу. Кроме того, карбид кремния обладает отличной теплопроводностью. Он является одним из видов полупроводников и может противостоять окислению при высокой температуре.
Растущая тенденция
Являясь типичным представителем полупроводниковых материалов третьего поколения, карбид кремния пользуется популярностью на предприятиях полупроводниковой отрасли. Силовые электронные устройства, изготовленные из подложки и эпитаксиального материала карбида кремния, могут работать в условиях высокого напряжения и высокочастотной среды, обладают выдающимися эксплуатационными преимуществами и широкими промышленными перспективами.
10. Дарвиновский паук-короед
Краткое введение
На Мадагаскаре обнаружен новый вид пауков - дарвиновский паук-короед, создающий самую большую и прочную паутину в мире. Паутина шириной 25 метров является самым прочным биологическим материалом из когда-либо изученных и в 10 раз прочнее кевлара того же размера.
Спасибо, что прочитали нашу статью. Если вы хотите узнать больше о самых прочных материалах, советуем вам посетить сайт Stanford Advanced Materials (SAM), чтобы получить более подробную информацию.
