Najlakši materijal na svijetu 8. januara 2014

Ako pratite najnovije vijesti u svijetu moderne tehnologije, onda ovaj materijal neće biti velika vijest za vas. Međutim, korisno je pobliže pogledati najlakši materijal na svijetu i naučiti još nekoliko detalja.

Prije manje od godinu dana titulu najlakšeg materijala na svijetu dobio je materijal nazvan aerografit. Ali ovaj materijal nije uspio dugo zadržati dlan, već ga je nedavno preuzeo drugi karbonski materijal nazvan grafen aerogel. Kreiran od strane istraživačkog tima iz laboratorije Odsjeka za nauku i tehnologiju polimera Univerziteta Zhejiang pod vodstvom profesora Gao Chaoa, ultra-laki grafen aerogel ima gustinu nešto nižu od gustine helijuma i nešto veću od gustine gasa vodonika.

Aerogele, kao klasu materijala, razvio je i proizveo inženjer i hemičar Samuel Stephens Kistler 1931. godine. Od tada naučnici iz razne organizacije sproveo istraživanje i razvoj takvih materijala, uprkos njihovoj sumnjivoj vrednosti za praktičnu upotrebu. Aerogel koji se sastoji od višeslojnih ugljeničnih nanocevi, nazvanih „zamrznuti dim“ i gustine od 4 mG/cm3, izgubio je titulu najlakšeg materijala 2011. godine, što je prešlo na metalni mikrorešetkasti materijal gustine 0,9 mG/cm3. Godinu dana kasnije, naslov najlakšeg materijala prešao je na karbonski materijal nazvan aerografit, čija je gustina 0,18 mg/cm3.

Novi nosilac titule najlakšeg materijala, grafen aerogel, kreiran od strane tima profesora Chaoa, ima gustinu od 0,16 mg/cm3. Da bi stvorili tako lagan materijal, naučnici su koristili jedan od najnevjerovatnijih i tanki materijali danas - grafen. Koristeći svoje iskustvo u stvaranju mikroskopskih materijala kao što su "jednodimenzionalna" grafenska vlakna i dvodimenzionalne grafenske trake, tim je odlučio dodati još jednu dimenziju dvjema dimenzijama grafena i stvoriti masivni porozni grafenski materijal.

Umjesto metode izrade šablona, ​​koja koristi materijal otapala i koja se obično koristi za izradu raznih aerogela, kineski naučnici su koristili metodu sušenja zamrzavanjem. Sušenje smrzavanjem hladoidne otopine koja se sastoji od tečno punilo i čestice grafena, omogućile su stvaranje porozne spužve na bazi ugljika, čiji je oblik gotovo u potpunosti ponavljao zadati oblik.

„Nema potrebe da koristite šablone; veličina i oblik ultra-lakog karbonskog materijala koji stvaramo zavisi samo od oblika i veličine kontejnera,” kaže profesor Chao. „Količina proizvedenog aerogela zavisi samo od veličine kontejner, čija zapremina se može meriti hiljadama kubnih centimetara.”

Dobijeni grafen aerogel je izuzetno jak i elastičan materijal. Može da apsorbuje organske materijale, uključujući ulje, težine 900 puta veće od sopstvene težine velika brzina apsorpcija. Jedan gram aerogela apsorbira 68,8 grama ulja u samo jednoj sekundi, što ga čini atraktivnim materijalom za upotrebu kao apsorbent za okeansko ulje i naftne derivate.

Osim što služi kao apsorbent ulja, grafen aerogel ima potencijal za upotrebu u sistemima za skladištenje energije, kao katalizator za neke hemijske reakcije i kao punilo za složene kompozitne materijale.

Kineski naučnici razvili su najlakši materijal na svijetu. Njegova težina je toliko mala da se lako oslanja na latice cvijeća.

