Starkes und leichtes Material. Das leichteste Material der Welt. Dichte der Materie außerhalb des Planeten Erde

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 nahekommt.

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 wird durch sehr ungewöhnliche Ursachen verursacht mechanische Eigenschaften Verbindungen.

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 erhöht werden kann Kristallgitter– 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.

Obwohl dies die härtesten Materialien auf der Erde sind, der Wissenschaft bekannt. 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.

Langlebige Materialien haben ein breites Einsatzspektrum.

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Klassenkameraden

Es gibt nicht nur das härteste Metall, sondern auch das härteste und haltbarste Holz sowie die haltbarsten künstlich hergestellten Materialien.

Wo werden die langlebigsten Materialien verwendet?

In vielen Lebensbereichen kommen hochbelastbare Materialien zum Einsatz. So haben Chemiker in Irland und Amerika eine Technologie entwickelt, mit der langlebige Textilfasern hergestellt werden.

Ein Faden aus diesem Material hat einen Durchmesser von fünfzig Mikrometern. Es besteht aus zig Millionen Nanoröhren, die mithilfe eines Polymers miteinander verbunden sind.

Die Zugfestigkeit dieser elektrisch leitfähigen Faser ist dreimal höher als die des Netzes einer Radspinne. Aus dem resultierenden Material werden ultraleichte Körperpanzer und Sportgeräte hergestellt.

Der Name eines weiteren haltbaren Materials ist ONNEX, das im Auftrag des US-Verteidigungsministeriums entwickelt wurde. Neben seiner Verwendung bei der Herstellung von Körperschutz, Neues Material Kann auch in Flugsteuerungssystemen, Sensoren und Triebwerken verwendet werden.

Es gibt eine von Wissenschaftlern entwickelte Technologie, dank derer durch die Umwandlung von Aerogelen starke, harte, transparente und leichte Materialien erhalten werden.

Auf ihrer Grundlage ist es möglich, leichte Körperpanzerung, Panzerung und langlebige Panzerung herzustellen Baustoffe. Wissenschaftler aus Nowosibirsk haben einen Plasmareaktor mit einem neuen Prinzip erfunden, dank dem es möglich ist, ultrastarkes Nanotubulen herzustellen künstliches Material.

Dieses Material wurde vor zwanzig Jahren entdeckt. Es ist eine Masse von elastischer Konsistenz. Es besteht aus Plexusgeflechten, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Die Wandstärke dieser Plexus beträgt ein Atom.

Die Tatsache, dass die Atome nach dem Prinzip der „russischen Puppe“ ineinander verschachtelt zu sein scheinen, macht Nanotubulen zum haltbarsten aller bekannten Materialien.

Wenn dieses Material Beton, Metall und Kunststoff zugesetzt wird, werden deren Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit deutlich erhöht. Nanotubulen wird dazu beitragen, Autos und Flugzeuge langlebiger zu machen. Wenn das neue Material in großem Umfang produziert wird, können Straßen, Häuser und Geräte sehr langlebig werden.

Es wird sehr schwierig sein, sie zu zerstören. Aufgrund seiner sehr hohen Kosten wurde Nanotubulen noch nicht in die Massenproduktion eingeführt. Den Nowosibirsker Wissenschaftlern gelang es jedoch, die Kosten für dieses Material deutlich zu senken. Jetzt kann Nanotubulen nicht mehr in Kilogramm, sondern in Tonnen hergestellt werden.

Das härteste Metall

Von allen bekannten Metallen ist Chrom das härteste, seine Härte hängt jedoch weitgehend von seiner Reinheit ab. Seine Eigenschaften sind Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit und Feuerfestigkeit. Chrom ist ein Metall mit einem weißlich-blauen Farbton. Seine Brinellhärte beträgt 70–90 kgf/cm2.

Schmelzpunkt selbst hartes Metall– eintausendneunhundertsieben Grad Celsius mit einer Dichte von siebentausendzweihundert kg/m3.

Dieses Metall ist drin Erdkruste in Höhe von 0,02 Prozent, was ziemlich viel ist. Es kommt normalerweise in Form von Chrom-Eisen-Erz vor. Chrom wird aus Silikatgestein abgebaut.

Dieses Metall wird in der Industrie zum Schmelzen von Chromstahl, Nichrom usw. verwendet. Es dient dem Korrosionsschutz und dekorative Beschichtungen. Steinmeteoriten, die auf die Erde fallen, sind sehr reich an Chrom.

