Graphene aerogel adalah bahan paling ringan di dunia. Bahan padat paling ringan di dunia. Materi terkuat di alam semesta

Bahan tahan lama memiliki berbagai kegunaan.

Dalam kontak dengan

Teman sekelas

Tidak hanya logam yang paling keras, tetapi juga kayu yang paling keras dan tahan lama, serta bahan buatan yang paling tahan lama.

Di manakah bahan yang paling tahan lama digunakan?

Bahan tugas berat digunakan di banyak bidang kehidupan. Oleh karena itu, ahli kimia di Irlandia dan Amerika telah mengembangkan teknologi yang dapat menghasilkan serat tekstil yang tahan lama.

Seutas benang dari bahan ini memiliki diameter lima puluh mikrometer. Itu dibuat dari puluhan juta nanotube, yang diikat bersama menggunakan polimer.

Kekuatan tarik serat penghantar listrik ini tiga kali lebih tinggi dibandingkan jaring laba-laba penenun bola. Bahan yang dihasilkan digunakan untuk membuat pelindung tubuh ultra-ringan dan peralatan olahraga.

Nama bahan tahan lama lainnya adalah ONNEX, dibuat atas perintah Departemen Pertahanan AS. Selain penggunaannya dalam produksi pelindung tubuh, materi baru juga dapat digunakan dalam sistem kontrol penerbangan, sensor, mesin.

Ada teknologi yang dikembangkan oleh para ilmuwan, berkat bahan yang kuat, keras, transparan, dan ringan diperoleh melalui transformasi aerogel.

Berdasarkan mereka, dimungkinkan untuk memproduksi pelindung tubuh yang ringan, pelindung tank, dan tahan lama Bahan bangunan. Ilmuwan Novosibirsk telah menemukan reaktor plasma dengan prinsip baru, yang memungkinkan untuk menghasilkan nanotubulene, bahan buatan yang sangat kuat.

Bahan ini ditemukan dua puluh tahun yang lalu. Ini adalah massa dengan konsistensi elastis. Terdiri dari pleksus yang tidak dapat dilihat dengan mata telanjang. Ketebalan dinding pleksus ini adalah satu atom.

Fakta bahwa atom-atom tampaknya bersarang satu sama lain sesuai dengan prinsip “boneka Rusia” menjadikan nanotubulena yang paling banyak digunakan. bahan tahan lama dari semua yang diketahui.

Ketika bahan ini ditambahkan ke beton, logam, dan plastik, kekuatan dan konduktivitas listriknya meningkat secara signifikan. Nanotubulene akan membantu membuat mobil dan pesawat menjadi lebih tahan lama. Jika material baru ini diproduksi secara luas, maka jalan, rumah, dan peralatan bisa menjadi sangat tahan lama.

Akan sangat sulit untuk menghancurkannya. Nanotubulene belum diproduksi secara luas karena biayanya yang sangat tinggi. Namun, para ilmuwan Novosibirsk berhasil mengurangi biaya bahan ini secara signifikan. Sekarang nanotubulene bisa diproduksi bukan dalam kilogram, tapi dalam ton.

Logam yang paling keras

Di antara semua logam yang diketahui, kromium adalah yang paling keras, namun kekerasannya sangat bergantung pada kemurniannya. Sifat-sifatnya adalah ketahanan terhadap korosi, tahan panas dan tahan api. Krom adalah logam dengan rona biru keputihan. Kekerasan Brinell-nya adalah 70-90 kgf/cm2.

Titik leleh logam yang paling keras adalah seribu sembilan ratus tujuh derajat Celcius dengan massa jenis tujuh ribu dua ratus kg/m3.

Logam ini ada di dalam kerak bumi sebesar 0,02 persen, jumlah yang cukup banyak. Biasanya ditemukan dalam bentuk bijih besi kromium. Kromium ditambang dari batuan silikat.

Logam ini digunakan dalam industri, peleburan baja kromium, nikrom, dan sebagainya. Ini digunakan untuk anti korosi dan pelapis dekoratif. Meteorit batu yang jatuh ke bumi sangat kaya akan kromium.