Materijal se sastoji od grafenskog oksida i liofiliziranog ugljika.Razvijena spužvasta materija grafenskog aerogela teži oko 0,16 mg/cm3, što ovu supstancu čini najlakšim čvrstim materijalom na svijetu.Kao što je poznato, grafen je već donio nobelova nagrada Andrey Geim i Konstantin Novoselov.

Na bazi jedinstvenog materijala Biće napravljena još mnoga naučna otkrića.Bez nečistoća, grafen je dvodimenzionalni kristal i najtanji je materijal koji je napravio čovek na zemlji.Potrebno je složiti 3 miliona listova grafena jedan sa drugim kako bi visina hrpe dostigla 1 milimetar.Uprkos svojoj lakoći, grafen je izuzetno izdržljiv.

Jedan list debeo kao plastična vreća može izdržati težinu slona. Prednosti grafena se tu ne završavaju. Osim snage i lakoće, materijal je prilično fleksibilan. Može se rastegnuti za 20% bez ikakvih oštećenja.Jedno od najnovijih svojstava grafena koje su identifikovali naučnici je sposobnost filtriranja vode, zadržavanja raznih tečnosti i gasova.

Najlakši i izuzetno izdržljivi materijali nazivaju se budućnošću građevinarstva. Ovi materijali će pomoći u stvaranju energetski efikasnijih i ekološki prihvatljivijih objekata u svim područjima života ljudi - od medicinskih tehnologija do transporta.

Među mnogima inovativni materijali, koji su ne tako davno izgledali samo naučna fantastika, posebno su napredni i obećavajući:

3D grafen

Napravljen od čistog ugljika, ovaj ultratanki grafen se smatra jednim od najjačih materijala na Zemlji. Ali nedavno su istraživači sa MIT-a uspjeli transformirati dvodimenzionalni grafen u trodimenzionalnu strukturu. Stvorili su novi materijal spužvaste strukture. Gustoća 3D grafena je samo 5 posto od čelika, ali je zbog svoje posebne strukture 10 puta jači od čelika.

Prema kreatorima, 3D grafen ima veliki potencijal za upotrebu u mnogim poljima.

Što se tiče tehnologije izrade, može se primijeniti na druge materijale, od polimera do konstrukcijski beton. Ovo ne samo da će proizvesti strukture koje su jače i lakše, već će imati i povećana izolacijska svojstva. Osim toga, porozne strukture se mogu koristiti u sistemima za filtriranje vode ili otpada iz hemijskih postrojenja.

Carbin

Prošlog proljeća, tim austrijskih istraživača uspješno je sintetizirao Carbyne, oblik ugljika koji je najjači poznati materijal i čak superiorniji od grafena.

Carbyne se sastoji od jednodimenzionalnog lanca atoma ugljika koji je kemijski reaktivan, što ga čini vrlo teškim za sintetizaciju. Vjeruje se da je nesavitljivi materijal dvostruko jači od karbonskih nanocijevi. Carbyne se može koristiti u nanomehanici, nano- i mikroelektronici.

Aerografit

Napravljen od mreže poroznih ugljeničnih cijevi, airgrafit je sintetička pjena. To je jedan od najlakših konstrukcijskih materijala ikada stvorenih. Aerografit su razvili istraživači sa Univerziteta Kiel i Technical University Hamburg. Aerografit se može proizvoditi u razne forme, njegova gustina je samo 180 g/m 3, što je 75 puta lakše od ekspandiranog polistirena. Ovaj materijal se može koristiti u elektrodama litijum-jonskih baterija kako bi se smanjila njihova težina.

Airbrush

Poznat je i kao grafen aerogel lagani materijal sa gustinom od samo 0,16 mlg/cm 3, što je 7,5 puta manje od gustine vazduha. Osim toga, vrlo je elastičan materijal i može apsorbirati i do 900 puta više ulja i vode nego što je težak. Ovo svojstvo airgrafena je veoma važno: moći će da apsorbuje izlivene nafte u okeanima.

Ima slična svojstva, što već testiraju istraživači iz Argonnea.

