Çinli bilim adamları tarafından tek kelimeyle mükemmel bir keşif yapıldı. Dünyadaki en hafif malzemeyi dünyaya ortaya çıkaranlar onlardı. Kütlesi o kadar küçüktür ki çiçeğin yaprakları üzerinde kolaylıkla tutulur. Şaşırtıcı malzemenin bileşimi grafen oksit ve liyof içerir

Çinli bilim adamları tarafından tek kelimeyle mükemmel bir keşif yapıldı. Dünyadaki en hafif malzemeyi dünyaya ortaya çıkaranlar onlardı. Kütlesi o kadar küçüktür ki çiçeğin yaprakları üzerinde kolaylıkla tutulur. Şaşırtıcı malzeme grafen oksit ve liyofilize karbon içeriyor. Grafen maddesi ilginç bir süngerimsi yapıya sahiptir ve ağırlığı yalnızca 0,16 mg/cm3'tür. Bu aerojel yapısı sayesinde malzeme dünyadaki en hafif katı malzemedir. Bu eşsiz keşif için şimdiden pek çok pratik ve inanılmaz keşif öngörülüyor. Doğal haliyle grafen iki boyutlu bir kristaldir. Ayrıca dünyadaki en ince el yapımı malzemedir. Düşünün ki 1 milimetrelik bir sütun yüksekliği elde etmek için 3 milyon levha mucizevi malzemenin bire bir katlanması gerekiyor. Ancak böyle bir yapı ilk bakışta kırılgandır, ancak hiç de öyle değildir.
Grafen ayrıca inanılmaz derecede dayanıklı ve güçlüdür. Böyle bir malzemeden bir tabaka, bir kalınlık naylon poşet, bir filin ağırlığını kolaylıkla taşıyabilir. Ancak grafenin tüm avantajları bu değil. İnanılmaz sağlamlığının ve sağlamlığının yanı sıra şaşırtıcı derecede esnektir. Yapıda herhangi bir kayıp veya bozulma olmaksızın malzeme toplam boyutunun %20'si kadar esneyebilmektedir. Üstelik bilim insanları yakın zamanda grafenin başka bir benzersiz özelliğini keşfetmeyi başardılar. Suyu filtrelemek, çeşitli zararlı gazları ve sıvıları malzemenin içinde hapsetmek için kullanılabilir.

En hafif ve son derece dayanıklı malzemeler inşaatın geleceği olarak adlandırılıyor. Bu malzemeler, tıbbi teknolojilerden ulaşıma kadar insan yaşamının her alanında daha enerji verimli ve çevre dostu nesneler yaratılmasına yardımcı olacak.

Pek çok kişi arasında yenilikçi malzemeler Yakın zamana kadar sadece bilim kurgu gibi görünen bu kitaplar özellikle gelişmiş ve ümit vericidir:

3 boyutlu grafen

Saf karbondan yapılan bu ultra ince grafen, dünyadaki en güçlü malzemelerden biri olarak kabul ediliyor. Ancak son zamanlarda MIT'deki araştırmacılar iki boyutlu grafeni üç boyutlu bir yapıya dönüştürmeyi başardılar. Süngerimsi yapıya sahip yeni bir malzeme yarattılar. 3D grafenin yoğunluğu çeliğin yalnızca yüzde 5'i kadardır ancak özel yapısı nedeniyle çelikten 10 kat daha güçlüdür.

Yaratıcılara göre 3 boyutlu grafenin birçok alanda kullanım potansiyeli büyük.

Yaratma teknolojisine gelince, polimerlerden tutun da diğer malzemelere de uygulanabiliyor. yapısal beton. Bu sadece daha güçlü ve daha hafif yapılar üretmekle kalmayacak, aynı zamanda yalıtım özelliklerini de arttıracaktır. Ayrıca su veya kimya tesislerinden kaynaklanan atıklar için filtreleme sistemlerinde gözenekli yapılar kullanılabilmektedir.

Karabin

Geçtiğimiz baharda Avusturyalı araştırmacılardan oluşan bir ekip, bilinen en güçlü malzeme olan ve hatta grafenden bile üstün olan bir karbon türü olan Carbyne'i başarıyla sentezledi.