Yang paling kayu tahan lama

Ada kayu yang lebih kuat dari besi tuang dan bisa dibandingkan dengan kekuatan besi. Kita berbicara tentang "Schmidt Birch". Itu juga disebut Birch Besi. Manusia tidak mengetahui pohon yang lebih kuat dari ini. Ditemukan oleh seorang ahli botani Rusia bernama Schmidt saat berada di Timur Jauh.

Karena sifat-sifat ini, besi birch terkadang dapat menggantikan logam, karena kayu ini tidak mengalami korosi dan pembusukan. Lambung kapal yang terbuat dari Iron Birch bahkan tidak perlu dicat, kapal tidak akan rusak karena korosi, dan juga tidak takut asam.

Pohon birch Schmidt tidak bisa ditembus peluru, Anda tidak bisa menebangnya dengan kapak. Dari semua pohon birch di planet kita, Iron Birch adalah yang paling lama hidup - ia hidup selama empat ratus tahun.

Habitatnya adalah Cagar Alam Kedrovaya Pad. Ini adalah spesies langka yang dilindungi yang tercantum dalam Buku Merah. Jika bukan karena kelangkaannya, kayu yang sangat kuat dari pohon ini dapat digunakan di mana saja.

Dan inilah yang paling banyak pohon yang tinggi Di dunia, kayu sequoia bukanlah bahan yang tahan lama. Tapi, menurut uznayvse.ru, tingginya bisa mencapai 150 meter.

Materi terkuat di alam semesta

Yang paling tahan lama dan sekaligus bahan ringan alam semesta kita adalah graphene. Ini adalah pelat karbon, yang ketebalannya hanya satu atom, tetapi lebih kuat dari berlian, dan konduktivitas listriknya seratus kali lebih tinggi daripada silikon pada chip komputer.

Ilmuwan Tiongkok adalah yang paling berkembang bahan ringan Di dalam dunia. Bobotnya sangat kecil sehingga mudah ditopang pada kelopak bunga.

Bahannya terdiri dari graphene oksida dan karbon terliofilisasi. Materi spons yang dikembangkan dari graphene aerogel memiliki berat sekitar 0,16 mg/cm3, yang menjadikannya bahan padat paling ringan di dunia. Seperti diketahui, graphene telah membawa Penghargaan Nobel Andrey Geim dan Konstantin Novoselov.

Di pangkalan bahan yang unik Masih banyak lagi penemuan ilmiah yang akan dibuat. Tanpa pengotor, graphene adalah kristal dua dimensi dan merupakan bahan buatan manusia tertipis di bumi. 3 juta lembar graphene perlu ditumpuk satu sama lain sehingga ketinggian tumpukan mencapai 1 milimeter Meskipun ringan, graphene sangat tahan lama.

Satu lembar setebal kantong plastik mampu menopang beban seekor gajah. Manfaat graphene tidak hanya sampai di situ. Selain kuat dan ringan, bahannya cukup fleksibel. Ia dapat diregangkan hingga 20% tanpa kerusakan apa pun.Salah satu sifat terbaru graphene yang diidentifikasi oleh para ilmuwan adalah kemampuannya menyaring air, menahan berbagai cairan dan gas.

Berlangganan ke situs ini

Teman-teman, kami mencurahkan jiwa kami ke dalam situs ini. Terima kasih untuk itu
bahwa Anda menemukan keindahan ini. Terima kasih atas inspirasi dan merindingnya.
Bergabunglah dengan kami Facebook Dan Dalam kontak dengan

Yang dimaksud dengan kekuatan adalah kemampuan suatu bahan untuk tidak mengalami kehancuran akibat pengaruh gaya luar dan faktor-faktor yang menimbulkan tegangan dalam. Bahan dengan kekuatan tinggi memiliki beragam aplikasi. Di alam saya tidak hanya ada logam keras dan spesies kayu yang tahan lama, tetapi juga bahan berkekuatan tinggi yang dibuat secara artifisial. Banyak orang yang yakin bahwa bahan terkeras di dunia adalah berlian, namun benarkah hal tersebut?

Informasi Umum:

Tanggal pembukaan: awal tahun 60an;

Penemu - Sladkov, Kudryavtsev, Korshak, Kasatkin;

Kepadatan – 1,9-2 g/cm3.