Pretplatite se na stranicu

Ljudi, uložili smo dušu u stranicu. Hvala vam na tome
da otkrivaš ovu lepotu. Hvala na inspiraciji i naježim se.
Pridružite nam se Facebook I U kontaktu sa

Definicija čvrstoće označava sposobnost materijala da ne podlegnu razaranju kao rezultatu utjecaja vanjskih sila i faktora koji dovode do unutrašnjeg naprezanja. Materijali visoke čvrstoće imaju široku primjenu. U prirodi ne postoje samo tvrdi metali i izdržljive vrste drveta, već i umjetno stvoreni materijali visoke čvrstoće. Mnogi ljudi su uvjereni u to najviše izdržljiv materijal u svijetu je to dijamant, ali da li je zaista tako?

Opće informacije:

Datum otvaranja: početak 60-ih;

Otkrivači - Sladkov, Kudryavtsev, Korshak, Kasatkin;

Gustina – 1,9-2 g/cm3.

Nedavno su naučnici iz Austrije završili rad na uspostavljanju održive proizvodnje karbina, alotropnog oblika ugljenika zasnovanog na sp-hibridizaciji atoma ugljenika. Njegovi pokazatelji čvrstoće su 40 puta veći od onih kod dijamanta. Informacija o tome objavljena je u jednom od brojeva naučnog štampanog časopisa „Materijal prirode“.

Nakon pažljivog proučavanja njegovih svojstava, naučnici su objasnili da se njegova snaga ne može porediti sa bilo kojim ranije otkrivenim i proučavanim materijalom. Međutim, proizvodni proces je naišao na značajne poteškoće: struktura karbina se formira od atoma ugljika skupljenih u duge lance, zbog čega se počinje raspadati tokom procesa proizvodnje.

Kako bi otklonili identificirani problem, fizičari sa javnog univerziteta u Beču stvorili su poseban zaštitni premaz u kojem je sintetiziran karbin. As zaštitni premaz korišćeni su slojevi grafena, stavljeni jedan na drugi i umotani u "termos". Dok su fizičari naporno radili da postignu stabilne forme, otkrili su da na električna svojstva materijala utiče dužina atomskog lanca.

Istraživači nisu naučili kako da izvuku karbin iz zaštitnog premaza bez oštećenja, pa se proučavanje novog materijala nastavlja, naučnici se vode samo relativnom stabilnošću atomskih lanaca.

Carbyne je malo proučena alotropska modifikacija ugljika, čiji su otkrivači bili sovjetski hemičari: A.M. Sladkov, Yu.P. Kudryavtsev, V.V. Korshak i V.I. Kasatochkin. Informacije o rezultatu eksperimenta sa Detaljan opis otkriće materijala 1967. godine pojavilo se na stranicama jednog od najvećih naučnih časopisa - "Izvještaji Akademije nauka SSSR-a". 15 godina kasnije, u američkom naučnom časopisu Science pojavio se članak koji je doveo u sumnju rezultate sovjetskih hemičara. Pokazalo se da bi signali koji se pripisuju malo proučenoj alotropskoj modifikaciji ugljika mogli biti povezani s prisustvom silikatnih nečistoća. Tokom godina, slični signali su otkriveni u međuzvjezdanom prostoru.

Opće informacije:

Otkrivači – Geim, Novoselov;

Toplotna provodljivost – 1 TPa.

Grafen je dvodimenzionalna alotropska modifikacija ugljika u kojoj su atomi spojeni u heksagonalnu rešetku. Uprkos visokoj čvrstoći grafena, debljina njegovog sloja je 1 atom.

Otkrivači materijala bili su ruski fizičari Andrej Gejm i Konstantin Novoselov. Naučnici nisu dobili finansijsku podršku u svojoj zemlji i odlučili su da se presele u Holandiju i Ujedinjeno Kraljevstvo Velike Britanije i Sjeverne Irske. Naučnici su 2010. godine dobili Nobelovu nagradu.