Der haltbarste Baum

Es gibt Holz, das stärker als Gusseisen ist und mit der Festigkeit von Eisen verglichen werden kann. Die Rede ist von „Schmidt Birch“. Sie wird auch Eisenbirke genannt. Mehr weiß der Mensch nicht langlebiges Holz als das. Es wurde von einem russischen Botaniker namens Schmidt im Fernen Osten entdeckt.

Aufgrund dieser Eigenschaften könnte Eisenbirke manchmal Metall ersetzen, da dieses Holz keiner Korrosion und Fäulnis unterliegt. Der Rumpf eines Schiffes aus Eisenbirke muss nicht einmal gestrichen werden, das Schiff wird nicht durch Korrosion zerstört und hat auch keine Angst vor Säuren.

Eine Schmidt-Birke kann nicht von einer Kugel durchbohrt werden, man kann sie nicht mit einer Axt fällen. Von allen Birken auf unserem Planeten ist die Eisbirke die langlebigste – sie wird vierhundert Jahre alt.

Sein Lebensraum ist das Naturschutzgebiet Kedrovaya Pad. Dies ist eine seltene geschützte Art, die im Roten Buch aufgeführt ist. Wenn es diese Seltenheit nicht gäbe, könnte das ultrastarke Holz dieses Baumes überall verwendet werden.

Und hier sind die meisten hohe Bäume Weltweit sind Mammutbäume kein sehr langlebiges Material. Aber laut uznayvse.ru können sie bis zu 150 Meter hoch werden.

Am meisten langlebiges Material im Universum

Das langlebigste und gleichzeitig leichtes Material unseres Universums ist Graphen. Dabei handelt es sich um eine Kohlenstoffplatte, deren Dicke nur ein Atom beträgt, sie ist aber stärker als Diamant und die elektrische Leitfähigkeit ist hundertmal höher als die des Siliziums von Computerchips.

24. Oktober 2013

Je leichter desto besser?

Viele Menschen erinnern sich seit ihrer Kindheit an das Rätsel, was schwerer ist als ein Kilogramm Flaum oder ein Kilogramm Blei. Und viele sagten, ein Kilogramm Blei sei schwerer. Für den Menschen wirken Flaum, Blütenblätter und Löwenzahn wie etwas Leichtes.

Eine so banale Sache wie Aluminium schien den Wissenschaftlern des 19. Jahrhunderts eine grandiose Entdeckung zu sein. Viele von ihnen träumten von Wohnraum für alle Benachteiligten aus diesem leichten und langlebigen Metall. Wissenschaftler auf der ganzen Welt waren schon immer daran interessiert, möglichst leichte Materialien zu schaffen, die sich problemlos transportieren lassen.

So versucht die Menschheit, dem göttlichen Prinzip näher zu kommen, nach oben zu steigen und der großen Urquelle aller Dinge nahe zu kommen. Wie kann man sich nicht an das Märchen von der Tarnkappe erinnern – vielleicht blieben wissenschaftliche Köpfe unter dem Eindruck von Kinderbüchern?

Verwendung leichtester Materialien

Aber die lyrische Seite hat immer eine Kehrseite, praktische Seite. Die leichtesten Materialien sind eines der größten Probleme und Herausforderungen moderne Wissenschaft und insbesondere – Nanotechnologien. Solche Materialien werden für die Raumfahrt- und Militärindustrie, die Herstellung von Computern auf Basis modernster Prozessoren, in der Transplantologie und vielen anderen Bereichen menschlicher Tätigkeit benötigt.

Polystyrolschaum galt lange Zeit als eines der leichtesten von Menschenhand geschaffenen Materialien. Hierbei handelt es sich um ein Produkt aus der Klasse der Schaumstoffe, das aus Polystyrol und seinen Derivaten hergestellt wurde. Kaum vorstellbar, aber dieses Material besteht zu 98 % aus Luft und nur 2 % verbleiben als Polystyrol selbst.

Das Leben steht jedoch nicht still und ehrwürdige Wissenschaftler (schließlich rastlose Menschen) treiben sich weiterhin gegenseitig auf der Suche nach neuen, noch leichteren Substanzen an. So war die gesamte wissenschaftliche Gemeinschaft vor kurzem von einer neuen Entdeckung auf dem Gebiet begeistert schwere Materialien.

gefrorene Luft

Die neue Substanz wurde „Aerogel“ genannt, was auf Russisch wie „gefrorene Luft“ oder „gefrorener Rauch“ klingen würde. Tatsächlich ähnelt diese Substanz in ihrer Erscheinung stark Rauch, der wie auf Wunsch eines verrückten Künstlers unerklärlicherweise von der Leinwand in die Realität wanderte.

