Önce hafif ve ağır malzemeler. Dünyanın en sağlam malzemesi nedir? en dayanıklı ağaç

Dünyanın en hafif malzemesi 8 Ocak 2014

Dünyadaki haberleri takip ederseniz modern teknolojiler, o zaman bu materyal sizin için büyük bir haber olmayacak. Ancak dünyanın en hafif maddesine daha yakından bakıp biraz daha detay öğrenmekte fayda var.

Bir yıldan daha kısa bir süre önce dünyanın en hafif malzemesi ünvanı airbrush denen bir malzemeye verildi. Ancak bu malzeme avuç içini uzun süre tutmayı başaramadı, çok uzun zaman önce grafen aerojel adı verilen başka bir karbon malzeme tarafından yakalandı. Profesör Gao Chao liderliğindeki Zhejiang Üniversitesi Polimer Bilimi ve Teknolojisi Bölümü laboratuvarında 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 zamandan beri, bilim adamları çeşitli kuruluşlar pratik kullanım açısından şüpheli değerlerine rağmen, bu tür malzemelerin araştırma ve geliştirmesini gerçekleştirdi. "Donmuş duman" olarak adlandırılan ve 4 mg/cm3 yoğunluğa sahip çok katmanlı karbon nanotüplerden oluşan aerojel, en çok ünvanını kaybetti. hafif malzeme 2011 yılında 0,9 mg/cm3 yoğunluğa sahip bir metal mikrokafes malzemesine geçilmiştir. Ve bir yıl sonra en hafif malzeme ünvanı, yoğunluğu 0,18 mg/cm3 olan, aerografit adı verilen bir karbon malzemeye geçti.

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

Çinli bilim adamları, çözücü madde kullanan ve genellikle çeşitli aerojellerin üretiminde kullanılan kalıplama yöntemi yerine dondurarak kurutma yöntemini kullandılar. Aşağıdakilerden oluşan bir soğutma sıvısı çözeltisinin dondurularak kurutulması sıvı dolgu ve grafen parçacıkları, şekli verilen şekli neredeyse tamamen tekrarlayan gözenekli bir karbon sünger oluşturmayı mümkün kıldı.

Profesör Chao, "Şablon kullanmaya gerek yok, oluşturduğumuz karbon ultra hafif malzemenin boyutu ve şekli yalnızca kabın şekline ve boyutlarına bağlıdır," diyor, "Üretilen aerojel miktarı yalnızca kabın boyutuna bağlıdır. binlerce kübik santimetre cinsinden ölçülen bir hacme sahip olabilir.

Ortaya çıkan grafen aerojel, son derece güçlü ve esnek bir malzemedir. Kendi ağırlığının 900 katını aşan yağ dahil organik maddeleri emebilir. yüksek hız emilim. Bir gram aerojel, 68,8 gram yağı sadece bir saniyede emer ve bu da onu okyanusa dökülen petrol için bir emici olarak kullanmak için cazip bir malzeme haline getirir.

Grafen aerojeli, bir yağ tutucu olarak hizmet etmenin yanı sıra, enerji depolama sistemlerinde, bazıları için bir katalizör olarak kullanılma potansiyeline sahiptir. kimyasal reaksiyonlar ve karmaşık kompozit malzemeler için bir dolgu maddesi olarak.

Alüminyum gibi ağırlığa göre hafif ve güçlü malzeme, ancak bor nitrür nanotüplerin kullanılması nedeniyle neredeyse 25 kat daha güçlü.

Tanım:

Bor nitrür nanotüpler yapısal analoglardır karbon nanotüpler. Bor nitrür ( kimyasal formül: BN), bor ve nitrojenin ikili bir bileşiğidir. Bor nitrür, karbon gibi, nanotüpler oluşturmak için silindirlere yuvarlanan bir atom kalınlığında levhalar oluşturabilir.

Bor nitrür nanotüpleri. Ölçek çubuğu - 1 mikrometre:

Kompozit türleri:

– nanotüpler üzerinde metal biriktirme ile oluşturulan nanokompozitler;

– sıradan alüminyum gibi görünen ince bir şerit, ancak içinde nanoyapılar gömülü. Bu yapıların mukavemeti çeliği 50 kat aşar.

