Лек и издръжлив тънък материал. Китайски учени създадоха най-лекия твърд материал в света. Ядрото на неутронната звезда и неговата плътност

Просто брилянтно откритие направиха китайски учени. Именно те разкриха на света най-лекия материал на земята. Масата му е толкова малка, че лесно се задържа върху венчелистчетата на цветето. Съставът на удивителния материал включва графенов оксид и лиоф

Просто брилянтно откритие направиха китайски учени. Именно те разкриха на света най-лекия материал на земята. Масата му е толкова малка, че лесно се задържа върху венчелистчетата на цветето. Удивителният материал съдържа графенов оксид и лиофилизиран въглерод. Графеновата материя има интересна пореста структура и тежи само 0,16 mg/cm3. Именно благодарение на тази структура на аерогел, материалът е най-лекият твърд материал в света. Много практически и невероятни открития вече са предвидени за това уникално откритие. Графенът в естествената си форма е двуизмерен кристал. В допълнение, това е най-тънкият ръчно изработен материал на земята. Само си представете, че за да се постигне височина на колоната от 1 милиметър, е необходимо да се сгънат едно към едно 3 милиона плочи от чудодейния материал. Но такава структура на пръв поглед е крехка, но изобщо не е така.
Графенът също е невероятно издръжлив и здрав. Лист от такъв материал, една дебелина найлонов плик, може лесно да издържи теглото на един слон. Но това не са всички предимства на графена. В допълнение към удивителната си сила и сила, той е и изненадващо гъвкав. Без загуба или нарушаване на структурата, материалът може да се разтегне с 20% от общия размер. Освен това учените наскоро успяха да открият друго уникално свойство на графена. Може да се използва за филтриране на вода, като улавя различни вредни газове и течности вътре в материала.

Абонирайте се за сайта

Момчета, влагаме душата си в сайта. Благодаря ти за това
че откривате тази красота. Благодаря за вдъхновението и настръхването.
Присъединете се към нас FacebookИ Във връзка с

Определението за якост означава способността на материалите да не се поддават на разрушаване в резултат на въздействието на външни сили и фактори, водещи до вътрешно напрежение. Материалите с висока якост имат широко приложение. В природата има не само твърди метали и издръжливи дървесни видове, но и изкуствено създадени материали с висока якост. Много хора са уверени, че най издръжлив материалв света е диамант, но наистина ли е така?

Главна информация:

Дата на откриване: началото на 60-те години;

Откриватели - Сладков, Кудрявцев, Коршак, Касаткин;

Плътност – 1,9-2 g/cm3.

Наскоро учени от Австрия завършиха работата по установяване на устойчиво производство на карбин, който е алотропна форма на въглерод, базирана на sp-хибридизация на въглеродни атоми. Неговите якостни показатели са 40 пъти по-високи от тези на диаманта. Информация за това е публикувана в един от броевете на научното печатно периодично издание „Nature Materials“.

След внимателно проучване на свойствата му, учените обясниха, че силата му не може да се сравни с никой досега открит и изследван материал. Производственият процес обаче среща значителни трудности: структурата на карбина се формира от въглеродни атоми, събрани в дълги вериги, в резултат на което започва да се разпада по време на производствения процес.

За да отстранят идентифицирания проблем, физици от държавния университет във Виена създадоха специално защитно покритие, в което е синтезиран карбин. Като защитно покритиеизползвани са слоеве графен, поставени един върху друг и навити в „термос“. Докато физиците работиха усилено, за да постигнат стабилни форми, те откриха, че електрическите свойства на материала се влияят от дължината на атомната верига.

Изследователите не са се научили как да извличат карбин от защитно покритие без повреди, така че изследването на новия материал продължава, учените се ръководят само от относителната стабилност на атомните вериги.

Карбинът е малко проучена алотропна модификация на въглерода, чиито откриватели са съветските химици: А. М. Сладков, Ю. П. Кудрявцев, В. В. Коршак и В. И. Касаточкин. Информация за резултата от експеримента с Подробно описаниеоткриването на материала през 1967 г. се появява на страниците на едно от най-големите научни списания - „Доклади на Академията на науките на СССР“. 15 години по-късно в американското научно списание Science се появява статия, която поставя под съмнение резултатите, получени от съветските химици. Оказа се, че сигналите, приписани на малко проучената алотропна модификация на въглерода, могат да бъдат свързани с наличието на силикатни примеси. През годините подобни сигнали са откривани в междузвездното пространство.