Na listu grafena čija je površina jednaka jedan kvadratnom metru, a debljina je jedan atom, predmeti teški do četiri kilograma mogu se slobodno držati. Osim što je vrlo izdržljiv materijal, grafen je i vrlo fleksibilan. U budućnosti, od materijala s takvim karakteristikama bit će moguće tkati niti i druge strukture užadi koje nisu inferiorne čvrstoće od debelog čeličnog užeta. Pod određenim uvjetima, materijal koji su otkrili ruski fizičari može se nositi s oštećenjem kristalne strukture.

Opće informacije:

Godina otvaranja: 1967;

Boja – smeđe-žuta;

Izmjerena gustina – 3,2 g/cm3;

Tvrdoća – 7-8 jedinica po Mohsovoj skali.

Struktura lonsdaleita, otkrivenog u meteoritskom krateru, slična je dijamantu; oba materijala su alotropske modifikacije ugljika. Najvjerovatnije se kao rezultat eksplozije grafit, koji je jedna od komponenti meteorita, pretvorio u lonsdaleit. U vrijeme otkrića materijala, naučnici nisu primijetili visoku razinu tvrdoće, međutim, dokazano je da, ako u njemu nema nečistoća, neće biti ni na koji način inferioran visoka tvrdoća dijamant

Opće informacije o borovom nitridu:

Gustina – 2,18 g/cm3;

Tačka topljenja – 2973 stepeni Celzijusa;

Kristalna struktura – heksagonalna rešetka;

Toplotna provodljivost – 400 W/(m×K);

Tvrdoća – manje od 10 jedinica po Mohsovoj skali.

Glavne razlike između wurtzit bor nitrida, koji je spoj bora i dušika, su termička i hemijska otpornost i otpornost na vatru. Materijal može imati različite kristalne oblike. Na primjer, grafit je najmekši, ali istovremeno i stabilan, koristi se u kozmetologiji. Struktura sfalerita u kristalna rešetka sličan dijamantima, ali inferiorniji u pogledu mekoće, dok ima bolju hemijsku i termičku otpornost. Ovakva svojstva wurtzit bor nitrida omogućavaju njegovu upotrebu u opremi za visokotemperaturne procese.

Opće informacije:

Tvrdoća – 1000 H/m2;

Čvrstoća – 4 Gn/m2;

Godina otkrića metalnog stakla bila je 1960.

Metalno staklo je materijal visoke tvrdoće i neuređene strukture na atomskom nivou. Glavna razlika između strukture metalnog stakla i običnog stakla je njegova visoka električna provodljivost. Takvi materijali nastaju kao rezultat reakcije u čvrstom stanju, brzog hlađenja ili ionskog zračenja. Naučnici su naučili da pronađu amorfne metale, čija je čvrstoća 3 puta veća od čvrstine čeličnih legura.

Opće informacije:

Granica elastičnosti – 1500 MPa;

KCU – 0,4-0,6 MJ/m2.

Opće informacije:

Čvrstoća na udar KST – 0,25-0,3 MJ/m2;

Granica elastičnosti – 1500 MPa;

KCU – 0,4-0,6 MJ/m2.

Maraging čelici su legure željeza koje imaju visoku udarnu čvrstoću bez gubitka duktilnosti. Uprkos ovim karakteristikama, materijal se ne drži oštrica. Legure dobivene toplinskom obradom su tvari s niskim udjelom ugljika koje svoju snagu preuzimaju od intermetalnih spojeva. Legura sadrži nikl, kobalt i druge elemente koji formiraju karbide. Ova vrsta visokolegiranog čelika visoke čvrstoće se lako obrađuje, zbog niskog sadržaja ugljika u svom sastavu. Materijal sa takvim karakteristikama našao je primenu u vazduhoplovstvu, koristi se kao premaz za kućišta raketa.

Osmijum

Opće informacije:

Godina otvaranja – 1803;

Struktura rešetke je heksagonalna;

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

Tačka topljenja – 3306 K.