Baru-baru ini, para ilmuwan dari Austria menyelesaikan pekerjaan untuk membangun produksi karbina yang berkelanjutan, yang merupakan bentuk karbon alotropik berdasarkan hibridisasi sp atom karbon. Indikator kekuatannya 40 kali lebih tinggi dibandingkan berlian. Informasi tentang hal ini diterbitkan dalam salah satu terbitan majalah ilmiah “Bahan Alam”.

Setelah mempelajari sifat-sifatnya dengan cermat, para ilmuwan menjelaskan bahwa kekuatannya tidak dapat dibandingkan dengan bahan apa pun yang ditemukan dan dipelajari sebelumnya. Namun, proses produksinya mengalami kesulitan yang signifikan: struktur karbina terbentuk dari atom karbon yang dikumpulkan dalam rantai panjang, akibatnya ia mulai terurai selama proses pembuatan.

Untuk menghilangkan masalah yang teridentifikasi, fisikawan dari universitas negeri di Wina menciptakan lapisan pelindung khusus tempat karbina disintesis. Sebagai lapisan pelindung lapisan graphene digunakan, ditempatkan di atas satu sama lain dan digulung menjadi “termos”. Sementara fisikawan bekerja keras untuk mencapai bentuk stabil, mereka menemukan bahwa sifat listrik suatu material dipengaruhi oleh panjang rantai atom.

Para peneliti belum mempelajari cara mengekstrak karbina dari lapisan pelindung tanpa kerusakan, sehingga studi tentang material baru terus berlanjut, para ilmuwan hanya dipandu oleh stabilitas relatif rantai atom.

Carbyne adalah modifikasi karbon alotropik yang sedikit dipelajari, penemunya adalah ahli kimia Soviet: A.M. Sladkov, Yu.P. Kudryavtsev, V.V. Korshak dan V.I. Kasatochkin. Informasi tentang hasil percobaan dengan Detil Deskripsi penemuan materi pada tahun 1967 muncul di halaman salah satu jurnal ilmiah terbesar - “Laporan Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet”. 15 tahun kemudian, sebuah artikel muncul di jurnal ilmiah Amerika Science yang meragukan hasil yang diperoleh ahli kimia Soviet. Ternyata sinyal yang diberikan pada modifikasi alotropik karbon yang jarang dipelajari dapat dikaitkan dengan adanya pengotor silikat. Selama bertahun-tahun, sinyal serupa telah ditemukan di ruang antarbintang.

Informasi Umum:

Penemu – Geim, Novoselov;

Konduktivitas termal – 1 TPa.

Graphene adalah modifikasi karbon alotropik dua dimensi di mana atom-atomnya digabungkan menjadi kisi heksagonal. Meskipun graphene memiliki kekuatan tinggi, ketebalan lapisannya adalah 1 atom.

Penemu materi tersebut adalah fisikawan Rusia, Andrei Geim dan Konstantin Novoselov. Para ilmuwan tidak menerima dukungan finansial di negara mereka sendiri dan memutuskan untuk pindah ke Belanda dan Kerajaan Inggris Raya dan Irlandia Utara. Pada tahun 2010, para ilmuwan dianugerahi Hadiah Nobel.

Pada selembar graphene yang luasnya sama dengan satu meter persegi, dan ketebalannya satu atom, benda yang beratnya mencapai empat kilogram bisa dipegang dengan bebas. Selain bahannya yang sangat tahan lama, graphene juga sangat fleksibel. Di masa depan, dari bahan dengan karakteristik seperti itu dimungkinkan untuk menenun benang dan struktur tali lainnya yang kekuatannya tidak kalah dengan tali baja tebal. Dalam kondisi tertentu, material yang ditemukan fisikawan Rusia mampu mengatasi kerusakan struktur kristal.

Informasi Umum:

Tahun pembukaan: 1967;

Warna – coklat-kuning;

Kepadatan terukur – 3,2 g/cm3;

Kekerasan – 7-8 unit pada skala Mohs.

