Mặc dù kim cương cứng được nghe biết là hóa học cứng tốt nhất trên hành tinh của bọn chúng ta, nhưng thực tế Trái đất tất cả 6 loại vật tư còn giỏi hơn cả kim cương.

Bạn đang xem: 10 vật liệu cứng nhất thế giới


Carbon là một vào những nguyên tố tuyệt vời nhất trong tự nhiên, với những tính chất hóa học và vật lý khác với các nguyên tố khác. Chỉ với 6 proton trong hạt nhân của nó, cacbon là nguyên tố nhẹ nhất bao gồm khả năng hình thành những liên kết hóa học phức tạp. Tất cả những dạng sống đã biết đều dựa bên trên cacbon, vì những nguyên tử cacbon gồm thể sinh ra liên kết hóa học với tối đa bốn nguyên tử thuộc một lúc.

Dưới áp suất cao, cacbon cũng tất cả thể kết hợp với những nguyên tử cacbon khác để tạo thành cấu trúc mạng tinh thể ổn định. Nếu những điều kiện thích hợp, các nguyên tử cacbon cũng bao gồm thể tạo thành một cấu trúc cực kỳ bền và cực kỳ cứng được gọi là kim cương.

Mặc cho dù kim cương được biết đến là chất cứng nhất bên trên thế giới, nhưng thực tế tất cả 6 loại vật liệu còn tốt hơn cả kim cương. Tất nhiên, kim cương vẫn là một vào những vật liệu tự nhiên cứng nhất trên Trái đất, nhưng thật cạnh tranh để so sánh với sáu vật liệu này.



Có bố chất bên trên Trái đất ko cứng bằng kim cương, nhưng vẫn đáng được nhắc đến vày chúng hoạt động tốt về nhiều mặt. Với sự vạc triển của công nghệ nano, cùng với sự hiểu biết tốt hơn về những vật liệu hiện đại ở bài bản nano, giờ đây họ nhận ra rằng gồm nhiều thước đo gồm thể được sử dụng để đánh giá những đặc tính của những vật liệu cực đoan này.

Hãy bắt đầu với sinh học. Mặc dù tơ nhện quan sát rất mỏng manh, nhưng nó thực sự là một vật liệu rất bền. Tỷ lệ sức mạnh bên trên trọng lượng của nó vượt trội hơn nhiều so với những vật liệu truyền thống như nhôm và sắt, đồng thời nó rất mỏng với dính. Vào tất cả những loài nhện bên trên thế giới, tơ của nhện vỏ cây Darwin là mạnh nhất, mạnh hơn gấp 10 lần so với sợi Kevlar tổng hợp.



Một chất tự nhiên khác được gọi là cacbua silic (thường ở dạng moissanite) chỉ cứng hơn kim cương một chút. Các hạt cacbua silic đã được sản xuất trên bài bản lớn từ năm 1893. Silicon cùng carbon thuộc thuộc một họ nguyên tố, và bao gồm thể tạo thành vật liệu cực kỳ cứng này ở áp suất cao nhưng nhiệt độ tương đối thấp thông qua một quá trình gọi là thiêu kết.

Những vật liệu này sẽ không chỉ phù hợp với nhiều trường hợp đòi hỏi độ cứng cao như má phanh, ly hợp, ngay cạnh thân, cạnh bên xe tăng, v.v., mà còn tồn tại đặc tính bán dẫn tuyệt vời, vày vậy bọn chúng cũng đóng một vai trò quan tiền trọng vào sản xuất linh kiện điện tử.



Khoảng đôi mươi năm trước, những nhà khoa học lần đầu tiên phát triển những quả cầu silicon nano với đường kính từ 2 nanomet đến 50 nanomet. Điều đáng tởm ngạc nhất là những quả cầu nano này rỗng cùng không chỉ tất cả thể tự lắp ráp thành những quả cầu mà còn tồn tại thể lồng vào nhau. Nó cũng là một trong những vật liệu cứng nhất mà bé người biết đến, chỉ hèn kim cương một chút về độ cứng.

Tự lắp ráp là một công cụ cực kỳ mạnh mẽ vào tự nhiên, nhưng so với vật liệu tổng hợp, vật liệu sinh học yếu hơn về mặt này. Các hạt nano tự lắp ráp này có thể được sử dụng để tạo ra những vật liệu tùy chỉnh như bộ lọc nước hoạt động tốt hơn, pin mặt trời hiệu quả hơn, chất xúc tác nhanh hơn hoặc thiết bị điện tử. Tuy nhiên, kịch bản ứng dụng lý tưởng nhất là bộ áo gần cạnh được "may đo" theo cơ thể người dùng.