Главна информация:

Откриватели – Гейм, Новоселов;

Топлопроводимост – 1 TPa.

Графенът е двуизмерна алотропна модификация на въглерода, в която атомите са комбинирани в шестоъгълна решетка. Въпреки високата якост на графена, дебелината на неговия слой е 1 атом.

Откривателите на материала са руските физици Андрей Гейм и Константин Новоселов. Учените не са получили финансова подкрепа в собствената си страна и решават да се преместят в Холандия и Обединеното кралство Великобритания и Северна Ирландия. През 2010 г. учените получиха Нобелова награда.

Върху лист графен, чиято площ е равна на единица квадратен метър, а дебелината е един атом, могат да се държат свободно предмети с тегло до четири килограма. Освен че е изключително издръжлив материал, графенът е и много гъвкав. В бъдеще от материал с такива характеристики ще бъде възможно да се тъкат нишки и други въжени конструкции, които не са по-ниски по здравина от дебелото стоманено въже. При определени условия материалът, открит от руските физици, може да се справи с увреждане на кристалната структура.

Главна информация:

Година на откриване: 1967 г.;

Цвят – кафяво-жълт;

Измерена плътност – 3,2 g/cm3;

Твърдост – 7-8 единици по скалата на Моос.

Структурата на лонсдейлита, открита в метеоритен кратер, е подобна на диаманта; и двата материала са алотропни модификации на въглерода. Най-вероятно в резултат на експлозията графитът, който е един от компонентите на метеорита, се е превърнал в лонсдейлит. По време на откриването на материала учените не са отбелязали високи нива на твърдост, но е доказано, че ако в него няма примеси, той няма да бъде по-нисък по никакъв начин висока твърдостдиамант

Обща информация за борен нитрид:

Плътност – 2.18 g/cm3;

Точка на топене – 2973 градуса по Целзий;

Кристална структура – ​​шестоъгълна решетка;

Топлопроводимост – 400 W/(m×K);

Твърдост – по-малко от 10 единици по скалата на Моос.

Основните разлики между вюрцитовия борен нитрид, който е съединение на бор и азот, са термичните и химическа устойчивости пожароустойчивост. Материалът може да има различни кристални форми. Например, графитът е най-мекият, но в същото време стабилен, използва се в козметологията. Структурата на сфалерита в кристалната решетка е подобна на диамантите, но е по-ниска по отношение на мекотата, като същевременно има по-добра химическа и термична устойчивост. Такива свойства на вюрцитовия борен нитрид позволяват използването му в оборудване за високотемпературни процеси.

Главна информация:

Твърдост – 1000 H/m2;

Якост – 4 Gn/m2;

Годината на откриването на металното стъкло е 1960 г.

Металното стъкло е материал с висока твърдост и неподредена структура на атомно ниво. Основната разлика между структурата на металното стъкло и обикновеното стъкло е неговата висока електропроводимост. Такива материали се получават в резултат на реакция в твърдо състояние, бързо охлаждане или йонно облъчване. Учените са се научили да измислят аморфни метали, чиято якост е 3 пъти по-голяма от тази на стоманените сплави.

Главна информация:

Граница на еластичност – 1500 MPa;

KCU – 0,4-0,6 MJ/m2.

Главна информация:

Ударна якост на KST – 0,25-0,3 MJ/m2;

Граница на еластичност – 1500 MPa;

KCU – 0,4-0,6 MJ/m2.

Марейджинг стоманите са железни сплави, които имат висока якост на удар, без да губят своята пластичност. Въпреки тези характеристики, материалът не издържа режещ ръб. Сплавите, получени чрез топлинна обработка, са вещества с ниско съдържание на въглерод, които черпят силата си от интерметални съединения. Сплавта съдържа никел, кобалт и други карбидообразуващи елементи. Този вид високоякостна, високолегирана стомана е лесна за обработка, поради ниското съдържание на въглерод в състава си. Материал с такива характеристики е намерил приложение в космическата област, използва се като покритие за корпуси на ракети.

