Wenn Sie die neuesten Entwicklungen in der Welt der modernen Technologie verfolgen, wird dieses Material keine große Neuigkeit für Sie sein. Es ist jedoch sinnvoll, sich das leichteste Material der Welt genauer anzusehen und ein paar weitere Details zu erfahren.

Vor weniger als einem Jahr wurde der Titel des leichtesten Materials der Welt einem Material namens Aerographit verliehen. Doch dieses Material schaffte es nicht lange, die Handfläche zu halten; es wurde kürzlich von einem anderen Kohlenstoffmaterial namens Graphen-Aerogel übernommen. Das ultraleichte Graphen-Aerogel wurde von einem Forschungsteam des Labors der Abteilung für Polymerwissenschaft und -technologie der Zhejiang-Universität unter der Leitung von Professor Gao Chao entwickelt und hat eine Dichte, die etwas geringer als die von Heliumgas und etwas höher als die von Wasserstoffgas ist.

Aerogele als Materialklasse wurden 1931 vom Ingenieur und Chemiker Samuel Stephens Kistler entwickelt und hergestellt. Seitdem erforschen und entwickeln Wissenschaftler verschiedener Organisationen solche Materialien, obwohl ihr praktischer Nutzen zweifelhaft ist. Seinen Titel als am meisten verlor ein Aerogel, das aus mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren besteht, „Frozen Smoke“ genannt wird und eine Dichte von 4 mg/cm3 hat leichtes Material im Jahr 2011, die auf ein metallisches Mikrogittermaterial mit einer Dichte von 0,9 mG/cm3 umstieg. Und ein Jahr später ging der Titel des leichtesten Materials an ein Kohlenstoffmaterial namens Aerographit über, dessen Dichte 0,18 mg/cm3 beträgt.

Der neue Träger des Titels „Leichtestes Material“, Graphen-Aerogel, entwickelt vom Team von Professor Chaos, hat eine Dichte von 0,16 mg/cm3. Um solch ein leichtes Material herzustellen, verwendeten Wissenschaftler eines der erstaunlichsten und erstaunlichsten dünne Materialien heute - Graphen. Das Team nutzte seine Erfahrung bei der Herstellung mikroskopischer Materialien wie „eindimensionaler“ Graphenfasern und zweidimensionaler Graphenbänder und beschloss, den zwei Dimensionen von Graphen eine weitere Dimension hinzuzufügen und dreidimensionales poröses Graphen zu schaffen. Neues Material.

Anstelle der Schablonenherstellungsmethode, bei der ein Lösungsmittelmaterial zum Einsatz kommt und die normalerweise zur Herstellung verschiedener Aerogele verwendet wird, verwendeten die chinesischen Wissenschaftler eine Gefriertrocknungsmethode. Gefriertrocknung einer Cooloidlösung bestehend aus flüssiger Füllstoff und Graphenpartikel ermöglichten die Herstellung eines porösen Schwamms auf Kohlenstoffbasis, dessen Form die vorgegebene Form fast vollständig wiederholte.

„Es besteht keine Notwendigkeit, Schablonen zu verwenden; die Größe und Form des ultraleichten Kohlenstoffmaterials, das wir herstellen, hängt nur von der Form und Größe des Behälters ab“, sagt Professor Chao. „Die Menge des produzierten Aerogels hängt nur von der Größe des Behälters ab.“ der Behälter, der ein Volumen von Tausenden Kubikzentimetern haben kann.“

Das resultierende Graphen-Aerogel ist ein extrem starkes und elastisches Material. Es kann organische Stoffe, einschließlich Öl, mit einem Gewicht von dem 900-fachen seines Eigengewichts aufnehmen hohe Geschwindigkeit Absorption. Ein Gramm Aerogel absorbiert 68,8 Gramm Öl in nur einer Sekunde, was es zu einem attraktiven Material für die Verwendung als Absorptionsmittel für Meeresöl und Erdölprodukte macht.

Graphen-Aerogel dient nicht nur als Ölabsorber, sondern kann auch in Energiespeichersystemen, als Katalysator für bestimmte chemische Reaktionen und als Füllstoff für komplexe Verbundmaterialien eingesetzt werden.

Jeder von Ihnen weiß, dass Diamant auch heute noch der Härtestandard ist. Bei der Bestimmung der mechanischen Härte von auf der Erde vorkommenden Materialien wird die Härte von Diamant als Maßstab herangezogen: bei Messung nach der Mohs-Methode – in Form einer Oberflächenprobe, nach der Vickers- oder Rockwell-Methode – als Eindringkörper (sowie mehr). solide bei der Untersuchung eines Körpers mit geringerer Härte). Heutzutage gibt es mehrere Materialien, deren Härte den Eigenschaften von Diamant nahe kommt.