Vật liệu tất cả độ cứng cao nổi tiếng nhất

Trên thực tế, không một loại vật liệu như thế nào ở trên tất cả thể sánh được với độ cứng của kim cương. Trong tất cả những vật liệu được kiếm tìm thấy hoặc tạo ra trên Trái đất, kim cương là vật liệu cứng thứ bảy. Trong những khi một số vật liệu tự nhiên (nhưng rất hiếm) với chất tổng hợp đã vượt qua kim cương về độ cứng, thì trong ấn tượng của nhiều người, kim cương vẫn là chất có độ cứng cao nhất.



mặc dù nhiên, gồm sáu vật liệu đã đánh bại kim cương về độ cứng.

Số 6, Wurtzite boron nitride


Ngoài carbon, nhiều nguyên tử hoặc hợp chất khác gồm thể tạo thành tinh thể, cùng boron nitride là một trong số đó. Boron và nitơ lần lượt chiếm vị trí thứ năm với thứ bảy trong bảng tuần hoàn, với khi nhì nguyên tố này kết hợp với nhau, chúng gồm thể tạo ra nhiều hợp chất khác nhau, bao gồm chất rắn vô định hình, hệ tinh thể lục phương (tương tự như than chì), hệ tinh thể lập phương (tương tự như kim cương, nhưng gồm cấu trúc kém hơn một chút sức mạnh), với wurtzite.

Trong số này, hình thức cuối cùng là cực đoan nhất và cũng là vật liệu cực kỳ cứng chắc. Vật liệu này được sinh ra trong quy trình phun trào núi lửa và đến đến ni người ta mới chỉ search thấy một lượng rất nhỏ đề xuất thực tế giới khoa học hiện nay ko thể kiểm tra độ cứng của nó bằng thực nghiệm. Nhưng những tế bào phỏng mới nhất mang lại thấy nó tất cả thể tạo thành một kiểu cấu trúc cứng hơn kim cương 18%.

Số 5, Lonsdaleit


Trong ảnh là nhị viên kim cương được thu hồi từ miệng núi lửa Popigai. Phía bên trái là kim cương nguyên chất, bên phải là hỗn hợp kim cương với một lượng nhỏ Lonsdaleit. Nếu bao gồm bất kỳ viên đá Lonsdaleit ko lẫn tạp chất nào, độ bền cùng độ cứng của nó sẽ tốt hơn kim cương nguyên chất nhiều lần.

Kim cương thực chết là tinh thể thuộc hệ tinh thể lập phương, còn Lonsdaleit thuộc hệ tinh thể lục giác, thành phần của nó tương như như kim cương nhưng tất cả thể cứng hơn kim cương tới 58%. Bởi đó, người ta còn gọi Lonsdaleit là kim cưng lục phương (một dạng thù hình của cacbon với ô mạng lục phương). Vào tự nhiên, nó hình thành khi các thiên thạch chứa than chì va vào Trái Đất. Lượng nhiệt và áp suất lớn của vụ va chạm đã biến đổi than chì thành kim cương, nhưng cấu trúc ô mạng tinh thể lục phương của than chì vẫn được bảo tồn. Lonsdaleit được nhận dạng lần đầu tiên năm 1967 vào thiên thạch Canyon Diablo, thiên thạch này xuất hiện các tinh thể rất rất nhỏ có tương quan đến kim cương.

Số 4, Dyneema


Dyneema là một loại polyme polyetylen nhiệt dẻo có trọng lượng phân tử cực cao. Hầu hết các phân tử bọn họ biết chỉ bao gồm vài nghìn đơn vị khối lượng nguyên tử, nhưng chuỗi phân tử của polyetylen khối lượng phân tử vô cùng cao thì cực kỳ dài, cùng trọng lượng của một phân tử bao gồm thể lên tới mặt hàng chục triệu đơn vị khối lượng nguyên tử.

Với một chuỗi phân tử dài như vậy, sự tương tác giữa các phân tử sẽ được tăng cường đáng kể. Bên trên thực tế, vật liệu này còn có độ bền va đập cao nhất vào tất cả những loại nhựa nhiệt dẻo đã biết, được xem là vật liệu sợi mạnh nhất bên trên thế giới, vượt trội hơn tất cả những loại dây buộc cùng dây kéo trên thị trường, nhẹ hơn nước và tất cả khả năng chống đạn.