Bor nitrür nanotüplerin avantajları:

- düz, elastik, konumlarının kontrol edilmesi daha kolaydır, tek tip ve buna bağlı olarak daha dayanıklı bir malzeme dokusu elde edilir;

– karbon nanotüplere kıyasla daha kararlıdır yüksek sıcaklıklar;

– nötron ve ultraviyole radyasyonu korumak için kullanılabilir;

– piezoelektrik özelliklere sahip - üretebilir elektrik şarjı gerildiğinde;

- Bor nitrür kimyasal olarak pasiftir, asitler ve solüsyonlarla zayıf reaksiyona girer.

Malzeme avantajları:

- ile yapılan ekipman ışık uygulaması ve dayanıklı malzeme, diğer önemli nitelikleri korurken daha kolay hale gelecektir;

– hafif ve hafif malzemeden yapılmış parçaları taşırken yakıt tüketiminin azaltılması kalıcı malzeme, hareket aralığını ve taşınan malların hacmini arttırır.

Hafif ve dayanıklı malzeme kullanılabilir:

– uçak yapımında;

– makine mühendisliğinde;

– v yapı değişen derecelerde karmaşıklık;

– biyotıpta vb.

Faaliyetinde, bir kişi kullanır çeşitli nitelikler maddeler ve malzemeler. Ve önemsiz olmayan, güçleri ve güvenilirlikleridir. Doğadaki ve yapay olarak yaratılan en sert maddeler bu yazımızda ele alınacaktır.

Yaygın olarak kabul edilen standart

Malzemenin mukavemetini belirlemek için Mohs ölçeği kullanılır - bir malzemenin sertliğini çizilmeye verdiği tepkiyle değerlendirmek için bir ölçek. Meslekten olmayanlar için en çok Katı madde- bu bir elmas. Şaşıracaksınız ama bu mineral en sertler arasında sadece 10. sırada bir yerlerde. Ortalama olarak, değerleri 40 GPa'nın üzerinde olan bir malzeme süper sert olarak kabul edilir. Ayrıca dünyanın en sert maddesini belirlerken, kaynağının niteliği de dikkate alınmalıdır. Aynı zamanda, güç ve kuvvet genellikle etkiye bağlıdır. dış etkenler onun üzerine.

dünyadaki en sert malzeme

Bu bölümde üzerinde duracağımız kimyasal bileşikler elmaslardan çok daha güçlü olan ve onu çizebilecek alışılmadık bir kristal yapıya sahip. İşte en az sert olandan başlayarak insanoğlunun yarattığı en sert 6 malzeme.

• Karbon nitrür - bor. Modern kimyanın bu başarısı, 76 GPa'lık bir güç indeksine sahiptir.
• Grafen aerojel (aerographene) - havadan 7 kat daha hafif bir malzeme, %90 sıkıştırmadan sonra şeklini geri kazanıyor. Kendi ağırlığının 900 katı kadar sıvı ve hatta yağ emebilen inanılmaz derecede dayanıklı bir malzeme. Bu malzemenin petrol sızıntılarında kullanılması planlanmaktadır.
• Grafen eşsiz bir buluş ve Evrendeki en dayanıklı malzemedir. Aşağıda onun hakkında biraz daha.
• Karbin, süper ince (1 atom) ve süper güçlü tüplerin yapıldığı allotropik karbonun doğrusal bir polimeridir. Uzun zamandır hiç kimse 100'den fazla atom uzunluğunda böyle bir tüp yapmayı başaramadı. Ancak Viyana Üniversitesi'nden Avusturyalı bilim adamları bu engeli aşmayı başardılar. Ayrıca, daha önce karabina küçük miktarlarda sentezlendiyse ve çok pahalıysa, bugün onu ton cinsinden sentezlemek mümkündür. Bu, uzay teknolojisi ve ötesi için yeni ufuklar açıyor.
• Elbor (kingsongite, cubonite, borazone), günümüzde metal işlemede yaygın olarak kullanılan nano tasarımlı bir bileşiktir. Sertlik - 108 GPa.