Vergleichen Sie in diesem Fall Originalmaterialien, basierend auf ihrer Mikrohärte nach der Vickers-Methode, wenn das Material bei Werten von mehr als 40 GPa als superhart gilt. Die Härte von Materialien kann je nach den Eigenschaften der Probensynthese oder der Richtung der auf sie ausgeübten Belastung variieren.

Schwankungen der Härtewerte von 70 bis 150 GPa sind ein allgemein anerkannter Begriff für feste Werkstoffe, wobei 115 GPa als Referenzwert gelten. Schauen wir uns die 10 härtesten Materialien außer Diamant an, die in der Natur vorkommen.

10. Borsuboxid (B 6 O) – Härte bis 45 GPa

Borsuboxid hat die Fähigkeit, ikosaederförmige Körner zu erzeugen. Bei den gebildeten Körnern handelt es sich nicht um isolierte Kristalle oder Varianten von Quasikristallen, sondern um eigenartige Zwillingskristalle, die aus zwei Dutzend gepaarten tetraedrischen Kristallen bestehen.

10. Rheniumdiborid (ReB 2) – Härte 48 GPa

Viele Forscher fragen sich, ob dieses Material als superhartes Material eingestuft werden kann. Dies ist auf die sehr ungewöhnlichen mechanischen Eigenschaften der Verbindung zurückzuführen.

Der schichtweise Wechsel verschiedener Atome macht dieses Material anisotrop. Daher sind Härtemessungen unterschiedlich, wenn verschiedene Arten von Kristallebenen vorhanden sind. So ergaben Tests von Rheniumdiborid bei geringer Belastung eine Härte von 48 GPa, mit zunehmender Belastung wird die Härte deutlich geringer und liegt bei etwa 22 GPa.

8. Magnesiumaluminiumborid (AlMgB 14) – Härte bis 51 GPa

Die Zusammensetzung ist eine Mischung aus Aluminium, Magnesium, Bor mit geringer Gleitreibung sowie hohe Härte. Diese Eigenschaften könnten ein Segen für die Produktion moderner Maschinen und Mechanismen sein, die ohne Schmierung arbeiten. Allerdings gilt die Verwendung des Materials in dieser Variante immer noch als unerschwinglich teuer.

AlMgB14 – spezielle Dünnfilme, die durch gepulste Laserabscheidung hergestellt werden, können eine Mikrohärte von bis zu 51 GPa erreichen.

7. Bor-Kohlenstoff-Silizium – Härte bis 70 GPa

Die Basis einer solchen Verbindung verleiht der Legierung Eigenschaften, die eine optimale Beständigkeit erfordern chemische Einflüsse negativer Typ und hohe Temperatur. Dieses Material verfügt über eine Mikrohärte von bis zu 70 GPa.

6. Borcarbid B 4 C (B 12 C 3) – Härte bis 72 GPa

Ein weiteres Material ist Borcarbid. Der Stoff wird mittlerweile recht aktiv eingesetzt verschiedene Bereiche Industrie fast unmittelbar nach ihrer Erfindung im 18. Jahrhundert.

Die Mikrohärte des Materials erreicht 49 GPa, es wurde jedoch nachgewiesen, dass dieser Wert durch die Zugabe von Argonionen zur Struktur des Kristallgitters erhöht werden kann – bis zu 72 GPa.

5. Kohlenstoff-Bornitrid – Härte bis zu 76 GPa

Forscher und Wissenschaftler auf der ganzen Welt versuchen seit langem, komplexe superharte Materialien zu synthetisieren und haben bereits greifbare Ergebnisse erzielt. Die Bestandteile der Verbindung sind Bor-, Kohlenstoff- und Stickstoffatome – ähnlich groß. Die qualitative Härte des Materials erreicht 76 GPa.

4. Nanostrukturierter Cubonit – Härte bis 108 GPa

Das Material wird auch Kingsongit, Borazon oder Elbor genannt und verfügt zudem über einzigartige Eigenschaften, die in der modernen Industrie erfolgreich eingesetzt werden. Bei Cubonit-Härtewerten von 80–90 GPa, die nahe am Diamantstandard liegen, kann die Kraft des Hall-Petch-Gesetzes zu einem deutlichen Anstieg führen.

Dies bedeutet, dass mit abnehmender Größe der kristallinen Körner die Härte des Materials zunimmt – es gibt bestimmte Möglichkeiten, sie auf bis zu 108 GPa zu erhöhen.