Осмий

Главна информация:

Година на откриване – 1803 г.;

Структурата на решетката е шестоъгълна;

Топлопроводимост – (300 K) (87,6) W/(m×K);

Точка на топене – 3306 К.

Блестящ, синкаво-бял метал с висока якост принадлежи към групата на платината. Осмий, притежаващ висока атомна плътност, изключителна огнеупорност, крехкост, висока якост, твърдост и устойчивост на механични натоварвания и агресивни въздействия заобикаляща среда, се използва широко в хирургията, инструментите, химическата промишленост, електронната микроскопия, ракетната техника и електронното оборудване.

Главна информация:

Плътност – 1,3-2,1 t/m3;

Якостта на въглеродните влакна е 0,5-1 GPa;

Модулът на еластичност на високоякостните въглеродни влакна е 215 GPa.

Въглерод-въглеродните композити са материали, които се състоят от въглеродна матрица, която от своя страна е подсилена с въглеродни влакна. Основните характеристики на композитите са висока якост, гъвкавост и сила на удар. Структура композитни материалиможе да бъде еднопосочен или триизмерен. Благодарение на тези качества, композитите са широко използвани в различни области, включително космическата индустрия.

Главна информация:

Официалната година на откриване на паяка е 2010 г.;

>Ударната якост на платното е 350 MJ/m3.

За първи път паяк, плетещ огромни мрежи, беше открит близо до Африка, на островната държава Мадагаскар. Този вид паяк е официално открит през 2010 г. Учените се интересуваха предимно от мрежите, изтъкани от членестоноги. Диаметърът на кръговете на носещата нишка може да достигне до два метра. Здравината на мрежата на Дарвин надвишава тази на синтетичния кевлар, използван в авиационната и автомобилната индустрия.

Главна информация:

Топлопроводимост – 900-2300 W/(m×K);

Точка на топене при налягане 11 GPa – 3700-4000 градуса по Целзий;

Плътност – 3,47-3,55 g/cm3;

Коефициент на пречупване – 2.417-2.419.

Диамантът в превод от старогръцки означава „неразрушим“, но учените са открили още 9 елемента, които го превъзхождат по сила. Въпреки безкрайното съществуване на диаманта в обикновена среда, когато висока температураи инертен газ може да се превърне в графит. Диамантът е стандартният елемент (по скалата на Моос), който има една от най-високите стойности на твърдост. За него, както и за мнозина скъпоценни камъни, се характеризира с луминесценция, което му позволява да блести при излагане на слънчева светлина.

Устойчивите материали имат широка гама от приложения. Има не само най-твърдия метал, но и най-твърдото и издръжливо дърво, както и най-издръжливите изкуствено създадени материали.

Къде се използват най-издръжливите материали?

Якостта на опън на това електропроводимо влакно е три пъти по-висока от тази на мрежата на кълбовиден паяк. Полученият материал се използва за направата на свръхлеки бронежилетки и спортно оборудване. Името на друг издръжлив материал е ONNEX, създаден по поръчка на Министерството на отбраната на САЩ. В допълнение към използването му в производството на бронежилетки, нов материалможе да се използва и в системи за управление на полета, сензори, двигатели.

Има технология, разработена от учени, благодарение на която чрез трансформация на аерогелове се получават здрави, твърди, прозрачни и леки материали. Въз основа на тях е възможно да се произвеждат леки бронежилетки, броня за танкове и издръжливи строителни материали.

Учени от Новосибирск са изобретили плазмен реактор на нов принцип, благодарение на който е възможно да се произвеждат нанотубулени - ултраздрави изкуствен материал. Този материал е открит преди двадесет години. Това е маса с еластична консистенция. Състои се от плексуси, които не се виждат с просто око. Дебелината на стените на тези плексуси е един атом.