• Fullerite, dünyadaki en sert malzemedir. insan tarafından bilinen Bugün. 310 GPa'lık gücü, tek tek atomlardan değil, moleküllerden oluşmasıyla sağlanır. Bu kristaller, bir elması tereyağından bıçak gibi kolayca çizer.

İnsan elinin mucizesi

Grafen, karbonun allotropik modifikasyonlarına dayanan insanlığın başka bir icadıdır. Görünüşte - ince tabaka bir atom kalınlığında, ancak olağanüstü esnekliğe sahip çelikten 200 kat daha güçlü.

Bir filin onu delmek için kalemin ucunda durması gerektiğini söyledikleri grafen hakkında. Aynı zamanda elektrik iletkenliği, bilgisayar çiplerinin silikonundan 100 kat daha yüksektir. Çok yakında laboratuvarları terk edecek ve içeri girecek. gündelik Yaşam gibi Solar paneller, cep telefonları ve modern bilgisayar çipleri.

Doğadaki anormalliklerin çok nadir iki sonucu

Doğada inanılmaz güce sahip çok nadir bileşikler vardır.

• Bor nitrür, kristalleri belirli bir wurtzite şekline sahip olan bir maddedir. Atomlar arasındaki bağ yüklerinin uygulanmasıyla kristal kafes yeniden dağıtıldı, gücü %75 artırdı. Sertlik indeksi 114 GPa'dır. Bu madde volkanik patlamalar sırasında oluşur, doğada çok küçüktür.
• Lonsdaleite (ana fotoğrafta) allotropik bir karbon bileşiğidir. Malzeme bir göktaşı kraterinde bulundu ve patlama koşulları altında grafitten oluştuğu düşünülüyor. Sertlik indeksi 152 GPa'dır. Doğada nadiren bulunur.

yaban hayatı harikaları

Gezegenimizdeki canlılar arasında çok özel bir şeye sahip olanlar var.

• Caaerostris darwini'nin ağı. Darwin'in örümceğinin yaydığı iplik çelikten daha sağlam, Kevlardan daha serttir. NASA bilim adamları tarafından uzay koruyucu kıyafetlerin geliştirilmesinde benimsenen bu ağdı.
• Yumuşakça dişleri Deniz tabağı - lifli yapıları şu anda biyonikler tarafından inceleniyor. O kadar güçlüler ki, yumuşakçaların taşa dönüşmüş algleri parçalamasına izin veriyorlar.

huş ağacı

Doğanın bir başka mucizesi de Schmidt huş ağacıdır. Odunu biyolojik kökenli en sert olanıdır. Uzak Doğu'da Kedrovaya Pad Tabiatı Koruma Alanı'nda yetişir ve Kırmızı Kitap'ta listelenir. Mukavemet, demir ve dökme demir ile karşılaştırılabilir. Ancak aynı zamanda korozyona ve çürümeye maruz kalmaz.

Mermilerin bile delemeyeceği ahşabın yaygın kullanımı, olağanüstü nadirliği nedeniyle engellenmektedir.

Metallerin en serti

Beyaz-mavi bir metaldir - krom. Ancak gücü saflığına bağlıdır. Doğada, hiç de o kadar küçük olmayan% 0,02 içerir. Silikattan elde edilir kayalar. Dünya'ya düşen meteorlarda da çok miktarda krom bulunur.

Korozyona dayanıklı, ısıya dayanıklı ve refrakterdir. Krom, endüstride ve korozyon önleyici dekoratif kaplamalarda yaygın olarak kullanılan birçok alaşımın (krom çeliği, nikrom) bir bileşenidir.

Birlikte daha güçlü

Bir metal iyidir, ancak bazı kombinasyonlarda alaşıma inanılmaz özellikler vermek mümkündür.