Sjajni, plavičasto-bijeli metal visoke čvrstoće pripada grupi platine. Osmijum, koji ima veliku atomsku gustinu, izuzetnu vatrostalnost, krhkost, veliku čvrstoću, tvrdoću i otpornost na mehanička opterećenja i agresivne uticaje okruženje, ima široku primenu u hirurgiji, instrumentaciji, hemijskoj industriji, elektronskoj mikroskopiji, raketnoj i elektronskoj opremi.

Opće informacije:

Gustina – 1,3-2,1 t/m3;

Čvrstoća karbonskih vlakana je 0,5-1 GPa;

Modul elastičnosti karbonskih vlakana visoke čvrstoće je 215 GPa.

Ugljik-ugljični kompoziti su materijali koji se sastoje od karbonske matrice, koja je zauzvrat ojačana karbonskim vlaknima. Glavne karakteristike kompozita su visoka čvrstoća, fleksibilnost i udarna čvrstoća. Struktura kompozitnih materijala može biti jednosmjerna ili trodimenzionalna. Zbog ovih kvaliteta, kompoziti se široko koriste u raznim oblastima, uključujući vazduhoplovnu industriju.

Opće informacije:

Zvanična godina otkrića pauka je 2010.;

>Udarna čvrstoća mreže je 350 MJ/m3.

Prvi put je pauk koji plete ogromne mreže otkriven u blizini Afrike, na ostrvskoj državi Madagaskar. Ova vrsta pauka službeno je otkrivena 2010. godine. Naučnike su prvenstveno zanimale mreže koje su tkali artropodi. Prečnik krugova na potpornom navoju može doseći i do dva metra. Snaga Darwinove mreže premašuje onu sintetičkog kevlara koji se koristi u zrakoplovnoj i automobilskoj industriji.

Opće informacije:

Toplotna provodljivost – 900-2300 W/(m×K);

Tačka topljenja pri pritisku od 11 GPa – 3700-4000 stepeni Celzijusa;

Gustina – 3,47-3,55 g/cm3;

Indeks loma – 2,417-2,419.

Dijamant, u prevodu sa starogrčkog, znači "neuništiv", ali naučnici su otkrili još 9 elemenata koji su superiorniji od njega u pogledu snage. Uprkos beskrajnom postojanju dijamanta u običnom okruženju, kada visoke temperature i inertnog gasa može se pretvoriti u grafit. Dijamant je standardni element (na Mohsovoj skali), koji ima jednu od najvećih vrijednosti tvrdoće. Za njega, kao i za mnoge drago kamenje, odlikuje se luminiscencijom, omogućavajući joj da sija kada je izložen sunčevoj svjetlosti.

Izdržljivi materijali imaju široku primjenu.

U kontaktu sa

Drugovi iz razreda

Ne postoji samo najtvrđi metal, već i najtvrđe i najtrajnije drvo, kao i najizdržljiviji umjetno stvoreni materijali.

Gdje se koriste najtrajniji materijali?

Materijali za teške uslove rada koriste se u mnogim područjima života. Tako su kemičari u Irskoj i Americi razvili tehnologiju kojom se proizvode izdržljiva tekstilna vlakna.

Nit ovog materijala ima prečnik od pedeset mikrometara. Napravljen je od desetina miliona nanocevi, koje su međusobno povezane pomoću polimera.

Vlačna čvrstoća ovog električno vodljivog vlakna je tri puta veća od vlačne čvrstoće mreže pauka koji plete kugle. Dobijeni materijal se koristi za izradu ultralakih pancira i sportske opreme.

Naziv drugog izdržljivog materijala je ONNEX, kreiran po nalogu Ministarstva odbrane SAD. Pored upotrebe u proizvodnji pancira, novi materijal se može koristiti i u sistemima kontrole leta, senzorima i motorima.

Postoji tehnologija koju su razvili naučnici, zahvaljujući kojoj se transformacijom aerogela dobijaju jaki, tvrdi, prozirni i lagani materijali.