3. Wurtzit-Bornitrid – Härte bis 114 GPa

Die Wurtzit-Kristallstruktur verleiht diesem Material eine hohe Härte. Bei lokalen Strukturveränderungen kommt es bei der Einwirkung einer bestimmten Belastungsart zu einer Neuverteilung der Bindungen zwischen Atomen im Stoffgitter. In diesem Moment erhöht sich die Qualitätshärte des Materials um 78 %.

Lonsdaleit ist eine allotrope Modifikation des Kohlenstoffs und weist eine deutliche Ähnlichkeit mit Diamant auf. Festkörper erkannt natürliches Material befand sich in einem Meteoritenkrater, der aus Graphit gebildet war – einem der Bestandteile des Meteoriten, der jedoch keine Rekordstärke aufwies.

Wissenschaftler haben bereits 2009 bewiesen, dass das Fehlen von Verunreinigungen zu einer Härte führen kann, die über der von Diamant liegt. Dabei können wie beim Wurtzit-Bornitrid hohe Härtewerte erreicht werden.

Polymerisierter Fullerit gilt heutzutage als das härteste Material, das der Wissenschaft bekannt ist. Hierbei handelt es sich um einen strukturierten Molekülkristall, dessen Knoten aus ganzen Molekülen und nicht aus einzelnen Atomen bestehen.

Fullerit hat eine Härte von bis zu 310 GPa und kann eine Diamantoberfläche wie normaler Kunststoff zerkratzen. Wie Sie sehen, ist Diamant nicht mehr das härteste Naturmaterial der Welt; der Wissenschaft stehen härtere Verbindungen zur Verfügung.

Bisher sind dies die härtesten Materialien der Erde, die der Wissenschaft bekannt sind. Es ist gut möglich, dass uns bald neue Entdeckungen und Durchbrüche auf dem Gebiet der Chemie/Physik erwarten, die es uns ermöglichen, höhere Härten zu erreichen.

Die leichtesten und extrem langlebigen Materialien werden als die Zukunft des Bauens bezeichnet. Diese Materialien werden dazu beitragen, energieeffizientere und umweltfreundlichere Objekte in allen Lebensbereichen der Menschen zu schaffen – von der Medizintechnik bis zum Transport.

Unter den vielen innovative Materialien, die vor nicht allzu langer Zeit nur Science-Fiction schienen, sind besonders fortschrittlich und vielversprechend:

3D-Graphen

Dieses ultradünne Graphen besteht aus reinem Kohlenstoff und gilt als eines der stärksten Materialien der Erde. Doch kürzlich gelang es Forschern am MIT, zweidimensionales Graphen in eine dreidimensionale Struktur umzuwandeln. Sie schufen ein neues Material mit schwammiger Struktur. Die Dichte von 3D-Graphen beträgt nur 5 Prozent der von Stahl, ist aber aufgrund seiner besonderen Struktur zehnmal stärker als Stahl.

Laut den Machern hat 3D-Graphen großes Potenzial für den Einsatz in vielen Bereichen.

Was seine Herstellungstechnologie betrifft, kann es auf andere Materialien angewendet werden, von Polymeren bis hin zu Strukturbeton. Dadurch entstehen nicht nur stärkere und leichtere Strukturen, sondern auch bessere Isoliereigenschaften. Darüber hinaus können poröse Strukturen in Filtersystemen für Wasser oder Abfälle aus Chemiefabriken eingesetzt werden.

Karabiner

Im vergangenen Frühjahr gelang es einem Team österreichischer Forscher, Carbyn zu synthetisieren, eine Kohlenstoffform, die das stärkste bekannte Material und sogar Graphen überlegen ist.

Carbin besteht aus einer eindimensionalen Kette von Kohlenstoffatomen, die chemisch reaktiv ist, was die Synthese sehr schwierig macht. Es wird angenommen, dass das unflexible Material doppelt so stark ist wie Kohlenstoffnanoröhren. Carbin kann in der Nanomechanik, Nano- und Mikroelektronik eingesetzt werden.

Aerographit

Airgraphit ist ein synthetischer Schaum, der aus einem Netzwerk poröser Kohlenstoffröhren besteht. Es ist eines der leichtesten Strukturmaterialien, die jemals hergestellt wurden. Aerographit wurde von Forschern der Universität Kiel entwickelt und Technische Universität Hamburg. Aerographit kann in hergestellt werden verschiedene Formen Seine Dichte beträgt nur 180 g/m 3 und ist damit 75-mal leichter als expandiertes Polystyrol. Dieses Material kann in den Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden, um deren Gewicht zu reduzieren.

Airbrush

Es ist auch als Graphen-Aerogel bekannt leichtes Material mit einer Dichte von nur 0,16 mlg/cm 3, was 7,5-mal weniger als die Dichte von Luft ist. Darüber hinaus ist es ein sehr elastisches Material und kann bis zu 900-mal mehr Öl und Wasser aufnehmen, als es wiegt. Diese Eigenschaft von Airgraphen ist sehr wichtig: Es kann Ölverschmutzungen in den Ozeanen absorbieren.