Struktur lonsdaleit, yang ditemukan di kawah meteorit, mirip dengan berlian; kedua bahan tersebut merupakan modifikasi alotropik karbon. Kemungkinan besar, akibat ledakan tersebut, grafit yang merupakan salah satu komponen meteorit berubah menjadi lonsdaleit. Pada saat penemuan bahan tersebut, para ilmuwan tidak mencatat tingkat kekerasan yang tinggi, namun terbukti jika tidak mengandung pengotor, maka tidak akan kalah dengan kekerasan berlian yang tinggi.

Informasi umum tentang boron nitrida:

Kepadatan – 2,18 g/cm3;

Titik leleh – 2973 derajat Celcius;

Struktur kristal – kisi heksagonal;

Konduktivitas termal – 400 W/(m×K);

Kekerasan – kurang dari 10 unit pada skala Mohs.

Perbedaan utama antara wurtzite boron nitrida, yang merupakan senyawa boron dan nitrogen, adalah termal dan ketahanan terhadap bahan kimia dan tahan api. Bahannya dapat memiliki bentuk kristal yang berbeda. Misalnya, grafit adalah yang paling lembut, tetapi pada saat yang sama stabil, dan digunakan dalam tata rias. Struktur sfalerit dalam kisi kristal mirip dengan berlian, tetapi kelembutannya lebih rendah, namun memiliki ketahanan kimia dan termal yang lebih baik. Sifat wurtzite boron nitride memungkinkan penggunaannya dalam peralatan untuk proses suhu tinggi.

Informasi Umum:

Kekerasan – 1000 H/m2;

Kekuatan – 4 Gn/m2;

Tahun ditemukannya kaca metalik adalah tahun 1960.

Kaca metalik merupakan material dengan kekerasan tinggi dan struktur tidak teratur pada tingkat atom. Perbedaan utama antara struktur kaca metalik dan kaca biasa adalah konduktivitas listriknya yang tinggi. Bahan-bahan tersebut diperoleh sebagai hasil reaksi padat, pendinginan cepat atau iradiasi ion. Para ilmuwan telah belajar menemukan logam amorf, yang kekuatannya 3 kali lebih besar dari paduan baja.

Informasi Umum:

Batas elastis – 1500 MPa;

KCU – 0,4-0,6 MJ/m2.

Informasi Umum:

Kekuatan impak KST – 0,25-0,3 MJ/m2;

Batas elastis – 1500 MPa;

KCU – 0,4-0,6 MJ/m2.

Baja maraging merupakan paduan besi yang mempunyai kekuatan impak tinggi tanpa kehilangan keuletannya. Terlepas dari karakteristik ini, bahannya tidak tahan canggih. Paduan yang diperoleh melalui perlakuan panas merupakan zat rendah karbon yang memperoleh kekuatannya dari senyawa intermetalik. Paduan tersebut mengandung nikel, kobalt dan unsur pembentuk karbida lainnya. Jenis baja paduan tinggi berkekuatan tinggi ini mudah diproses karena kandungan karbon yang rendah dalam komposisinya. Bahan dengan karakteristik seperti itu telah ditemukan penerapannya di bidang kedirgantaraan; bahan ini digunakan sebagai pelapis selubung rudal.

Osmium

Informasi Umum:

Tahun pembukaan – 1803;

Struktur kisi berbentuk heksagonal;

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

Titik lebur – 3306 K.

Logam mengkilat berwarna putih kebiruan dengan kekuatan tinggi termasuk dalam golongan platina. Osmium, memiliki kepadatan atom yang tinggi, sifat tahan api yang luar biasa, kerapuhan, kekuatan tinggi, kekerasan dan ketahanan terhadap tekanan mekanis dan pengaruh agresif lingkungan, banyak digunakan dalam bedah, instrumentasi, industri kimia, mikroskop elektron, peroketan dan peralatan elektronik.

Informasi Umum:

Kepadatan – 1,3-2,1 t/m3;

Kekuatan serat karbon adalah 0,5-1 GPa;

Modulus elastisitas serat karbon berkekuatan tinggi adalah 215 GPa.