Na temelju njih moguće je proizvesti lagani oklop za tijelo, oklop za tenkove i izdržljiv Građevinski materijali. Novosibirski naučnici izmislili su plazma reaktor novog principa, zahvaljujući kojem je moguće proizvesti nanotubulen, super-jak vještački materijal.

Ovaj materijal je otkriven prije dvadeset godina. To je masa elastične konzistencije. Sastoji se od pleksusa koji se ne mogu vidjeti golim okom. Debljina zidova ovih pleksusa je jedan atom.

Činjenica da se čini da su atomi ugniježđeni jedan u drugi prema principu "ruske lutke" čini nanotubulen najtrajnijim materijalom od svih poznatih.

Kada se ovaj materijal doda u beton, metal i plastiku, njihova čvrstoća i električna provodljivost se značajno povećavaju. Nanotubulen će pomoći da automobili i avioni budu izdržljiviji. Ako novi materijal dođe u široku proizvodnju, tada putevi, kuće i oprema mogu postati vrlo izdržljivi.

Biće ih veoma teško uništiti. Nanotubulen još nije uveden u široku proizvodnju zbog svoje visoke cijene. Međutim, novosibirski naučnici uspjeli su značajno smanjiti cijenu ovog materijala. Sada se nanotubulen može proizvoditi ne u kilogramima, već u tonama.

Najtvrđi metal

Od svih poznatih metala, hrom je najtvrđi, ali njegova tvrdoća u velikoj mjeri ovisi o njegovoj čistoći. Njegova svojstva su otpornost na koroziju, otpornost na toplinu i vatrostalnost. Hrom je metal bjelkasto-plave nijanse. Njegova tvrdoća po Brinellu je 70-90 kgf/cm2.

Sama tačka topljenja tvrdi metal– hiljadu devetsto sedam stepeni Celzijusa sa gustinom od sedam hiljada dvesta kg/m3.

Ovaj metal je unutra zemljine kore u iznosu od 0,02 posto, što je dosta. Obično se nalazi u obliku hrom-gvozdene rude. Krom se vadi iz silikatnih stijena.

Ovaj metal se koristi u industriji, taljenju kromiranog čelika, nihroma i tako dalje. Koristi se za zaštitu od korozije i dekorativni premazi. Kameni meteoriti koji padaju na Zemlju veoma su bogati hromom.

Najviše izdržljivo drvo

Postoji drvo koje je jače od livenog gvožđa i može se uporediti sa čvrstoćom gvožđa. Govorimo o „Šmitovoj brezi“. Naziva se i gvozdena breza. Čovjek ne poznaje jače drvo od ovoga. Otkrio ga je ruski botaničar po imenu Šmit dok je bio na Dalekom istoku.

Zbog ovih svojstava, gvozdena breza ponekad može zameniti metal, jer ovo drvo nije podložno koroziji i truljenju. Trup broda od željezne breze ne treba čak ni farbati, brod neće biti uništen od korozije, a ne boji se ni kiselina.

Šmitova breza se ne može probiti metkom, ne možete je sasjeći sjekirom. Od svih breza na našoj planeti, gvozdena breza je najdugovječnija - živi četiri stotine godina.

Njegovo stanište je rezervat prirode Kedrovaya Pad. Ovo je rijetka zaštićena vrsta koja je uvrštena u Crvenu knjigu. Da nije takve rijetkosti, ultra-čvrsto drvo ovog drveta moglo bi se koristiti svuda.

A evo ih najviše visoka stabla U svijetu sekvoje nisu baš izdržljiv materijal. Ali, prema uznayvse.ru, mogu narasti do 150 metara u visinu.

Najjači materijal u svemiru

Najizdržljiviji i istovremeno lagani materijal našeg univerzuma je grafen. Ovo je ugljična ploča, čija je debljina samo jedan atom, ali je jača od dijamanta, a električna provodljivost je stotinu puta veća od silicija kompjuterskih čipova.