Ultra güçlü titanyum ve altın alaşımı - tek güçlü malzeme canlı dokularla biyouyumlu olduğu kanıtlanmıştır. Beta-Ti3Au alaşımı o kadar güçlüdür ki havanda öğütülemez. Bunun çeşitli implantların, yapay eklemlerin ve kemiklerin geleceği olduğu bugünden bellidir. Ayrıca sondaj endüstrisinde, imalatta uygulanabilir. Spor ekipmanları ve hayatımızın diğer birçok alanında.

Paladyum, gümüş ve bazı metaloidlerden oluşan bir alaşım da benzer özelliklere sahip olabilir. Caltech Enstitüsü'nden bilim adamları şu anda bu proje üzerinde çalışıyorlar.

Çilesi 20 dolardan gelecek

Bugün ortalama bir insanın satın alabileceği en sert malzeme nedir? Sadece 20$'a 6 metrelik Braeön bandı satın alabilirsiniz. 2017'den beri üretici Dustin McWilliams'tan satışa sunuluyor. Kimyasal bileşim ve üretim yöntemi kesinlikle gizli tutulur, ancak nitelikleri şaşırtıcıdır.

Bant her şeyi bir arada tutabilir. Bunu yapmak için, sabitlenecek parçaların etrafına sarılmalı, sıradan bir çakmakla ısıtılmalı ve plastik bir bileşim verilmelidir. istenilen şekil ve tüm. Soğuduktan sonra derz 1 tonluk bir yüke dayanacaktır.

Hem sert hem yumuşak

2017'de, aynı zamanda en sert ve en yumuşak olan harika bir malzemenin yaratılması hakkında bilgi ortaya çıktı. Bu meta malzeme, Michigan Üniversitesi'nden bilim adamları tarafından icat edildi. Malzemenin yapısını kontrol etmeyi ve çeşitli özellikler sergilemesini sağlamayı başardılar.

Örneğin, onu araba yapmak için kullanırken, vücut hareket ederken sert ve çarpışırken yumuşak olacaktır. Vücut temas enerjisini emer ve yolcuyu korur.

Dayanıklı malzemeler geniş bir kullanım alanına sahiptir.

Temas halinde

Odnoklassniki

Sadece en sert metal değil, aynı zamanda en sert ve en güçlü ahşap ve en güçlü insan yapımı malzemeler var.

En dayanıklı malzemeler nerelerde kullanılır?

Ağır hizmet malzemeleri hayatın birçok alanında kullanılmaktadır. Bu nedenle, İrlanda ve Amerika'daki kimyagerler, dayanıklı tekstil liflerinin üretildiği bir teknoloji geliştirdiler.

Bu malzemenin ipliği elli mikrometre çapındadır. Bir polimer yardımıyla birbirine bağlanmış on milyonlarca nanotüpten oluşturulur.

Bu elektriği ileten elyafın gerilme mukavemeti, küre ören örümceğin ağının mukavemetinden üç kat daha fazladır. Ortaya çıkan malzeme, ultra hafif vücut zırhı ve spor ekipmanı yapmak için kullanılır.

Diğer bir dayanıklı malzemenin adı ise ABD Savunma Bakanlığı'nın emriyle oluşturulan ONNEX'tir. Yeni malzeme, kurşun geçirmez yelek üretiminde kullanımının yanı sıra uçuş kontrol sistemlerinde, sensörlerde ve motorlarda da kullanılabiliyor.

Bilim adamlarının geliştirdiği bir teknoloji var, bu sayede aerojellere dönüştürülerek dayanıklı, sert, şeffaf ve hafif malzemeler elde ediliyor.

Onlara dayanarak, hafif vücut zırhı, tanklar için zırh ve dayanıklı üretmek mümkündür. İnşaat malzemeleri. Novosibirsk bilim adamları, nanotübülen üretmenin mümkün olduğu yeni bir prensibe sahip bir plazma reaktörü icat ettiler - ağır hizmet yapay malzeme.

Bu malzeme yirmi yıl önce keşfedildi. Elastik kıvamda bir kütledir. Çıplak gözle görülemeyen pleksuslardan oluşur. Bu pleksusların duvarlarının kalınlığı bir atomdur.

