Bahan kuat dan ringan. Bahan paling tahan lama di dunia adalah Carbin. Logam yang paling keras

Jika Anda mengikuti perkembangan terkini dunia teknologi modern, maka materi ini tidak akan menjadi berita besar bagi Anda. Namun, ada baiknya untuk melihat lebih dekat materi paling ringan di dunia dan mempelajari beberapa detail lebih lanjut.

Kurang dari setahun yang lalu, predikat material paling ringan di dunia diberikan kepada material bernama aerographite. Namun material ini tidak mampu bertahan lama di telapak tangan; baru-baru ini diambil alih oleh material karbon lain yang disebut graphene aerogel. Dibuat oleh tim peneliti dari laboratorium Departemen Sains dan Teknologi Polimer Universitas Zhejiang yang dipimpin oleh Profesor Gao Chao, aerogel graphene ultra-ringan memiliki kepadatan sedikit lebih rendah dibandingkan gas helium dan sedikit lebih tinggi dibandingkan gas hidrogen.

Aerogel, sebagai suatu kelas bahan, dikembangkan dan diproduksi pada tahun 1931 oleh insinyur dan ahli kimia Samuel Stephens Kistler. Sejak itu, para ilmuwan dari berbagai organisasi telah meneliti dan mengembangkan bahan-bahan tersebut, meskipun manfaat praktisnya meragukan. Aerogel yang terdiri dari tabung nano karbon berdinding banyak, disebut “asap beku” dan memiliki kepadatan 4 mg/cm3, kehilangan gelar sebagai yang paling banyak. bahan ringan pada tahun 2011, yang dipindahkan ke material mikrokisi logam yang memiliki kepadatan 0,9 mG/cm3. Dan setahun kemudian, gelar material paling ringan diberikan kepada material karbon bernama aerographite, yang massa jenisnya 0,18 mg/cm3.

Pemegang gelar material paling ringan baru, graphene aerogel, yang dibuat oleh tim Profesor Chao, memiliki kepadatan 0,16 mg/cm3. Untuk menciptakan bahan yang begitu ringan, para ilmuwan menggunakan salah satu bahan yang paling menakjubkan dan bahan tipis hari ini - graphene. Dengan menggunakan pengalaman mereka dalam membuat bahan mikroskopis seperti serat graphene "satu dimensi" dan pita graphene dua dimensi, tim memutuskan untuk menambahkan dimensi lain pada graphene dua dimensi dan membuat graphe berpori tiga dimensi. materi baru.

Alih-alih metode pembuatan templat yang menggunakan bahan pelarut dan biasanya digunakan untuk membuat berbagai aerogel, para ilmuwan Tiongkok menggunakan metode pengeringan beku. Pengeringan beku larutan cooloid yang terdiri dari pengisi cair dan partikel graphene, memungkinkan terciptanya spons berpori berbasis karbon, yang bentuknya hampir sepenuhnya mengulangi bentuk yang diberikan.

“Tidak perlu menggunakan templat; ukuran dan bentuk bahan karbon ultra-ringan yang kami buat hanya bergantung pada bentuk dan ukuran wadahnya,” kata Profesor Chao. “Jumlah aerogel yang dihasilkan hanya bergantung pada ukuran aerogel. wadahnya, yang volumenya bisa mencapai ribuan sentimeter kubik.”

Aerogel graphene yang dihasilkan adalah bahan yang sangat kuat dan elastis. Ia dapat menyerap bahan organik, termasuk minyak, yang beratnya 900 kali lipat dari beratnya sendiri kecepatan tinggi penyerapan. Satu gram aerogel menyerap 68,8 gram minyak hanya dalam satu detik, menjadikannya bahan yang menarik untuk digunakan sebagai penyerap minyak laut dan produk minyak bumi.

Selain berfungsi sebagai penyerap minyak, graphene aerogel memiliki potensi untuk digunakan dalam sistem penyimpanan energi, sebagai katalis untuk reaksi kimia tertentu, dan sebagai pengisi material komposit kompleks.

Bahan tahan lama memiliki berbagai kegunaan. 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?

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 digunakan dalam produksi pelindung tubuh, material baru ini juga dapat digunakan dalam sistem kontrol penerbangan, sensor, dan 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 nanotubulena - ultra-kuat bahan buatan. 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 sebagai bahan paling tahan lama yang pernah 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

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.