Komposit karbon-karbon adalah material yang terdiri dari matriks karbon, yang selanjutnya diperkuat dengan serat karbon. Karakteristik utama komposit adalah kekuatan tinggi, fleksibilitas dan kekuatan dampak. Struktur bahan komposit dapat berupa satu arah atau tiga dimensi. Karena kualitas ini, komposit banyak digunakan dalam berbagai bidang, termasuk industri dirgantara.

Informasi Umum:

Tahun resmi penemuan laba-laba adalah tahun 2010;

>Kekuatan tumbukan jaring adalah 350 MJ/m3.

Untuk pertama kalinya, seekor laba-laba yang menjalin jaring besar ditemukan di dekat Afrika, di negara kepulauan Madagaskar. Spesies laba-laba ini resmi ditemukan pada tahun 2010. Para ilmuwan terutama tertarik pada jaring yang ditenun oleh arthropoda. Diameter lingkaran pada benang penyangga bisa mencapai dua meter. Kekuatan jaring Darwin melebihi kekuatan Kevlar sintetis yang digunakan dalam industri penerbangan dan otomotif.

Informasi Umum:

Konduktivitas termal – 900-2300 W/(m×K);

Titik lebur pada tekanan 11 GPa – 3700-4000 derajat Celcius;

Kepadatan – 3,47-3,55 g/cm3;

Indeks bias – 2.417-2.419.

Berlian, diterjemahkan dari bahasa Yunani kuno, berarti “tidak bisa dihancurkan”, tetapi para ilmuwan telah menemukan 9 elemen lagi yang lebih unggul darinya dalam hal kekuatan. Meskipun keberadaan berlian tidak ada habisnya di lingkungan biasa, kapan suhu tinggi dan gas inert dapat berubah menjadi grafit. Intan merupakan elemen standar (pada skala Mohs), yang memiliki salah satu nilai kekerasan tertinggi. Baginya, seperti bagi banyak orang batu mulia, ditandai dengan pendaran, yang memungkinkannya bersinar saat terkena sinar matahari.

Anda masing-masing tahu bahwa berlian tetap menjadi standar kekerasan saat ini. Saat menentukan kekerasan mekanis bahan yang ada di bumi, kekerasan intan diambil sebagai standar: bila diukur dengan metode Mohs - dalam bentuk sampel permukaan, dengan metode Vickers atau Rockwell - sebagai indentor (lebih lanjut padat saat memeriksa benda dengan kekerasan yang lebih kecil). Saat ini, ada beberapa material yang kekerasannya mendekati karakteristik berlian.

Bandingkan dalam kasus ini bahan asli, berdasarkan kekerasan mikronya menurut metode Vickers, ketika material dianggap superhard pada nilai lebih dari 40 GPa. Kekerasan bahan dapat bervariasi tergantung pada karakteristik sampel sintesis atau arah beban yang diberikan padanya.

Fluktuasi nilai kekerasan dari 70 hingga 150 GPa adalah konsep umum untuk bahan padat, meskipun 115 GPa dianggap sebagai nilai referensi. Mari kita lihat 10 bahan terkeras selain berlian yang ada di alam.

10. Boron suboksida (B 6 O) - kekerasan hingga 45 GPa

Boron suboksida memiliki kemampuan untuk membuat butiran berbentuk seperti ikosahedron. Butir yang terbentuk bukanlah kristal terisolasi atau jenis quasicrystals, tetapi merupakan kristal kembar yang khas, terdiri dari dua lusin kristal tetrahedral berpasangan.

10. Renium diborida (ReB 2) - kekerasan 48 GPa

Banyak peneliti yang mempertanyakan apakah material ini dapat digolongkan sebagai jenis material superhard. Hal ini disebabkan oleh hal yang sangat luar biasa peralatan mekanis koneksi.

Pergantian atom yang berbeda lapis demi lapis menjadikan bahan ini anisotropik. Oleh karena itu, pengukuran kekerasan berbeda dengan adanya jenis bidang kristalografi yang berbeda. Jadi, pengujian renium diborida pada beban rendah menghasilkan kekerasan sebesar 48 GPa, dan dengan meningkatnya beban kekerasan menjadi jauh lebih rendah yaitu sekitar 22 GPa.