Diese poröse Substanz mit bläulicher Tönung ähnelt Schaum oder leicht ausgehärtetem Rasierschaum. Eine der wichtigsten einzigartigen Eigenschaften dieses Materials ist seine Fähigkeit, Belastungen standzuhalten, die sein Eigengewicht um mehr als das 2000-fache übersteigen können! Und das, wenn man bedenkt, dass das Aerogel zu 9,8 % aus Luft besteht.

Darüber hinaus ist dieser Stoff ein hervorragender Wärmeisolator, der isolierendem Glasfaser fast 40-mal überlegen ist, sodass Aerogel bereits in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt wird. Zusätzlich zu hoch Wärmedämmeigenschaften Dieser Stoff ist nahezu schalldicht und hält extremsten Temperaturen sowie starken Stößen stand.

In der Praxis kann ein 1 cm dicker Körperschutz aus Aerogel den Träger vor der Explosion eines ganzen Kilogramms Dynamit schützen. Aber die Liste der „Leichtmaterialien“ endet hier nicht. Chinesischen Wissenschaftlern ist es gelungen, solche zu schaffen leichtes Material dass es auf Blütenblättern platziert werden kann.

Ein Stück Flaum, das einen Elefanten stützen kann

Däumelinchen ist im Vergleich zu dieser Substanz, die Graphen genannt wurde, nur eine „fette Kuh“. Graphen ist nur doppelt so schwer wie das einfachste Chemisches Element Wasserstoff und weniger dicht als Helium. Doch trotz dieser Leichtigkeit und Luftigkeit ist dieses Material äußerst langlebig.

Ein Blatt dick Plastiktüte in der Lage, das Gewicht eines Elefanten zu tragen. Um einen 1 mm dicken Stapel zu erhalten, werden drei Millionen Graphenschichten benötigt. Darüber hinaus verfügt Graphen über fantastische Absorptionseigenschaften – bis zum 900-fachen seines Eigengewichts in Öläquivalent.

Darüber hinaus absorbiert dieses „intelligente Material“ Öl und nicht Wasser, was es wiederum äußerst vielversprechend für die Beseitigung von Ölverschmutzungen auf dem Planeten macht. Darüber hinaus ist Graphen so flexibel, dass es problemlos um 20 % gedehnt werden kann. Die Experimente zur Entwicklung neuer ultraleichter Materialien gehen jedoch weiter.

Die Praxis zeigt, dass in naher Zukunft noch mehr unglaubliche Entdeckungen auf die Menschheit warten. Vielleicht werden wissenschaftliche Köpfe ihren Zeitgenossen schon bald Substanzen präsentieren, die zu 9,9 % allein aus Luft bestehen.

Chinesische Wissenschaftler haben das leichteste Material der Welt entwickelt. Sein Gewicht ist so gering, dass es leicht auf Blütenblättern getragen werden kann.

Das Material besteht aus Graphenoxid und lyophilisiertem Kohlenstoff. Die entwickelte schwammartige Masse des Graphen-Aerogels wiegt etwa 0,16 mg/cm3, was die Substanz zum leichtesten festen Material der Welt macht. Bekanntlich hat Graphen es bereits gebracht Nobelpreis Andrey Geim und Konstantin Novoselov.

In der Basis einzigartiges Material Es werden noch viele weitere wissenschaftliche Entdeckungen gemacht. Ohne Verunreinigungen ist Graphen ein zweidimensionaler Kristall und das dünnste von Menschenhand geschaffene Material auf der Erde. Es ist notwendig, 3 Millionen Graphenblätter so übereinander zu stapeln, dass die Höhe des Stapels erreicht wird 1 Millimeter. Trotz seiner Leichtigkeit ist Graphen äußerst langlebig.

Ein Blatt so dick wie eine Plastiktüte kann das Gewicht eines Elefanten tragen. Die Vorteile von Graphen enden hier jedoch nicht. Das Material ist nicht nur robust und leicht, sondern auch sehr flexibel. Es kann ohne Beschädigung um 20 % gedehnt werden. Eine der neuesten von Wissenschaftlern identifizierten Eigenschaften von Graphen ist die Fähigkeit, Wasser zu filtern und verschiedene Flüssigkeiten und Gase zurückzuhalten.