Atomların “Rus yuvalama bebeği” ilkesine göre iç içe geçmiş olması, nanotübülü bilinen en dayanıklı malzeme yapmaktadır.

Bu malzeme betona, metale, plastiğe eklendiğinde, bunların mukavemeti ve elektrik iletkenliği önemli ölçüde artar. Nanotubulene, arabaları ve uçakları daha dayanıklı hale getirmeye yardımcı olacaktır. Yeni malzeme yaygın olarak üretilirse yollar, evler ve ekipmanlar çok dayanıklı hale gelebilir.

Onları yok etmek çok zor olacak. Nanotubulene, çok yüksek maliyeti nedeniyle henüz yaygın üretime girmedi. Ancak Novosibirsk bilim adamları, bu malzemenin maliyetini önemli ölçüde azaltmayı başardılar. Artık nanotübülen kilogram olarak değil, ton olarak üretilebiliyor.

en sert metal

Bilinen tüm metaller arasında krom en sertidir, ancak sertliği büyük ölçüde saflığına bağlıdır. Özellikleri korozyon direnci, ısı direnci ve refrakterliktir. Krom beyazımsı mavi bir metaldir. Brinell sertliği 70-90 kgf/cm2'dir.

erime noktası katı metal- yedi bin iki yüz kg / m3 yoğunlukta bin dokuz yüz yedi santigrat derece.

Bu metal içinde yerkabuğu yüzde 0,02 oranında, ki bu çok fazla. Genellikle krom demir taşı olarak bulunur. Krom silikat kayalardan çıkarılır.

Bu metal sanayide, krom çeliği, nikrom vb. ergitmede kullanılır. Korozyon önleyici olarak kullanılır ve dekoratif kaplamalar. Krom, Dünya'ya düşen taş meteorlar açısından çok zengindir.

En dayanıklı ağaç

Dökme demirden daha güçlü olan ve demirin gücüyle karşılaştırılabilecek ahşap vardır. "Schmidt's Birch" ten bahsediyoruz. Aynı zamanda Demir Huş olarak da adlandırılır. İnsanoğlu bundan daha dayanıklı ağaç bilmez. Uzak Doğu'dayken Schmidt adlı bir Rus botanikçi tarafından açılmıştır.

Bu tür özellikler nedeniyle, demir huş ağacı bazen metalin yerini alabilir, çünkü bu ahşap korozyona ve çürümeye maruz kalmaz. Demir huş ağacından yapılmış geminin gövdesi boyanamaz bile, gemi korozyondan zarar görmez, asitlerin etkisi de bundan korkmaz.

Schmidt'in huş ağacı kurşunla delinemez, onu baltayla kesemezsiniz. Gezegenimizdeki tüm huş ağaçlarından uzun ömürlü olan Demir Huş ağacıdır - dört yüz yıl yaşar.

Büyüme yeri Kedrovaya Pad Tabiatı Koruma Alanı'dır. Bu, Kırmızı Kitap'ta listelenen nadir bir korunan türdür. Bu kadar nadir olmasa, bu ağacın dayanıklı ahşabı her yerde kullanılabilirdi.

Ama en çok uzun ağaçlar dünyada sekoyalar çok dayanıklı bir malzeme değildir. Ancak uznayvse.ru'ya göre boyları 150 metreye kadar büyüyebilirler.

Evrendeki en güçlü malzeme

Evrenimizdeki en güçlü ve aynı zamanda en hafif malzeme grafendir. Bu, yalnızca bir atom kalınlığında, ancak elmastan daha güçlü ve elektrik iletkenliği bilgisayar çiplerinin silikonundan yüz kat daha yüksek olan bir karbon levhadır.

Dayanıklı malzemeler geniş bir kullanım alanına sahiptir. Sadece en sert metal değil, aynı zamanda en sert ve en güçlü ahşap ve en güçlü insan yapımı malzemeler var.

En dayanıklı malzemeler nerelerde kullanılır?