8. Magnesium aluminium borida (AlMgB 14) - kekerasan hingga 51 GPa

Komposisinya merupakan campuran aluminium, magnesium, boron dengan gesekan geser rendah, serta kekerasan tinggi. Kualitas ini dapat menjadi keuntungan bagi produksi mesin dan mekanisme modern yang beroperasi tanpa pelumasan. Namun penggunaan material dalam variasi ini masih dianggap sangat mahal.

AlMgB14 - film tipis khusus yang dibuat menggunakan deposisi laser berdenyut, memiliki kemampuan kekerasan mikro hingga 51 GPa.

7. Boron-karbon-silikon - kekerasan hingga 70 GPa

Dasar dari senyawa semacam itu memberikan paduan kualitas yang menyiratkan ketahanan optimal terhadap pengaruh kimia negatif dan suhu tinggi. Material ini dibekali dengan kekerasan mikro hingga 70 GPa.

6. Boron karbida B 4 C (B 12 C 3) - kekerasan hingga 72 GPa

Bahan lainnya adalah boron karbida. Zat ini mulai digunakan secara aktif daerah yang berbeda industri segera setelah penemuannya pada abad ke-18.

Kekerasan mikro material mencapai 49 GPa, namun terbukti angka tersebut dapat ditingkatkan dengan menambahkan ion argon pada strukturnya. kisi kristal– hingga 72 IPK.

5. Karbon-boron nitrida - kekerasan hingga 76 GPa

Para peneliti dan ilmuwan dari seluruh dunia telah lama mencoba mensintesis material superkeras yang kompleks, dan hasil nyata telah dicapai. Komponen senyawa ini adalah atom boron, karbon dan nitrogen - serupa ukurannya. Kekerasan kualitatif material mencapai 76 GPa.

4. Kubonit berstrukturnano - kekerasan hingga 108 GPa

Bahannya disebut juga kingsongite, borazon atau elbor, dan juga memiliki kualitas unik yang berhasil digunakan dalam industri modern. Dengan nilai kekerasan kubonit 80-90 GPa, mendekati standar intan, kekuatan hukum Hall-Petch dapat menyebabkan peningkatan yang signifikan.

Artinya, seiring dengan mengecilnya ukuran butiran kristal, kekerasan material meningkat - ada kemungkinan tertentu untuk meningkatkannya hingga 108 GPa.

3. Wurtzite boron nitrida - kekerasan hingga 114 GPa

Struktur kristal wurtzite memberikan kekerasan yang tinggi pada material ini. Dengan modifikasi struktural lokal, ketika jenis beban tertentu diterapkan, ikatan antar atom dalam kisi suatu zat didistribusikan kembali. Saat ini, kualitas kekerasan material meningkat sebesar 78%.

Lonsdaleite adalah modifikasi karbon alotropik dan memiliki kemiripan yang jelas dengan berlian. Padat terdeteksi bahan alami berada di kawah meteorit, terbentuk dari grafit - salah satu komponen meteorit, tetapi tidak memiliki tingkat kekuatan yang mencapai rekor.

Para ilmuwan membuktikan kembali pada tahun 2009 bahwa tidak adanya pengotor dapat memberikan kekerasan yang melebihi kekerasan berlian. Nilai kekerasan yang tinggi dapat dicapai dalam kasus ini, seperti dalam kasus wurtzite boron nitrida.

Fullerite terpolimerisasi saat ini dianggap sebagai bahan paling keras yang diketahui sains. Ini adalah kristal molekul terstruktur, simpul-simpulnya terdiri dari seluruh molekul, bukan atom individu.

Fullerite memiliki kekerasan hingga 310 GPa dan dapat menggores permukaan berlian seperti plastik biasa. Seperti yang Anda lihat, berlian bukan lagi bahan alami yang paling keras di dunia; senyawa yang lebih keras sudah tersedia untuk ilmu pengetahuan.

Meskipun ini adalah bahan yang paling keras di Bumi, diketahui ilmu pengetahuan. Tidak menutup kemungkinan kita akan segera menemukan penemuan dan terobosan baru di bidang kimia/fisika, yang memungkinkan kita mencapai kekerasan yang lebih tinggi.