Es hat ähnliche Eigenschaften, die bereits von Forschern aus Argonne getestet werden.

Die Vielfalt der Natur ist grenzenlos, aber es gibt Materialien, die ohne die Beteiligung des Menschen nicht entstanden wären. Wir machen Sie auf 10 von Menschenhand geschaffene Substanzen aufmerksam, die fantastische Eigenschaften aufweisen.

1. Einweg-Panzerglas

Die reichsten Menschen haben Probleme: Gemessen an den wachsenden Verkäufen dieses Materials brauchen sie kugelsicheres Glas, was Leben gerettet hätte, sie aber nicht davon abhielt, zurückzuschießen.

Dieses Glas stoppt Kugeln auf der einen Seite, lässt sie aber gleichzeitig auf der anderen Seite durch – dieser ungewöhnliche Effekt besteht aus einem „Sandwich“ aus einer fragilen Acrylschicht und einem weicheren elastischen Polycarbonat: Unter Druck zeigt sich Acryl als sehr solide, und wenn eine Kugel es trifft, löscht es seine Energie und zerbricht gleichzeitig. Dadurch kann die stoßdämpfende Schicht dem Aufprall von Kugeln und Acrylsplittern standhalten, ohne zusammenzubrechen.

Beim Abfeuern von der anderen Seite lässt das elastische Polycarbonat das Geschoss durch sich selbst dringen, wodurch die spröde Acrylschicht gedehnt und zerstört wird, wodurch keine weitere Barriere für das Geschoss entsteht. Sie sollten jedoch nicht zu oft schießen, da sonst Löcher im Geschoss entstehen Schutz.

2. Flüssiges Glas

Es gab eine Zeit, in der es noch kein Geschirrspülmittel gab – man begnügte sich mit Soda, Essig, Silbersand, Reiben oder einer Drahtbürste, aber ein neues Produkt hilft, viel Zeit und Mühe zu sparen und das Geschirrspülen gehört der Vergangenheit an . „Flüssiges Glas“ enthält Siliziumdioxid, das bei Reaktion mit Wasser oder Ethanol ein Material bildet, das dann zu einer dünnen (mehr als 500-mal dünner als ein menschliches Haar) elastischen, äußerst widerstandsfähigen, ungiftigen und wasserfesten Schicht trocknet -abweisendes Glas.

Bei einem solchen Material ist keine Reinigung und Reinigung erforderlich Desinfektionsmittel, da es die Oberfläche perfekt vor Keimen schützt: Bakterien auf der Oberfläche von Geschirr oder Spülbecken werden einfach isoliert. Die Erfindung wird auch in der Medizin Anwendung finden, da Instrumente jetzt nur noch sterilisiert werden können heißes Wasser, ohne den Einsatz chemischer Desinfektionsmittel.

Diese Beschichtung kann zur Bekämpfung von Pilzinfektionen an Pflanzen und zum Verschließen von Flaschen eingesetzt werden; ihre Eigenschaften sind wirklich einzigartig: Sie weist Feuchtigkeit ab, desinfiziert, bleibt dabei elastisch, langlebig, atmungsaktiv, völlig unsichtbar und außerdem kostengünstig.

3. Formloses Metall

Diese Substanz ermöglicht es Golfern, den Ball härter zu schlagen, erhöht die Schlagkraft des Geschosses und verlängert die Lebensdauer von Skalpellen und Motorteilen.

Entgegen seinem Namen vereint das Material die Festigkeit von Metall und die Härte einer Glasoberfläche: Das Video zeigt, wie sich die Verformung von Stahl und formlosem Metall unterscheidet, wenn eine Metallkugel fällt. Der Ball hinterlässt viele kleine „Löcher“ auf der Oberfläche des Stahls – das bedeutet, dass das Metall die Aufprallenergie absorbiert und ableitet. Das formlose Metall blieb glatt, wodurch es die Aufprallenergie besser zurückgibt, was sich auch in einem längeren Rückprall bemerkbar macht.

Die meisten Metalle haben eine geordnete kristalline Molekülstruktur und durch einen Schlag oder einen anderen Aufprall wird das Kristallgitter verzerrt, weshalb Dellen auf dem Metall zurückbleiben. In einem formlosen Metall sind die Atome zufällig angeordnet, sodass die Atome nach der Belichtung in ihre ursprüngliche Position zurückkehren.