Bu elektriği ileten elyafın gerilme mukavemeti, küre ören örümceğin ağının mukavemetinden üç kat daha fazladır. Ortaya çıkan malzeme, ultra hafif vücut zırhı ve spor ekipmanı yapmak için kullanılır. Diğer bir dayanıklı malzemenin adı ise ABD Savunma Bakanlığı'nın emriyle oluşturulan ONNEX'tir. Yeni malzeme, kurşun geçirmez yelek üretiminde kullanılmasının yanı sıra uçuş kontrol sistemleri, sensörler ve motorlarda da kullanılabiliyor.

Bilim adamlarının geliştirdiği bir teknoloji var, bu sayede aerojellere dönüştürülerek dayanıklı, sert, şeffaf ve hafif malzemeler elde ediliyor. Temel olarak hafif vücut zırhı, tanklar için zırh ve dayanıklı yapı malzemeleri üretmek mümkündür.

Novosibirsk bilim adamları, ağır hizmet tipi bir yapay malzeme olan nanotübülen üretmenin mümkün olduğu yeni bir ilkeye sahip bir plazma reaktörü icat ettiler. Bu malzeme yirmi yıl önce keşfedildi. Elastik kıvamda bir kütledir. Çıplak gözle görülemeyen pleksuslardan oluşur. Bu pleksusların duvarlarının kalınlığı bir atomdur.

Atomların “Rus yuvalama bebeği” ilkesine göre iç içe geçmiş olması, nanotübülü bilinen en dayanıklı malzeme yapmaktadır. Bu malzeme betona, metale, plastiğe eklendiğinde, bunların mukavemeti ve elektrik iletkenliği önemli ölçüde artar. Nanotubulene, arabaları ve uçakları daha dayanıklı hale getirmeye yardımcı olacaktır. Yeni malzeme yaygın olarak üretilirse yollar, evler ve ekipmanlar çok dayanıklı hale gelebilir. Onları yok etmek çok zor olacak. Nanotubulene, çok yüksek maliyeti nedeniyle henüz yaygın üretime girmedi. Ancak Novosibirsk bilim adamları, bu malzemenin maliyetini önemli ölçüde azaltmayı başardılar. Artık nanotübülen kilogram olarak değil, ton olarak üretilebiliyor.

en sert metal

Bu metal sanayide, krom çeliği, nikrom vb. ergitmede kullanılır. Korozyon önleyici ve dekoratif kaplamalar için kullanılır. Krom, Dünya'ya düşen taş meteorlar açısından çok zengindir.

en dayanıklı ağaç

Ahşap, dökme demirin mukavemetini bir buçuk kat aşar, eğilme mukavemeti yaklaşık olarak demirin mukavemetine eşittir. Bu tür özellikler nedeniyle, demir huş ağacı bazen metalin yerini alabilir, çünkü bu ahşap korozyona ve çürümeye maruz kalmaz. Demir huş ağacından yapılmış geminin gövdesi boyanamaz bile, gemi korozyondan zarar görmez, asitlerin etkisi de bundan korkmaz.

Schmidt'in huş ağacı kurşunla delinemez, onu baltayla kesemezsiniz. Gezegenimizdeki tüm huş ağaçlarından uzun ömürlü olan Demir Huş ağacıdır - dört yüz yıl yaşar. Büyüme yeri Kedrovaya Pad Tabiatı Koruma Alanı'dır. Bu, Kırmızı Kitap'ta listelenen nadir bir korunan türdür. Bu kadar nadir olmasa, bu ağacın dayanıklı ahşabı her yerde kullanılabilirdi.

Ancak dünyanın en uzun ağaçları olan sekoyalar çok dayanıklı bir malzeme değildir.

Evrendeki en güçlü malzeme

Yakında grafen bilimsel laboratuvarları terk edecek. Bugün dünyadaki tüm bilim adamları onun eşsiz özelliklerinden bahsediyor. Yani birkaç gram malzeme bütün bir futbol sahasını kaplamaya yetecektir. Grafen çok esnektir, katlanabilir, bükülebilir, sarılabilir.

Olası kullanım alanları - Solar paneller, cep telefonları, dokunmatik ekranlar, süper hızlı bilgisayar çipleri.
Yandex.Zen'deki kanalımıza abone olun