Carbyne, kimyasal olarak reaktif olan ve sentezlenmesini çok zorlaştıran tek boyutlu bir karbon atomu zincirinden oluşur. Esnek olmayan malzemenin karbon nanotüplerden iki kat daha güçlü olduğuna inanılıyor. Carbyne nanomekanik, nano ve mikroelektronikte kullanılabilir.

Aerografit

Gözenekli karbon tüplerden oluşan bir ağdan yapılan airgrafit, sentetik bir köpüktür. Şimdiye kadar yaratılmış en hafif yapısal malzemelerden biridir. Aerografit, Kiel Üniversitesi'nden araştırmacılar tarafından geliştirildi ve Teknik Üniversite Hamburg. Aerografit üretilebilir çeşitli formlar yoğunluğu yalnızca 180 g/m3'tür, bu da genleşmiş polistirenden 75 kat daha hafiftir. Bu malzeme, lityum iyon pillerin elektrotlarında ağırlıklarını azaltmak için kullanılabilir.

Airbrush

Grafen aerojel olarak da bilinen bu malzeme, yalnızca 0,16 mlg/cm3 yoğunluğa sahip, yani havanın yoğunluğundan 7,5 kat daha az olan hafif bir malzemedir. Ayrıca oldukça elastik bir malzemedir ve ağırlığının 900 katı kadar yağ ve su emebilmektedir. Airgrafenin bu özelliği çok önemlidir: okyanuslardaki petrol sızıntılarını emebilecektir.

Argonne'lu araştırmacılar tarafından halihazırda test edilen benzer özelliklere sahiptir.

Dünyanın en hafif malzemesi 8 Ocak 2014

Dünyadaki en son haberleri takip ediyorsanız modern teknolojiler, o zaman bu materyal sizin için büyük bir haber olmayacak. Ancak dünyadaki en hafif malzemeye daha yakından bakıp birkaç detayı daha öğrenmekte fayda var.

Bir yıldan az bir süre önce dünyanın en hafif malzemesi unvanı aerografit adı verilen bir malzemeye verildi. Ancak bu malzeme uzun süre avuçta kalmayı başaramadı, yakın zamanda yerini grafen aerojel adı verilen başka bir karbon malzeme aldı. Profesör Gao Chao liderliğindeki Zhejiang Üniversitesi Polimer Bilimi ve Teknolojisi Laboratuvarı'ndan bir araştırma ekibi tarafından oluşturulan ultra hafif grafen aerojel, helyum gazından biraz daha düşük ve hidrojen gazından biraz daha yüksek bir yoğunluğa sahiptir.

Bir malzeme sınıfı olarak aerojeller, 1931 yılında mühendis ve kimyager Samuel Stephens Kistler tarafından geliştirilmiş ve üretilmiştir. O tarihten bu yana bilim insanları çeşitli kuruluşlar pratik kullanım açısından şüpheli değerlerine rağmen bu tür materyallerin araştırma ve geliştirmesini gerçekleştirdi. “Donmuş duman” olarak adlandırılan, çok duvarlı karbon nanotüplerden oluşan ve yoğunluğu 4 mg/cm3 olan aerojel, en çok ünvanını kaybetti. hafif malzeme 2011 yılında 0,9 mG/cm3 yoğunluğa sahip metal mikro kafes malzemesine geçiş yapıldı. Bir yıl sonra ise en hafif malzeme unvanı aerografit adı verilen yoğunluğu 0,18 mg/cm3 olan karbon malzemeye geçti.

Profesör Chao'nun ekibi tarafından oluşturulan en hafif malzeme unvanının yeni sahibi grafen aerojel, 0,16 mg/cm3 yoğunluğa sahip. Böyle bir şey yaratmak için hafif malzeme bilim adamları en şaşırtıcı ve en şaşırtıcı yöntemlerden birini kullandılar ince malzemeler bugün - grafen. Ekip, "tek boyutlu" grafen fiberler ve iki boyutlu grafen şeritler gibi mikroskobik malzemeler oluşturma konusundaki deneyimlerini kullanarak, grafenin iki boyutuna başka bir boyut eklemeye ve toplu gözenekli bir grafen malzeme oluşturmaya karar verdi.