Pohon paling tahan lama

Kayu satu setengah kali lebih kuat dari besi tuang, dan kekuatan lenturnya kira-kira sama dengan besi. 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.

Namun pohon tertinggi di dunia, kayu sequoia, bukanlah bahan yang tahan lama.

Materi terkuat di alam semesta

Graphene akan segera meninggalkan laboratorium ilmiah. Semua ilmuwan di dunia saat ini membicarakan tentang sifat uniknya. Jadi, beberapa gram bahan saja sudah cukup untuk menutupi seluruh lapangan sepak bola. Graphene sangat fleksibel dan dapat dilipat, ditekuk, atau digulung.

Kemungkinan area penggunaannya: panel surya, ponsel, layar sentuh, chip komputer super cepat.
Berlangganan saluran kami di Yandex.Zen

Tahukah Anda material apa di planet kita yang dianggap paling kuat? Kita semua tahu dari sekolah bahwa berlian adalah mineral terkuat, tetapi jauh dari kata terkuat.

Kekerasan bukanlah sifat utama yang menjadi ciri materi. Beberapa sifat dapat mencegah goresan, sementara sifat lainnya dapat meningkatkan elastisitas. Ingin tahu lebih banyak? Berikut adalah rating material yang akan sangat sulit dihancurkan.

Berlian dengan segala kemuliaannya

Sebuah contoh klasik tentang kekuatan, tersangkut di buku teks dan kepala. Kekerasannya berarti tahan gores. Pada skala Mohs (skala kualitatif yang mengukur ketahanan berbagai mineral), berlian menunjukkan hasil 10 (skalanya berkisar dari 1 hingga 10, dengan 10 sebagai nilai tertinggi padat). Berlian sangat keras sehingga berlian lain harus digunakan untuk memotongnya.

Jaring yang dapat menghentikan airbus

Sering disebut sebagai bahan biologis paling kompleks di dunia (meskipun klaim ini kini dibantah oleh para penemunya), jaring Darwin lebih kuat dari baja dan memiliki kekakuan yang lebih besar daripada Kevlar. Bobotnya pun tak kalah luar biasa: seutas benang yang cukup panjang untuk mengelilingi Bumi hanya berbobot 0,5 kg.

Aerographite dalam paket reguler

Busa sintetis ini merupakan salah satu bahan bangunan paling ringan di dunia. Aerografit sekitar 75 kali lebih ringan dari busa polistiren (tetapi jauh lebih kuat!). Bahan ini dapat dikompres hingga 30 kali ukuran aslinya tanpa merusak strukturnya. Lain poin yang menarik: Aerographite dapat menopang 40.000 kali beratnya sendiri.

Kaca saat uji tabrak

Zat ini dikembangkan oleh para ilmuwan di California. Kaca mikroalloy memiliki kombinasi kekakuan dan kekuatan yang hampir sempurna. Alasannya adalah struktur kimianya mengurangi kerapuhan kaca, namun tetap mempertahankan kekakuan paladium.

Bor tungsten

Tungsten karbida sangat keras dan memiliki kekakuan yang tinggi secara kualitatif, tetapi cukup rapuh dan mudah ditekuk.

Silikon karbida dalam bentuk kristal

Bahan ini digunakan untuk membuat baju besi untuk tank tempur. Faktanya, ini digunakan di hampir semua hal yang dapat melindungi dari peluru. Ia memiliki tingkat kekerasan Mohs 9 dan juga memiliki ekspansi termal yang rendah.

Struktur molekul boron nitrida

Sekuat intan, boron nitrida kubik memiliki satu keunggulan penting: tidak larut dalam nikel dan besi suhu tinggi. Oleh karena itu, dapat digunakan untuk mengolah unsur-unsur ini (berlian berbentuk nitrida dengan besi dan nikel pada suhu tinggi).

Kabel Dyneema

Dianggap sebagai serat terkuat di dunia. Anda mungkin terkejut dengan fakta ini: Dainima lebih ringan dari air, tapi bisa menghentikan peluru!

Tabung paduan

Paduan titanium sangat fleksibel dan memiliki kekuatan tarik yang sangat tinggi, namun tidak memiliki kekakuan yang sama dengan paduan baja.