Langlebige Materialien haben ein breites Einsatzspektrum. Es gibt nicht nur das härteste Metall, sondern auch das härteste und haltbarste Holz sowie die haltbarsten künstlich hergestellten Materialien.

Wo werden die langlebigsten Materialien verwendet?

Die Zugfestigkeit dieser elektrisch leitfähigen Faser ist dreimal höher als die des Netzes einer Radspinne. Aus dem resultierenden Material werden ultraleichte Körperpanzer und Sportgeräte hergestellt. Der Name eines weiteren haltbaren Materials ist ONNEX, das im Auftrag des US-Verteidigungsministeriums entwickelt wurde. Neben der Verwendung bei der Herstellung von Körperpanzern kann das neue Material auch in Flugsteuerungssystemen, Sensoren und Triebwerken eingesetzt werden.

Es gibt eine von Wissenschaftlern entwickelte Technologie, dank derer durch die Umwandlung von Aerogelen starke, harte, transparente und leichte Materialien erhalten werden. Auf ihrer Grundlage ist es möglich, leichte Körperpanzerung, Panzerung und langlebige Baumaterialien herzustellen.

Wissenschaftler aus Nowosibirsk haben einen Plasmareaktor mit einem neuen Prinzip erfunden, dank dem es möglich ist, Nanotubulen, ein superstarkes künstliches Material, herzustellen. Dieses Material wurde vor zwanzig Jahren entdeckt. Es ist eine Masse von elastischer Konsistenz. Es besteht aus Plexusgeflechten, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Die Wandstärke dieser Plexus beträgt ein Atom.

Die Tatsache, dass die Atome nach dem Prinzip der „russischen Puppe“ ineinander verschachtelt zu sein scheinen, macht Nanotubulen zum haltbarsten aller bekannten Materialien. Wenn dieses Material Beton, Metall und Kunststoff zugesetzt wird, werden deren Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit deutlich erhöht. Nanotubulen wird dazu beitragen, Autos und Flugzeuge langlebiger zu machen. Wenn das neue Material in großem Umfang produziert wird, können Straßen, Häuser und Geräte sehr langlebig werden. Es wird sehr schwierig sein, sie zu zerstören. Aufgrund seiner sehr hohen Kosten wurde Nanotubulen noch nicht in die Massenproduktion eingeführt. Den Nowosibirsker Wissenschaftlern gelang es jedoch, die Kosten für dieses Material deutlich zu senken. Jetzt kann Nanotubulen nicht mehr in Kilogramm, sondern in Tonnen hergestellt werden.

Das härteste Metall

Dieses Metall wird in der Industrie zum Schmelzen von Chromstahl, Nichrom usw. verwendet. Es wird für Korrosionsschutz- und dekorative Beschichtungen verwendet. Steinmeteoriten, die auf die Erde fallen, sind sehr reich an Chrom.

Der haltbarste Baum

Holz ist anderthalbmal fester als Gusseisen und seine Biegefestigkeit entspricht in etwa der von Eisen. Aufgrund dieser Eigenschaften könnte Eisenbirke manchmal Metall ersetzen, da dieses Holz keiner Korrosion und Fäulnis unterliegt. Der Rumpf eines Schiffes aus Eisenbirke muss nicht einmal gestrichen werden, das Schiff wird nicht durch Korrosion zerstört und hat auch keine Angst vor Säuren.

Eine Schmidt-Birke kann nicht von einer Kugel durchbohrt werden, man kann sie nicht mit einer Axt fällen. Von allen Birken auf unserem Planeten ist die Eisbirke die langlebigste – sie wird vierhundert Jahre alt. Sein Lebensraum ist das Naturschutzgebiet Kedrovaya Pad. Dies ist eine seltene geschützte Art, die im Roten Buch aufgeführt ist. Wenn es diese Seltenheit nicht gäbe, könnte das ultrastarke Holz dieses Baumes überall verwendet werden.

Aber die höchsten Bäume der Welt, Mammutbäume, sind kein sehr haltbares Material.

Das stärkste Material im Universum

Graphen wird bald die wissenschaftlichen Labore verlassen. Alle Wissenschaftler auf der Welt sprechen heute über seine einzigartigen Eigenschaften. Ein paar Gramm Material reichen also aus, um ein ganzes Fußballfeld zu bedecken. Graphen ist sehr flexibel und kann gefaltet, gebogen oder gerollt werden.

Mögliche Einsatzgebiete: Sonnenkollektoren, Mobiltelefone, Touchscreens, superschnelle Computerchips.
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