Çinli bilim insanları, solvent malzemesi kullanan ve genellikle çeşitli aerojellerin yapımında kullanılan şablon üretim yöntemi yerine, dondurarak kurutma yöntemini kullandılar. Aşağıdakilerden oluşan bir cooloid çözeltisinin dondurularak kurutulması sıvı dolgu ve grafen parçacıkları, şekli verilen şekli neredeyse tamamen tekrarlayan karbon bazlı gözenekli bir sünger oluşturmayı mümkün kıldı.

Profesör Chao, "Şablon kullanmaya gerek yok; oluşturduğumuz ultra hafif karbon malzemenin boyutu ve şekli yalnızca kabın şekline ve boyutuna bağlıdır" diyor ve şöyle devam ediyor: "Üretilen aerojel miktarı yalnızca kabın boyutuna bağlıdır. binlerce santimetreküple ölçülen bir hacme sahip olabilen kap.

Ortaya çıkan grafen aerojel son derece güçlü ve elastik bir malzemedir. Kendi ağırlığının 900 katına kadar ağırlığa sahip, yağ da dahil olmak üzere organik malzemeleri yüksek bir emme oranında emebilir. Bir gram aerojel, yalnızca bir saniyede 68,8 gram yağı emer ve bu da onu okyanus yağı ve petrol ürünleri için emici olarak kullanım açısından cazip bir malzeme haline getirir.

Grafen aerojel, yağ emici görevi görmenin yanı sıra, bazı enerji depolama sistemlerinde katalizör olarak kullanım potansiyeline de sahiptir. kimyasal reaksiyonlar ve karmaşık kompozit malzemeler için dolgu maddesi olarak.

Osmiyum şu anda gezegendeki en ağır madde olarak tanımlanıyor. Bu maddenin sadece bir santimetreküpü 22,6 gram ağırlığındadır. 1804 yılında İngiliz kimyager Smithson Tennant tarafından keşfedildi; altın bir test tüpünde çözüldüğünde bir çökelti kaldı. Bu, osmiyumun özelliği nedeniyle oldu; alkaliler ve asitlerde çözünmez.

Gezegendeki en ağır element

Mavimsi beyaz metalik bir tozdur. Doğada altısı kararlı ve biri kararsız olmak üzere yedi izotop halinde bulunur. Yoğunluğu santimetreküp başına 22,4 gram olan iridyumdan biraz daha yoğundur. Bugüne kadar keşfedilen materyaller arasında dünyadaki en ağır madde osmiyumdur.

Lantan, itriyum, skandiyum ve diğer lantanitler grubuna aittir.

Altın ve elmastan daha pahalı

Çok az bir kısmı çıkarılıyor; yılda yaklaşık on bin kilogram. En büyük osmiyum kaynağı olan Dzhezkazgan yatağı bile yaklaşık on milyonda üç parça içeriyor. Dünyadaki nadir metalin piyasa değeri gram başına yaklaşık 200 bin dolara ulaşıyor. Ayrıca saflaştırma işlemi sırasında elementin maksimum saflığı yüzde yetmiş civarındadır.

Her ne kadar Rus laboratuvarları yüzde 90,4 saflık elde etmeyi başarsa da metal miktarı birkaç miligramı geçmiyordu.

Dünya gezegeninin ötesindeki madde yoğunluğu

Osmiyum şüphesiz gezegenimizdeki en ağır elementlerin lideridir. Ancak bakışımızı uzaya çevirirsek, dikkatimiz ağır elementlerin “kralımız”dan daha ağır birçok maddeyi ortaya çıkaracaktır.

Gerçek şu ki, Evrende Dünya'dakinden biraz farklı koşullar var. Serinin yerçekimi o kadar büyüktür ki madde inanılmaz derecede yoğunlaşır.

Atomun yapısını düşünürsek atomlar arası dünyadaki mesafelerin bir bakıma gördüğümüz uzayı anımsattığını görürüz. Gezegenlerin, yıldızların ve diğerlerinin oldukça uzak mesafede olduğu yer. Gerisi boşluk tarafından işgal edilmiştir. Bu tam olarak atomların sahip olduğu yapıdır ve güçlü yerçekimi ile bu mesafe oldukça önemli ölçüde azalır. Bazı temel parçacıkların diğerlerine "bastırılmasına" kadar.