Logam amorf mudah berubah bentuk

Liquidmetal dikembangkan oleh Caltech. Terlepas dari namanya, logam ini tidak cair dan suhu kamar memiliki tingkat kekuatan dan ketahanan aus yang tinggi. Saat dipanaskan, paduan amorf dapat berubah bentuk.

Kertas di masa depan mungkin lebih keras daripada berlian

Penemuan terbaru ini dibuat dari pulp kayu, namun memiliki tingkat kekuatan yang lebih besar dari baja! Dan jauh lebih murah. Banyak ilmuwan menganggap nanoselulosa sebagai alternatif yang murah dibandingkan kaca paladium dan serat karbon.

cangkang piring

Kami telah menyebutkan sebelumnya bahwa laba-laba Darwin memintal benang dari beberapa bahan organik terkuat di Bumi. Meski demikian, gigi keong mas ternyata lebih kuat dari jaringnya. Gigi limpet sangat keras. Alasan dari karakteristik menakjubkan ini adalah tujuannya: mengumpulkan alga dari permukaan batu dan karang. Para ilmuwan percaya bahwa di masa depan kita dapat meniru struktur berserat gigi keong dan menggunakannya dalam industri otomotif, kapal laut, dan bahkan industri penerbangan.

Tahap roket yang banyak komponennya mengandung baja maraging

Zat ini memadukan kekuatan dan kekakuan tingkat tinggi tanpa kehilangan elastisitas. Paduan baja jenis ini digunakan dalam teknologi manufaktur dirgantara dan industri.

Kristal osmium

Osmium sangat padat. Ini digunakan dalam pembuatan hal-hal yang membutuhkan level tinggi kekuatan dan kekerasan (kontak listrik, gagang ujung, dll.).

Helm Kevlar menghentikan peluru

Digunakan dalam segala hal mulai dari drum hingga rompi antipeluru, Kevlar identik dengan ketangguhan. Kevlar merupakan salah satu jenis plastik yang mempunyai kekuatan tarik yang sangat tinggi. Faktanya, jumlahnya sekitar 8 kali lebih besar dari itu kabel baja! Itu juga dapat menahan suhu sekitar 450℃.

Pipa spektrum

Polietilen berkinerja tinggi sungguh plastik tahan lama. Benang yang ringan dan kuat ini mampu menahan tegangan yang luar biasa dan sepuluh kali lebih kuat dari baja. Mirip dengan Kevlar, Spectra juga digunakan untuk rompi tahan balistik, helm, dan kendaraan lapis baja.

Layar graphene yang fleksibel

Selembar graphene (alotrop karbon) setebal satu atom 200 kali lebih kuat dari baja. Meskipun graphene terlihat seperti plastik, namun sungguh menakjubkan. Dibutuhkan bus sekolah yang menyeimbangkan pensil untuk menembusnya lembar standar A1 dari bahan ini!

Teknologi baru yang dapat merevolusi pemahaman kita tentang kekuatan

Nanoteknologi ini terbuat dari tabung karbon yang 50.000 kali lebih tipis dari rambut manusia. Ini menjelaskan mengapa baja ini 10 kali lebih ringan dari baja tetapi 500 kali lebih kuat.

paduan mikrolattice secara teratur digunakan di satelit

Logam paling ringan di dunia, kisi mikro logam juga merupakan salah satu bahan struktur paling ringan di Bumi. Beberapa ilmuwan mengklaim bahwa busa ini 100 kali lebih ringan dari busa polistiren! Bahan berpori namun sangat kuat, digunakan di banyak bidang teknologi. Boeing telah menyebutkan penggunaannya di pesawat, terutama di lantai, kursi, dan dinding.

model tabung nano

Karbon nanotube (CNT) dapat digambarkan sebagai “serat berongga silinder mulus” yang terdiri dari lembaran molekul grafit murni yang digulung. Hasilnya adalah bahan yang sangat ringan. Pada skala nano, tabung nano karbon memiliki kekuatan 200 kali lipat dari baja.

Airbrush yang fantastis bahkan sulit untuk dijelaskan!

Juga dikenal sebagai graphene aerogel. Bayangkan kekuatan graphene dipadukan dengan bobot ringan yang tak terbayangkan. Aerogel 7 kali lebih ringan dari udara! Bahan luar biasa ini dapat pulih sepenuhnya dari kompresi lebih dari 90% dan dapat menyerap minyak hingga 900 kali beratnya. Bahan ini diharapkan dapat digunakan untuk membersihkan tumpahan minyak.