4. Starlite

Dabei handelt es sich um einen Kunststoff, der unglaublich hohen Temperaturen standhält: Seine thermische Schwelle ist so hoch, dass man dem Erfinder zunächst einfach nicht glaubte. Erst nach Nachweis der Leistungsfähigkeit des Materials live Im Fernsehen kontaktierten Mitarbeiter des britischen Atomwaffenzentrums den Schöpfer des Starlite.

Wissenschaftler bestrahlten den Kunststoff mit Hochtemperaturblitzen, die der Stärke von 75 auf Hiroshima abgeworfenen Bomben entsprachen – die Probe war nur leicht verkohlt. Ein Tester bemerkte: „Normalerweise muss man zwischen den Blitzen mehrere Stunden warten, bis das Material abgekühlt ist.“ Jetzt haben wir ihn alle 10 Minuten bestrahlt, und er blieb unverletzt, wie zum Spott.“

Im Gegensatz zu anderen hitzebeständigen Materialien wird Starlite bei hohen Temperaturen nicht giftig und ist außerdem unglaublich leicht. Es kann beim Bau von Raumfahrzeugen, Flugzeugen, feuerfesten Anzügen oder in der Militärindustrie verwendet werden, aber leider hat Starlite das Labor nie verlassen: Sein Schöpfer Morris Ward starb 2011, ohne seine Erfindung zu patentieren und keine Beschreibungen zu hinterlassen. Über die Struktur von Starlite ist lediglich bekannt, dass es 21 organische Polymere, mehrere Copolymere und eine kleine Menge Keramik enthält.

5. Aerogel

Stellen Sie sich eine poröse Substanz von so geringer Dichte vor, dass 2,5 cm³ davon Oberflächen enthalten, die mit der Größe eines Fußballfeldes vergleichbar sind. Dabei handelt es sich jedoch nicht um ein bestimmtes Material, sondern um eine Stoffklasse: Aerogel ist eine Form, die einige Materialien annehmen können, und seine extrem niedrige Dichte macht es zu einem hervorragenden Wärmeisolator. Wenn Sie daraus ein 2,5 cm dickes Fenster machen, hat es das gleiche Wärmedämmeigenschaften, als Glasfenster 25 cm dick.

Alle leichtesten Materialien der Welt sind Aerogele: Quarzaerogel (im Wesentlichen getrocknetes Silikon) ist beispielsweise nur dreimal schwerer als Luft und ziemlich zerbrechlich, kann aber einem Gewicht standhalten, das dem 1000-fachen seines Eigengewichts entspricht. Graphen-Aerogel (siehe Abbildung oben) besteht aus Kohlenstoff und sein fester Bestandteil ist siebenmal leichter als Luft: Mit seiner porösen Struktur stößt dieser Stoff Wasser ab, absorbiert aber Öl – er soll zur Bekämpfung von Ölverschmutzungen auf der Wasseroberfläche eingesetzt werden .

6. Dimethylsulfoxid (DMSO)

Das chemisches Lösungsmittel erschien erstmals als Nebenprodukt der Zelluloseproduktion und wurde erst in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts in irgendeiner Weise verwendet, als sein medizinisches Potenzial entdeckt wurde: Dr. Jacobs entdeckte, dass DMSO leicht und schmerzlos in Körpergewebe eindringen kann – dies ermöglicht verschiedene Arten von Injektionen, die schnell und ohne Schädigung der Haut verabreicht werden können.

Sein eigenes medizinische Eigenschaften lindern Schmerzen bei Verstauchungen oder beispielsweise Gelenkentzündungen aufgrund von Arthritis, und DMSO kann auch zur Bekämpfung von Pilzinfektionen eingesetzt werden.

Als seine medizinischen Eigenschaften entdeckt wurden, wurde die Produktion leider eingestellt industrieller Maßstab war schon lange etabliert und seine weitverbreitete Verfügbarkeit hinderte Pharmaunternehmen daran, Gewinne zu erzielen. Darüber hinaus hat DMSO eine unerwartete Wirkung Nebenwirkung- Der Geruch aus dem Mund der Person, die es verwendet hat, erinnert an Knoblauch und wird daher hauptsächlich in der Veterinärmedizin verwendet.

7. Kohlenstoffnanoröhren

Es handelt sich tatsächlich um Kohlenstoffschichten mit einer Dicke von einem Atom, die zu Zylindern gerollt sind – ihre molekulare Struktur ähnelt einer Rolle Hühnerdraht, und das ist das Beste langlebiges Material, der Wissenschaft bekannt. Nanoröhren sind sechsmal leichter, aber hundertmal stärker als Stahl. Sie haben eine bessere Wärmeleitfähigkeit als Diamant und leiten Elektrizität effizienter als Kupfer.