Xem thêm: Các Vật Liệu Tạo Thành Bê Tông Cốt Thép Từ A, Thông Tin Về Bê Tông Cốt Thép

Số 3, Thủy tinh hết sức nhỏ palladium


Tất cả những vật liệu vật lý đều có hai đặc tính quan tiền trọng: độ bền với độ dẻo dai; độ bền là lực cần thiết để làm cho biến dạng vật liệu cùng độ dẻo dẻo là lực cần thiết để làm cho vỡ hoặc gãy vật liệu. Hầu hết các chất liệu gốm sứ đều gồm độ bền cao nhưng độ dẻo dai rất kém, chúng dễ bị vỡ nếu kẹp thừa chặt hoặc vô tình làm cho rơi. Những chất liệu đàn hồi như cao su thiên nhiên thì ngược lại, tuy ko dễ gãy nhưng chúng rất dễ biến dạng và có độ cứng cực thấp.

Hầu hết các vật liệu thủy tinh đều dễ vỡ, độ bền cao với độ dẻo dẻo thấp. Ngay cả kính cường lực như kính Pyrex hoặc kính Corning cũng ko đủ cứng như một vật liệu riêng. Nhưng vào năm 2011, những nhà nghiên cứu đã phát minh ra một loại thủy tinh vi tế bào mới, gồm chứa 5 nguyên tố là phốt pho, silicon, germani, bạc cùng palladium. Vào số đó, palladium gồm thể tạo thành các dải cắt, cho phép thủy tinh bị biến dạng dẻo khi nó bị tác động với sẽ ko bị phá vỡ trực tiếp. Vật liệu này là sự kết hợp độ bền cùng độ dẻo dai cực cao, dễ dàng đánh bại mọi loại thép cũng như thủy tinh hiện tất cả và đây cũng là vật liệu không chứa carbon cứng nhất trên thế giới.

Số 2, Buckypaper


Kể từ cuối thế kỷ 20, một vật liệu gọi là ống nano carbon đã được biết đến là "cứng hơn kim cương". Chất này thuộc hệ tinh thể lục giác, cấu trúc tổng thể là hình elip, và tính ổn định của nó tốt hơn bất kỳ cấu trúc làm sao mà con người biết đến. Nếu bạn kết hợp một số lượng lớn các ống nano carbon vào một bề mặt phẳng, bạn sẽ có được một loại "giấy" mỏng gọi là buckypaper.

Ngoài buckypaper, tất cả một cấu trúc cứng không thua kém được gọi là buckyball, được tạo thành từ 60 nguyên tử carbon liên kết với nhau. Buckyball cũng là một vật liệu tự nhiên tất cả thể được có mặt trong một số môi trường vũ trụ nhất định. Buckyball mặc dù đã được ứng dụng trong lĩnh vực nano, nhưng nó vẫn chưa đạt được sản lượng định lượng, với tạm thời chưa thể hiện được "tài năng" của mình ở đồ sộ vĩ mô, vì vậy nó ko được đưa vào list này.

Để so sánh, mỗi ống nano tạo yêu cầu buckypaper chỉ bao gồm đường kính từ 2 đến 4 nanomet, nhưng cấu trúc rất chắc chắn nên nó có thể được kết hợp thành các tấm vật liệu gồm diện tích lớn hơn. Trọng lượng của nó chỉ bằng 10% thép, nhưng nó cứng hơn hàng trăm lần. Ngoại trừ ra, vật liệu này còn tồn tại khả năng chống cháy, hiệu quả dẫn nhiệt cao, khả năng che chắn điện từ vượt trội, tất cả triển vọng ứng dụng nhiều chủng loại trong khoa học vật liệu, linh kiện điện tử, quân sự với thậm chí cả lĩnh vực sinh học.

Số 1, Graphene


Cuối cùng, chúng ta hãy xem xét cấu trúc mạng lục giác bao gồm những nguyên tử cacbon - graphene, chỉ dày một nguyên tử. Sau thời điểm được điều chế thành công, graphene vảy được kỳ vọng sẽ trở thành vật liệu mang tính chất cách mạng nhất của thế kỷ 21. Graphene thực sự là thành phần cấu trúc cơ bản nhất của ống nano carbon và bao gồm rất nhiều tình huống ứng dụng.