Gedung Utama Politeknik Massachusetts

Pada saat tulisan ini dibuat, para ilmuwan di MIT yakin mereka telah menemukan rahasia untuk memaksimalkan kekuatan 2D graphene dalam 3D. Bahannya yang belum disebutkan namanya mungkin memiliki kepadatan sekitar 5% baja, tetapi kekuatannya 10 kali lipat.

Struktur molekul karbina

Meskipun merupakan rantai atom tunggal, carbyne memiliki kekuatan tarik dua kali lipat dari graphene dan tiga kali lipat kekakuan berlian.

tempat lahirnya boron nitrida

Bahan alami ini diproduksi di kawah gunung berapi aktif dan 18% lebih kuat dari berlian. Ini adalah salah satu dari dua zat alami yang saat ini ditemukan lebih keras daripada berlian. Masalahnya adalah kandungan zat ini tidak banyak, dan sekarang sulit untuk mengatakan dengan pasti apakah pernyataan ini 100% benar.

Meteorit adalah sumber utama lonsdaleite

Juga dikenal sebagai berlian heksagonal, zat ini terdiri dari atom karbon, tetapi susunannya berbeda. Bersama dengan wurtzite boron nitride, ini adalah salah satu dari dua bahan alami yang lebih keras dari berlian. Faktanya, Lonsdaleite 58% lebih keras! Namun, seperti zat sebelumnya, zat ini ditemukan dalam volume yang relatif kecil. Kadang-kadang terjadi ketika meteorit grafit bertabrakan dengan planet Bumi.

Masa depan sudah dekat, sehingga pada akhir abad ke-21 kita dapat memperkirakan munculnya material ultra-kuat dan ultra-ringan yang akan menggantikan Kevlar dan berlian. Sementara itu, kita hanya bisa terkesima dengan perkembangan teknologi modern.

Dan itu adalah bahan paling ringan, juga dikenal sebagai “asap beku”, selama lebih dari 80 tahun.

Tahun lalu, digantikan oleh material lain yang disebut aerographite. Ini adalah busa sintetis yang terdiri dari serat karbon berbentuk tabung. Kepadatannya mencapai 0,18 mg/cm3. Namun bahan ini tidak bertahan lama di telapak tangan.

Baru-baru ini, bahan lain telah dibuat, yang disebut graphene aerogel.

Itu diciptakan oleh sekelompok ilmuwan dari Universitas Zhejiang. Kepadatannya lebih rendah dibandingkan gas helium dan sedikit lebih tinggi dibandingkan gas helium gas hidrogen. Kepadatannya adalah 0,16 mg/cm3. Graphene digunakan untuk membuatnya. Para ilmuwan menggunakan metode pengeringan beku. Hasilnya, spons berpori karbon tercipta yang sepenuhnya mengikuti bentuk yang diberikan. Aerogel graphene yang dihasilkan tidak hanya merupakan bahan paling ringan, tetapi juga sangat kuat dan elastis. Ia mampu menyerap bahan organik. Misalnya, dalam satu detik ia menyerap 68,8 g minyak, sehingga dapat digunakan untuk membersihkan tumpahan minyak dari lautan.

“Tidak menutup kemungkinan suatu saat ketika terjadi tumpahan minyak, kita bisa memanfaatkan bahan tersebut untuk cepat menyerapnya. Karena elastisitasnya... aerogel dapat didaur ulang"

Selain itu, dapat digunakan dalam sistem penyimpanan energi, serta sebagai katalis untuk sejumlah reaksi kimia.

Untuk menunjukkan betapa ringannya bahan tersebut, para ilmuwan menempatkannya pada kelopak bunga sakura.

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 digunakan dalam produksi pelindung tubuh, material baru ini juga dapat digunakan dalam sistem kontrol penerbangan, sensor, dan 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 ringan, pelindung tank, dan bahan bangunan yang tahan lama. 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 sebagai bahan paling tahan lama yang pernah 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.

Paling logam 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 ditemukan di kerak bumi sebesar 0,02 persen, yang merupakan jumlah yang signifikan. 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 pelapis anti korosi dan dekoratif. Meteorit batu yang jatuh ke bumi sangat kaya akan kromium.

Pohon paling 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.

Paling bahan tahan lama di Alam Semesta

Bahan yang paling tahan lama dan sekaligus paling ringan di 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.