Die Röhren selbst sind mit bloßem Auge nicht sichtbar und in ihrer Rohform ähnelt die Substanz Ruß: Damit sich seine außergewöhnlichen Eigenschaften entfalten können, müssen Billionen dieser unsichtbaren Fäden in Rotation versetzt werden, was erst seit relativ kurzer Zeit möglich ist.

Das Material kann bei der Herstellung von Kabeln für das Projekt „Aufzug ins All“ verwendet werden, das vor langer Zeit entwickelt wurde, aber bis vor kurzem völlig fantastisch war, da es unmöglich war, ein 100.000 km langes Kabel herzustellen, das sich nicht biegen ließ unter seinem eigenen Gewicht.

Kohlenstoffnanoröhren helfen auch bei der Behandlung von Brustkrebs – Tausende von ihnen können in jede Zelle eingebracht werden, und das Vorhandensein von Kohlenstoffnanoröhren Folsäure ermöglicht es Ihnen, Krebsformationen zu identifizieren und zu „fangen“, dann werden die Nanoröhren mit einem Infrarotlaser bestrahlt und die Tumorzellen sterben ab. Das Material kann auch zur Herstellung leichter und langlebiger Körperpanzer verwendet werden...

8. Paykerit

Im Jahr 1942 standen die Briten vor dem Problem, dass es an Stahl mangelte, um die Flugzeugträger zu bauen, die zur Bekämpfung deutscher U-Boote benötigt wurden. Geoffrey Pike schlug vor, riesige schwimmende Flugplätze aus Eis zu bauen, aber es zahlte sich nicht aus: Eis ist zwar kostengünstig, aber nur von kurzer Dauer. Alles änderte sich mit der Entdeckung der außergewöhnlichen Eigenschaften einer Mischung aus Eis und Eis durch New Yorker Wissenschaftler Sägespäne, das eine ähnliche Festigkeit wie Ziegel hatte und auch nicht reißt oder schmilzt. Aber das Material konnte wie Holz verarbeitet oder wie Metall geschmolzen werden; das Sägemehl quoll im Wasser auf, bildete eine Hülle und verhinderte das Schmelzen von Eis, wodurch jedes Schiff während der Fahrt repariert werden konnte.

Aber vor allen positiven Eigenschaften, Paykerit war von geringem Nutzen effektiver Einsatz: Um eine Eisdecke für ein bis zu 1000 Tonnen schweres Schiff zu bauen und zu schaffen, reichte ein Motor mit einer Leistung von einem PS aus, jedoch bei einer Temperatur über -26 °C (und um diese aufrechtzuerhalten, ist dies erforderlich). ein komplexes System(Kühlung) Eis neigt dazu, durchzuhängen. Darüber hinaus war Zellulose, die auch in der Papierherstellung verwendet wird, Mangelware, so dass Paykerit ein undurchführbares Projekt blieb.

9. BacillaFilla – Baumikrobe

Beton hat die Eigenschaft, mit der Zeit zu „ermüden“ – er wird schmutzig grau und es bilden sich Risse darin. Wenn es um das Fundament eines Gebäudes geht, können Reparaturen recht arbeitsintensiv und teuer sein, und es ist keine Tatsache, dass dadurch die „Ermüdung“ beseitigt wird: Viele Gebäude werden gerade deshalb abgerissen, weil es unmöglich ist, das Fundament wiederherzustellen.

Eine Gruppe von Studenten der Universität Newcastle hat gentechnisch veränderte Bakterien entwickelt, die in tiefe Risse eindringen und eine Mischung aus Kalziumkarbonat und Leim produzieren können, die ein Gebäude stärkt. Die Bakterien sind so programmiert, dass sie sich über die Betonoberfläche ausbreiten, bis sie den Rand des nächsten Risses erreichen, und dann beginnt die Produktion einer zementartigen Substanz. Es gibt sogar einen Selbstzerstörungsmechanismus für die Bakterien, der die Bildung nutzloser Substanzen verhindert. Wachstum“.

Diese Technologie wird den anthropogenen Ausstoß von Kohlendioxid in die Atmosphäre reduzieren, da 5 % davon aus der Betonproduktion stammen, und wird auch dazu beitragen, die Lebensdauer von Gebäuden zu verlängern, deren Restaurierung durchgeführt wird traditionelle Art und Weise es würde viel Geld kosten.

10. D3o-Material

Die Beständigkeit gegenüber mechanischer Beanspruchung war schon immer eines der Hauptprobleme der Materialwissenschaften, bis D3o erfunden wurde – eine Substanz, deren Moleküle sich frei bewegen können normale Bedingungen und rastet beim Aufprall ein. Die Struktur von D3o ähnelt einer Mischung Maisstärke und Wasser, das manchmal zum Füllen von Schwimmbädern verwendet wird. Spezielle Jacken aus diesem Material, die bequem sind und Schutz bei Stürzen, Schlägerschlägen oder Faustschlägen bieten, sind bereits im Angebot. Die Schutzelemente sind von außen nicht sichtbar, was für Stuntmen und sogar die Polizei geeignet ist.