Nötron yıldızları süper yoğun uzay nesneleridir

Dünyamızın ötesini araştırarak uzaydaki en ağır maddeyi nötron yıldızlarında bulabiliriz.

Bunlar, olası yıldız evrimi türlerinden biri olan oldukça benzersiz uzay sakinleridir. Bu tür nesnelerin çapı 10 ila 200 kilometre arasında değişmekte olup, kütlesi Güneşimize eşit veya 2-3 kat daha fazladır.

Bu kozmik cisim esas olarak akan nötronlardan oluşan bir nötron çekirdeğinden oluşur. Her ne kadar bazı bilim adamlarının varsayımlarına göre katı hal Bugün güvenilir bir bilgi mevcut değil. Bununla birlikte, sıkıştırma sınırına ulaştıktan sonra 10 43 -10 45 jul mertebesinde muazzam bir enerji salınımına dönüşenlerin nötron yıldızları olduğu bilinmektedir.

Böyle bir yıldızın yoğunluğu, örneğin Everest Dağı'nın ağırlığıyla karşılaştırılabilir. Kibrit kutusu. Bu, bir milimetreküpte yüz milyarlarca tondur. Örneğin madde yoğunluğunun ne kadar yüksek olduğunu daha net anlatmak için kütlesi 5,9 × 1024 kg olan gezegenimizi ele alalım ve onu bir nötron yıldızına “çevirelim”.

Sonuç olarak yoğunluğu eşitlemek için nötron yıldızı 7-10 santimetre çapında sıradan bir elma boyutuna küçültülmesi gerekiyor. Merkeze doğru ilerledikçe benzersiz yıldız nesnelerinin yoğunluğu artar.

Katmanlar ve maddenin yoğunluğu

Yıldızın dış katmanı manyetosfer şeklinde temsil edilir. Hemen altında, maddenin yoğunluğu zaten santimetre küp başına yaklaşık bir tona ulaşıyor. Dünya hakkındaki bilgimiz göz önüne alındığında, şu an keşfedilen elementlerin en ağır maddesidir. Ancak sonuçlara varmak için acele etmeyin.

Eşsiz yıldızlarla ilgili araştırmamıza devam edelim. Pulsar olarak da adlandırılıyorlar çünkü yüksek hız kendi ekseni etrafında dönmesi. Çeşitli nesneler için bu gösterge saniyede birkaç on ila yüzlerce devir arasında değişir.

Süper yoğun konusunu incelemeye devam edelim kozmik cisimler. Bunu, metal özelliklerine sahip olan ancak davranış ve yapı bakımından muhtemelen benzer olan bir katman takip eder. Kristaller, Dünyasal maddelerin kristal kafesinde gördüğümüzden çok daha küçüktür. 1 santimetrelik kristallerden oluşan bir çizgi oluşturmak için 10 milyardan fazla element yerleştirmeniz gerekecek. Bu katmandaki yoğunluk, dış katmandaki yoğunluktan bir milyon kat daha fazladır. Bu yıldızdaki en ağır malzeme değil. Daha sonra yoğunluğu öncekinden bin kat daha fazla olan nötron bakımından zengin bir katman gelir.

Nötron yıldızı çekirdeği ve yoğunluğu

Aşağıda çekirdek var, burası yoğunluğun maksimuma ulaştığı yer; üstteki katmandan iki kat daha yüksek. Temel konu Gök cismi fizik tarafından bilinen tüm temel parçacıklardan oluşur. Böylece uzaydaki en ağır maddeyi bulmak amacıyla bir yıldızın çekirdeğine yaptığımız yolculuğun sonuna geldik.

Evrendeki yoğunluk bakımından benzersiz maddeleri arama görevi tamamlanmış gibi görünüyor. Ancak uzay gizemlerle ve keşfedilmemiş olaylarla, yıldızlarla, gerçeklerle ve desenlerle doludur.