Ở thuộc độ dày, graphene là vật liệu mạnh nhất được biết đến, với khả năng dẫn nhiệt với dẫn điện vô song, độ truyền ánh sáng đạt gần 100%. Giải Nobel Vật lý năm 2010 được trao mang lại Andrei Geim với Konstantin Novoselov vì các thí nghiệm của họ trên graphene. Cho đến nay, graphene vẫn là vật liệu mỏng nhất mà chúng ta biết. Với chỉ mất sáu năm để Game và Novoselov từ nghiên cứu đến trao giải, đây là một trong những kỷ lục nhanh nhất trong lĩnh vực vật lý.


Liệu rằng mặt trăng bao gồm thể va vào Trái Đất như vào phim Moonfall hay không?
Kim cương rất có thể xem như các loại vật liệu tự nhiên và thoải mái cứng nhất, tuy nhiên, ví như bàn tay bé người ảnh hưởng vào thì liệu vị trí của nó có chuyển đổi không? Cùng khám phá 10 loại vật tư cứng nhất hiện giờ nhé.

Để có thể đáp ứng yêu cầu ngày càng tốt của bé người, hàng loạt các loại vật liệu mới được tìm kiếm thấy hoặc chế tác ra. Xét về điều tỉ mỷ độ cứng thì dưới đấy là 10 loại vật tư có độ cứng tối đa cho đến thời khắc hiện tại:

 

10. Tơ nhện: Tơ của chủng loại nhện Darwin"s Bark được coi là vật liệu sinh học cứng có thể nhất từng được biết đến từ trươc tới nay. Chúng thậm chí là còn dai chắc chắn thêm gấp 10 lần gai Kevlar - một số loại vật liệu đang rất được con fan sử dụng để gia công áo kháng đạn.

 

9. Silicon cacbua (Si
C):
các loại vật liệu này có độ cứng chắc rất lớn và vẫn được thực hiện để khiến cho lớp ngay cạnh sắt Chobham của các xe tăng chiến đấu.

 

8. Nanospheres/Nano-Kevlar: những hạt nano tí hon có công dụng tự tập phù hợp này là vật liệu hữu cơ cứng nhất nhưng mà con bạn từng tạo ra được. Chúng hoàn toàn có thể dẫn cho tới việc cách tân và phát triển lớp áo tiếp giáp bọc khung hình in ấn được.

 

7. Kim cương: các loại vật liệu tự nhiên cứng tuyệt nhất trên nỗ lực giới này có khả năng chống trầy xước xước vô địch.

 

6. Wurtzite boron nitride: Đây là vật tư được tạo ra trong các vụ phun trào núi lửa cùng về lí thuyết cứng hơn kim cương 18%. Tuy nhiên, vào thực tế, bé người chưa từng thu được con số vật liệu này đủ lớn để giao hàng việc kiểm định giả thiết này.

 

5. Lonsdaleite: Loại vật liệu này được có mặt khi những thiên thạch đựng than chì va chạm tới vào Trái đất. Tác dụng mô rộp cho thấy, lonsdaleite rất có thể cứng hơn kim cương 58%, nhưng các nhà nghiên cứu cũng chưa kiểm tra được vấn đề đó trong thực tiễn vì bọn chúng quá hiếm.

 

*

 

4. Dyneema: một số loại chất dẻo tổng phù hợp polythen này được pr là các loại sợi cứng độc nhất trên núm giới. Với điểm lưu ý là nhẹ hơn nước tuy thế cứng rộng thép vội 15 lần, dyneema hoàn toàn có thể chặn được đạn bay.

 

3. Thủy tinh kim loại: các loại thủy tinh hợp kim này là sản phẩm phối kết hợp giữa độ cứng cùng sức bền. Nó được xem như là vật liệu bền tuyệt nhất trên Trái đất hiện nay.

 

2. Buckypaper: vật tư nano này thành lập và hoạt động từ những phân tử carbon hình ống, mỏng hơn 1 sợi tóc người tới 50.000 lần. So với thép, buckypaper cứng rộng 500 lần, nhưng nhẹ hơn 10 lần.

 

1. Graphene: Đây là 1 trong lớp carbon bao gồm độ dày 1 phân tử, cứng cấp 200 lần thép. Để chọc thủng một tờ graphene mỏng manh như giấy nhựa saran, các bạn cần áp lực tạo vị một con voi đứng thăng bằng trên một chiếc bút chì.