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Bei seinen Aktivitäten nutzt eine Person verschiedene Qualitäten Substanzen und Materialien. Und ihre Stärke und Zuverlässigkeit sind nicht unwichtig. Die härtesten Materialien in der Natur und solche, die künstlich hergestellt werden, werden in diesem Artikel besprochen.

Allgemein anerkannter Standard

Um die Festigkeit eines Materials zu bestimmen, wird die Mohs-Skala verwendet – eine Skala zur Beurteilung der Härte eines Materials anhand seiner Reaktion auf Kratzer. Für den Durchschnittsmenschen am meisten hartes Material- Das ist ein Diamant. Sie werden überrascht sein, aber dieses Mineral liegt nur irgendwo auf dem 10. Platz der härtesten. Im Durchschnitt gilt ein Material als superhart, wenn seine Werte über 40 GPa liegen. Darüber hinaus sollte bei der Identifizierung des härtesten Materials der Welt auch die Art seiner Herkunft berücksichtigt werden. Darüber hinaus hängen Festigkeit und Haltbarkeit oft von der Einwirkung ab externe Faktoren auf ihn.

Das härteste Material der Erde

In diesem Abschnitt werden wir darauf achten Chemische Komponenten mit einer ungewöhnlichen Kristallstruktur, die viel stärker als Diamanten sind und diesen leicht zerkratzen können. Hier sind die sechs härtesten vom Menschen geschaffenen Materialien, beginnend mit den am wenigsten harten.

• Kohlenstoffnitrid - Bor. Diese Errungenschaft der modernen Chemie hat einen Festigkeitsindex von 76 GPa.
• Graphen-Aerogel (Aerographen) ist ein Material, das siebenmal leichter als Luft ist und nach 90 % Kompression seine Form wieder herstellt. Ein erstaunlich haltbares Material, das außerdem bis zum 900-fachen seines Eigengewichts an Flüssigkeit oder sogar Öl aufnehmen kann. Dieses Material soll bei Ölverschmutzungen eingesetzt werden.
• Graphen ist eine einzigartige Erfindung und das stärkste Material im Universum. Mehr dazu weiter unten.
• Carbin ist ein lineares Polymer aus allotropem Kohlenstoff, aus dem superdünne (1 Atom) und superstarke Röhren hergestellt werden. Lange Zeit Niemand war in der Lage, eine solche Röhre mit einer Länge von mehr als 100 Atomen zu bauen. Doch österreichischen Wissenschaftlern der Universität Wien gelang es, diese Hürde zu überwinden. Während Carbin früher in kleinen Mengen synthetisiert wurde und sehr teuer war, ist es heute möglich, es in Tonnen zu synthetisieren. Dies eröffnet neue Horizonte für die Weltraumtechnologie und mehr.
• Elbor (Kingsongit, Cubonit, Borazon) ist eine nanotechnisch hergestellte Verbindung, die heute in der Metallverarbeitung weit verbreitet ist. Härte - 108 GPa.

• Fullerit ist das härteste Material der Erde, dem Menschen bekannt Heute. Seine Stärke von 310 GPa wird dadurch gewährleistet, dass es nicht aus einzelnen Atomen, sondern aus Molekülen besteht. Diese Kristalle zerkratzen einen Diamanten leicht, so wie ein Messer Butter zerkratzen würde.

Wunder menschlicher Hände

Graphen ist eine weitere Erfindung der Menschheit, die auf allotropen Modifikationen von Kohlenstoff basiert. Im Aussehen - dünner Film ein Atom dick, aber 200-mal stärker als Stahl, mit außergewöhnlicher Flexibilität.

Es geht um Graphen, von dem man sagt, dass sich ein Elefant auf der Spitze eines Bleistifts befinden muss, um es zu durchdringen. Darüber hinaus ist seine elektrische Leitfähigkeit 100-mal höher als die von Silizium in Computerchips. Sehr bald wird er das Labor verlassen und das Labor betreten Alltag als Solarplatten, Mobiltelefone und moderne Computerchips.

Zwei sehr seltene Folgen von Anomalien in der Natur

Es gibt in der Natur sehr seltene Verbindungen, die eine unglaubliche Kraft besitzen.