Фактът, че атомите изглежда са вложени един в друг според принципа на „руската кукла“, прави нанотубулена най-издръжливия материал от всички известни. Когато този материал се добави към бетон, метал и пластмаса, тяхната здравина и електрическа проводимост значително се подобряват. Нанотубуленът ще помогне да се направят колите и самолетите по-издръжливи. Ако новият материал влезе в широко производство, тогава пътищата, къщите и оборудването могат да станат много издръжливи. Ще бъде много трудно да ги унищожите. Нанотубуленът все още не е въведен в широко производство поради много високата му цена. Новосибирските учени обаче успяха значително да намалят цената на този материал. Сега нанотубуленът може да се произвежда не в килограми, а в тонове.

Най-твърдият метал

Този метал се използва в промишлеността, топене на хромирана стомана, нихром и др. Използва се за антикорозионна и декоративни покрития. Каменните метеорити, падащи на Земята, са много богати на хром.

Най-издръжливото дърво

Дървото е един път и половина по-здраво от чугуна, а якостта му на огъване е приблизително равна на тази на желязото. Поради тези свойства желязната бреза понякога може да замени метала, тъй като това дърво не е подложено на корозия и гниене. Корпусът на кораб, изработен от желязна бреза, дори не се нуждае от боядисване, корабът няма да бъде унищожен от корозия и също така не се страхува от киселини.

Брезата на Шмид не може да бъде пробита от куршум, не можете да я отсечете с брадва. От всички брези на нашата планета желязната бреза е най-дълголетната - тя живее четиристотин години. Местообитанието му е природният резерват Кедровая пад. Това е рядък защитен вид, включен в Червената книга. Ако не беше такава рядкост, ултраздравата дървесина на това дърво можеше да се използва навсякъде.

Но най-високите дървета в света, секвоите, не са много издръжлив материал.

Най-здравият материал във Вселената

Графенът скоро ще напусне научните лаборатории. Всички учени в света днес говорят за неговите уникални свойства. Така че няколко грама материал ще бъдат достатъчни, за да покрият цял ​​футболен терен. Графенът е много гъвкав и може да се сгъва, огъва или навива.

Възможни области на неговото използване: слънчеви панели, мобилни телефони, сензорни екрани, супер бързи компютърни чипове.
Абонирайте се за нашия канал в Yandex.Zen

В момента осмият се определя като най-тежкото вещество на планетата. Само един кубичен сантиметър от това вещество тежи 22,6 грама. Открито е през 1804 г. от английския химик Смитсън Тенант; когато златото се разтваря в епруветка, остава утайка. Това се дължи на особеностите на осмия, той е неразтворим в основи и киселини.

Най-тежкият елемент на планетата

Това е синкаво-бял метален прах. В природата се среща в седем изотопа, шест от които са стабилни и един е нестабилен. Той е малко по-плътен от иридий, който има плътност от 22,4 грама на кубичен сантиметър. От откритите до момента материали най-тежкото вещество в света е осмият.

Принадлежи към групата на лантановите, итриевите, скандиевите и други лантаниди.

По-скъпи от злато и диаманти

Много малко от него се добива, около десет хиляди килограма годишно. Дори най-големият източник на осмий, находището Джезказган, съдържа около три десетмилионни части. Пазарната стойност на редкия метал в света достига около 200 хиляди долара за грам. Освен това максималната чистота на елемента по време на процеса на пречистване е около седемдесет процента.

Въпреки че руските лаборатории успяха да получат чистота от 90,4 процента, количеството метал не надвишава няколко милиграма.

Плътност на материята извън планетата Земя

Осмият несъмнено е лидер сред най-тежките елементи на нашата планета. Но ако насочим погледа си към пространството, тогава вниманието ни ще разкрие много вещества, по-тежки от нашия „цар“ на тежките елементи.

Факт е, че във Вселената има условия, малко по-различни от тези на Земята. Гравитацията на серията е толкова голяма, че веществото става невероятно плътно.

Ако разгледаме структурата на атома, ще открием, че разстоянията в междуатомния свят донякъде напомнят пространството, което виждаме. Където планети, звезди и други са на доста голямо разстояние. Останалото е заето от празнота. Точно такава структура имат атомите и при силна гравитация това разстояние намалява доста значително. До „пресоването“ на едни елементарни частици в други.