Evrendeki kara delikler

Bugün zaten açık olanlara dikkat etmelisiniz. Bunlar kara delikler. Belki bunlardır gizemli nesneler Evrendeki en ağır maddenin onların bileşeni olduğunu iddia edenler olabilir. Kara deliklerin çekim kuvvetinin o kadar güçlü olduğunu ve ışığın kaçamayacağını unutmayın.

Bilim adamlarına göre uzay-zaman bölgesine çekilen madde o kadar yoğunlaşıyor ki, aralarındaki boşluklar temel parçacıklar kalmıyor.

Ne yazık ki, olay ufkunun ötesinde (ışık ve yerçekiminin etkisi altındaki herhangi bir nesnenin ayrılamadığı sözde sınır) Kara delik) parçacık akılarının emisyonlarına dayanan tahminlerimiz ve dolaylı varsayımlarımız aşağıdadır.

Bazı bilim insanları olay ufkunun ötesinde uzay ve zamanın karıştığını öne sürüyor. Başka bir Evrene “geçiş” olabileceğine dair bir görüş var. Belki de bu doğrudur, ancak bu sınırların ötesinde tamamen yeni yasalarla başka bir alanın açılması oldukça olasıdır. Zamanın mekânla “yer” alışverişinde bulunduğu bir alan. Geleceğin ve geçmişin konumu basitçe takip etme seçimiyle belirlenir. Sağa veya sola gitme tercihimiz gibi.

Evrende kara deliklerde zaman yolculuğunda ustalaşmış uygarlıkların olması potansiyel olarak mümkündür. Belki gelecekte Dünya gezegenindeki insanlar zamanda yolculuğun sırrını keşfedecekler.

Her biriniz elmasın bugün sertlik standardı olmaya devam ettiğini biliyorsunuz. Yeryüzünde bulunan malzemelerin mekanik sertliğini belirlerken, elmasın sertliği standart olarak alınır: Mohs yöntemiyle - yüzey numunesi şeklinde, Vickers veya Rockwell yöntemleriyle - girinti olarak ölçüldüğünde (daha fazlası olarak) sağlam daha az sertliğe sahip bir cismi incelerken). Günümüzde sertliği elmasın özelliklerine yaklaşan birçok malzeme bulunmaktadır.

Bu durumda karşılaştırın orijinal malzemeler Malzemenin 40 GPa'nın üzerindeki değerlerde süper sert olduğu düşünüldüğünde, Vickers yöntemine göre mikro sertliklerine dayanmaktadır. Malzemelerin sertliği, numune sentezinin özelliklerine veya ona uygulanan yükün yönüne bağlı olarak değişebilir.

Sertlik değerlerinde 70 ila 150 GPa arasındaki dalgalanmalar katı malzemeler için genel olarak belirlenmiş bir kavramdır, ancak 115 GPa referans değer olarak kabul edilir. Doğada bulunan elmas dışındaki en sert 10 malzemeye bakalım.

10. Bor suboksit (B 6 O) - 45 GPa'ya kadar sertlik

Bor suboksit, ikosahedron şeklinde taneler oluşturma yeteneğine sahiptir. Oluşan taneler, izole edilmiş kristaller veya yarı kristallerin çeşitleri değil, iki düzine çift tetrahedral kristalden oluşan tuhaf ikiz kristallerdir.

10. Renyum diborür (ReB 2) - sertlik 48 GPa

Birçok araştırmacı bu malzemenin süper sert bir malzeme türü olarak sınıflandırılıp sınıflandırılamayacağını sorguluyor. Bunun nedeni çok sıra dışı Mekanik özellikler bağlantılar.

Farklı atomların katman katman değişimi bu malzemeyi anizotropik hale getirir. Bu nedenle, farklı kristalografik düzlem türlerinin varlığında sertlik ölçümleri farklıdır. Böylece, düşük yüklerde renyum diborür testleri 48 GPa'lık bir sertlik sağlar ve yükün artmasıyla sertlik çok daha düşük hale gelir ve yaklaşık 22 GPa olur.

8. Magnezyum alüminyum borür (AlMgB 14) - 51 GPa'ya kadar sertlik

Bileşim, düşük kayma sürtünmesine sahip alüminyum, magnezyum, bor karışımının yanı sıra yüksek sertlik. Bu nitelikler, yağlama olmadan çalışan modern makine ve mekanizmaların üretimi için bir nimet olabilir. Ancak bu varyasyondaki malzemenin kullanılması hala aşırı derecede pahalı kabul ediliyor.