• Bornitrid ist ein Stoff, dessen Kristalle eine spezifische Wurtzitform haben. Durch die Anwendung von Lasten entstehen Verbindungen zwischen Atomen Kristallgitter neu verteilt, wodurch die Festigkeit um 75 % erhöht wird. Härteindex - 114 GPa. Dieser Stoff entsteht bei Vulkanausbrüchen und kommt in der Natur nur sehr wenig davon vor.
• Lonsdaleit (im Hauptfoto) ist eine Verbindung aus allotropem Kohlenstoff. Das Material wurde in einem Meteoritenkrater entdeckt und entstand vermutlich unter explosiven Bedingungen aus Graphit. Härteindex - 152 GPa. In der Natur selten zu finden.

Wunder der Tierwelt

Unter den Lebewesen auf unserem Planeten gibt es solche, die etwas ganz Besonderes haben.

• Netz von Caerostris darwini. Der Faden, den Darwins Spinne produziert, ist stärker als Stahl und härter als Kevlar. Dieses Netz nutzten NASA-Wissenschaftler bei der Entwicklung von Weltraumschutzanzügen.
• Zähne der Napfschnecke – ihre faserige Struktur wird heute von der Bionik untersucht. Sie sind so stark, dass sie es dem Weichtier ermöglichen, im Stein eingewachsene Algen abzureißen.

Eisenbirke

Ein weiteres Wunder der Natur ist die Schmidt-Birke. Sein Holz ist das härteste biologischen Ursprungs. Sie wächst im Fernen Osten im Naturschutzgebiet Kedrovaya Pad und ist im Roten Buch aufgeführt. Festigkeit vergleichbar mit Eisen und Gusseisen. Gleichzeitig unterliegt es jedoch keiner Korrosion und Fäulnis.

Der weitverbreiteten Verwendung von Holz, das nicht einmal von Kugeln durchdrungen werden kann, steht seine außergewöhnliche Seltenheit entgegen.

Das härteste Metall

Dies ist ein blau-weißes Metall – Chrom. Aber seine Stärke hängt von seiner Reinheit ab. In der Natur sind es 0,02 %, was gar nicht so wenig ist. Es wird aus Silikatgestein gewonnen Felsen. Auch Meteoriten, die auf die Erde fallen, enthalten viel Chrom.

Es ist korrosionsbeständig, hitzebeständig und feuerfest. Chrom ist Bestandteil vieler Legierungen (Chromstahl, Nichrom), die in der Industrie und bei Korrosionsschutzanwendungen weit verbreitet sind. dekorative Beschichtungen.

Zusammen sind wir stärker

Ein Metall ist gut, aber in einigen Kombinationen ist es möglich, der Legierung erstaunliche Eigenschaften zu verleihen.

Ultrastarke Legierung aus Titan und Gold – die einzige starkes Material Es wurde festgestellt, dass es mit lebendem Gewebe biokompatibel ist. Die Beta-Ti3Au-Legierung ist so fest, dass sie nicht im Mörser zermahlen werden kann. Schon heute ist klar, dass dies die Zukunft verschiedener Implantate, künstlicher Gelenke und Knochen ist. Darüber hinaus kann es in der Bohrproduktion und Fertigung eingesetzt werden Sportausrüstung und in vielen anderen Bereichen unseres Lebens.

Eine Legierung aus Palladium, Silber und einigen Metalloiden kann ähnliche Eigenschaften haben. Wissenschaftler des Caltec-Instituts arbeiten derzeit an diesem Projekt.

Future für 20 $ pro Strang

Was ist das härteste Material, das ein durchschnittlicher Mensch heute kaufen kann? Für nur 20 $ können Sie 6 Meter Braeön-Klebeband kaufen. Seit 2017 ist es beim Hersteller Dustin McWilliams erhältlich. Chemische Zusammensetzung und die Herstellungsmethode werden streng geheim gehalten, aber die Qualität ist erstaunlich.

Absolut alles kann mit Klebeband befestigt werden. Dazu müssen Sie es um die zu befestigenden Teile wickeln, mit einem normalen Feuerzeug erhitzen und ihm eine plastische Zusammensetzung verleihen das erforderliche Formular und alle. Nach dem Abkühlen hält die Verbindung einer Belastung von 1 Tonne stand.

Sowohl hart als auch weich

Im Jahr 2017 erschienen Informationen über die Entstehung eines erstaunlichen Materials – das härteste und weichste zugleich. Dieses Metamaterial wurde von Wissenschaftlern der University of Michigan erfunden. Es gelang ihnen, die Struktur des Materials zu kontrollieren und ihm unterschiedliche Eigenschaften zu verleihen.

Wenn es beispielsweise zur Herstellung von Autos verwendet wird, ist die Karosserie bei Bewegung steif und bei einer Kollision weich. Die Karosserie absorbiert Kontaktenergie und schützt den Passagier.