Неутронните звезди са свръхплътни космически обекти

Като търсим извън нашата Земя, може да открием най-тежката материя в космоса в неутронните звезди.

Това са доста уникални космически обитатели, един от възможните видове звездна еволюция. Диаметърът на такива обекти варира от 10 до 200 километра, с маса, равна на нашето Слънце или 2-3 пъти повече.

Това космическо тяло се състои главно от неутронно ядро, което се състои от течащи неутрони. Въпреки че според предположенията на някои учени трябва да е в в твърдо състояние, днес няма надеждна информация. Известно е обаче, че именно неутронните звезди, достигайки границата на компресия, впоследствие се превръщат в колосално освобождаване на енергия от порядъка на 10 43 -10 45 джаула.

Плътността на такава звезда е сравнима например с теглото на връх Еверест, поставен в Кибритена кутия. Това са стотици милиарди тонове в един кубичен милиметър. Например, за да стане по-ясно колко висока е плътността на материята, нека вземем нашата планета с маса от 5,9 × 1024 kg и я „превърнем“ в неутронна звезда.

В резултат на това, за да се изравни плътността неутронна звезда, трябва да се намали до размера на обикновена ябълка, с диаметър 7-10 сантиметра. Плътността на уникалните звездни обекти се увеличава, докато се придвижвате към центъра.

Слоеве и плътност на материята

Външният слой на звездата е представен под формата на магнитосфера. Непосредствено под него плътността на веществото вече достига около един тон на кубичен сантиметър. Предвид познанията ни за Земята, на този момент, това е най-тежкото вещество от откритите елементи. Но не бързайте със заключенията.

Нека продължим нашето изследване на уникалните звезди. Те се наричат ​​още пулсари, защото висока скороствъртене около оста си. Този индикатор за различни обекти варира от няколко десетки до стотици обороти в секунда.

Нека продължим по-нататък в изследването на свръхплътността космически тела. Това е последвано от слой, който има характеристиките на метал, но вероятно е подобен по поведение и структура. Кристалите са много по-малки, отколкото виждаме кристална решеткаЗемни вещества. За да изградите линия от кристали от 1 сантиметър, ще трябва да подредите повече от 10 милиарда елемента. Плътността в този слой е един милион пъти по-висока от тази във външния слой. Това не е най-тежкият материал в звездата. Следва слой, богат на неутрони, чиято плътност е хиляди пъти по-висока от предишния.

Ядрото на неутронната звезда и неговата плътност

Отдолу е ядрото, тук плътността достига своя максимум - два пъти по-висока от горния слой. Основна материя небесно тялосе състои от всички елементарни частици, известни на физиката. С това стигнахме до края на пътуването до ядрото на една звезда в търсене на най-тежкото вещество в космоса.

Мисията за търсене на уникални по плътност вещества във Вселената изглежда е завършена. Но космосът е пълен с мистерии и неоткрити явления, звезди, факти и закономерности.

Черни дупки във Вселената

Трябва да обърнете внимание на това, което вече е отворено днес. Това са черни дупки. Може би това са тези мистериозни предметиможе да са претенденти, че най-тежката материя във Вселената е техният компонент. Имайте предвид, че гравитацията на черните дупки е толкова силна, че светлината не може да избяга.

Според учените материята, привлечена в пространство-времевата област, става толкова плътна, че пространствата между елементарни частицине остава.

За съжаление, отвъд хоризонта на събитията (така наречената граница, където светлината и всеки обект под въздействието на гравитацията не могат да напуснат Черна дупка) следват нашите предположения и косвени предположения, базирани на емисиите на потоци от частици.

Редица учени предполагат, че пространството и времето се смесват отвъд хоризонта на събитията. Има мнение, че те може да са "преход" към друга Вселена. Може би това е вярно, въпреки че е напълно възможно отвъд тези граници да се отвори друго пространство с напълно нови закони. Област, където времето разменя „място“ с пространството. Местоположението на бъдещето и миналото се определя просто от избора на следване. Като нашия избор да тръгнем надясно или наляво.

Потенциално е възможно във Вселената да има цивилизации, които са усвоили пътуването във времето през черни дупки. Може би в бъдеще хората от планетата Земя ще открият тайната на пътуването във времето.