AlMgB14 - darbeli lazer biriktirme kullanılarak oluşturulan özel ince filmler, 51 GPa'ya kadar mikro sertliğe sahip olma özelliğine sahiptir.

7. Bor-karbon-silikon - 70 GPa'ya kadar sertlik

Böyle bir bileşiğin temeli, alaşıma optimum direnci ifade eden nitelikler sağlar. kimyasal etkiler Negatif tip ve Yüksek sıcaklık. Bu malzeme 70 GPa'ya kadar mikrosertliğe sahiptir.

6. Bor karbür B 4 C (B 12 C 3) - 72 GPa'ya kadar sertlik

Diğer bir malzeme ise bor karbürdür. Madde oldukça aktif olarak kullanılmaya başlandı farklı bölgeler 18. yüzyıldaki icadından hemen sonra endüstri.

Malzemenin mikro sertliği 49 GPa'ya ulaşıyor ancak yapıya argon iyonları eklenerek bu rakamın artırılabileceği kanıtlandı. kristal kafes– 72 GPa'ya kadar.

5. Karbon-bor nitrür - 76 GPa'ya kadar sertlik

Dünyanın her yerinden araştırmacılar ve bilim adamları uzun zamandır çok heceli süper kelimeleri sentezlemeye çalışıyorlar. sert malzemeler, somut sonuçlara zaten ulaşılmış durumda. Bileşiğin bileşenleri benzer büyüklükte bor, karbon ve nitrojen atomlarıdır. Malzemenin niteliksel sertliği 76 GPa'ya ulaşır.

4. Nanoyapılı kübonit - 108 GPa'ya kadar sertlik

Malzeme aynı zamanda kingsongite, borazon veya elbor olarak da adlandırılır ve aynı zamanda modern endüstride başarıyla kullanılan benzersiz niteliklere sahiptir. Elmas standardına yakın olan 80-90 GPa kübonit sertlik değerleri ile Hall-Petch yasasının gücü bunların önemli ölçüde artmasına neden olabilir.

Bu, kristal taneciklerin boyutu azaldıkça malzemenin sertliğinin arttığı anlamına gelir; bunu 108 GPa'ya kadar yükseltmek için belirli olasılıklar vardır.

3. Wurtzite bor nitrür - 114 GPa'ya kadar sertlik

Wurtzite kristal yapısı bu malzemeye yüksek sertlik sağlar. Yerel yapısal değişikliklerle, belirli bir tür yükün uygulanması sırasında, maddenin kafesindeki atomlar arasındaki bağlar yeniden dağıtılır. Bu anda malzemenin kalite sertliği %78 oranında artmaktadır.

Lonsdaleite, karbonun allotropik bir modifikasyonudur ve elmasla açık bir benzerliğe sahiptir. Katı algılandı doğal malzeme göktaşının bileşenlerinden biri olan grafitten oluşan bir göktaşı kraterindeydi, ancak rekor düzeyde bir güce sahip değildi.

Bilim adamları 2009 yılında yabancı maddelerin yokluğunun elmasın sertliğini aşan bir sertlik sağlayabileceğini kanıtladılar. Bu durumda wurtzite bor nitrürde olduğu gibi yüksek sertlik değerleri elde edilebilir.

Polimerize fullerit, günümüzde bilimin bildiği en sert malzeme olarak kabul edilmektedir. Bu, düğümleri tek tek atomlardan ziyade tüm moleküllerden oluşan yapılandırılmış bir moleküler kristaldir.

Fullerit, 310 GPa'ya kadar bir sertliğe sahiptir ve elmas yüzeyini normal plastik gibi çizebilir. Gördüğünüz gibi elmas artık dünyadaki en sert doğal malzeme değil; daha sert bileşikler bilimin elinde.

Bunlar dünyadaki en sert malzemeler olsa da, bilim tarafından bilinen. Yakında kimya/fizik alanında daha yüksek sertliğe ulaşmamızı sağlayacak yeni keşiflerin ve atılımların bizi beklemesi oldukça muhtemel.