Top 10 vật liệu cứng nhất thế giới

0
82
Top 10 vật liệu cứng nhất thế giới
5 (100%) 1 vote

Ở bộ môn Hóa học phổ thông, khi xét đến vật cứng nhất, chúng ta thường luôn liên tưởng đến kim cương, một hợp chất của cacbon, có độ cứng, độ bền và giá trị thẩm mỉ rất cao. Nhưng trong thực tế, nếu mở rộng tầm nhìn của chúng ta xa hơn, nhận định đó thật sai lầm. Qua thời gian khoa học Hóa học đã chứng minh trên thế giới tồn tại nhiều vật liệu cứng hơn kim cương gấp nhiều lần.

1. Graphen hay graphene

Graphence
Graphence

Là tấm phẳng dày bằng một lớp nguyên tử của các nguyên tử cacbon với liên kết sp2 tạo thành dàn tinh thể hình tổ ong. Tên gọi của nó được ghép từ “graphit” (than chì) và hậu tố “-en” (tiếng Anh là “-ene”); trong đó chính than chì là do nhiều tấm graphen ghép lại.

Chiều dài liên kết cacbon-cacbon trong graphen khoảng 0,142 nm. Graphen là phần tử cấu trúc cơ bản của một số thù hình bao gồm than chì, ống nanô cácbon vàfulleren. Cũng có thể xét một phân tử thơm lớn vô hạn, mà trong trường hợp giới hạn của họ các hidrô cácbon đa vòng phẳng gọi là graphen. Hai nhà khoa học Andrei Geim và Konstantin Sergeevich Novoselov khám phá ra graphen đã được trao Giải Nobel Vật lý năm 2010. Để chọc thủng một tấm graphene mỏng như giấy nhựa saran, bạn cần áp lực tạo bởi một con voi đứng cân bằng trên một cái bút chì.

2. Buckypaper

Buckypaper
Buckypaper

Buckypaper là một chất mạnh mẽ và nhẹ được sản xuất từ các ống nano carbon nén, những sợi dài, cấu trúc carbon hình trụ gồm các phân tử chì lục giác gắn ở các cạnh.

Một tờ buckypaper trông giống như giấy máy đánh chữ carbon kiểu cũ nhưng nó mạnh hơn nhiều lần so với khối lượng tương đương với thép.Khi tờ buckypaper được xếp chồng lên nhau và nén, vật liệu kết quả là vào mạnh hơn thép, bằng một phần mười của trọng lượng gấp 500 lần. Trong chế độ này, hiện nay công suất -carrying là khá cao. Buckypaper cũng có độ dẫn nhiệt tốt và phản xạ quang học thấp.

3. Thủy tinh kim loại

liquidmetal-balls

Thủy tinh kim loại, khái niệm nghe khá nghịch, nhưng đứng ở góc độ nào đó thì đúng như vậy: Nó có cả tính chất của thủy tinh và cả của kim loại. Trong khi các nguyên tử kim loại sắp xếp có trật tự hay tinh thể, thì các nguyên tử trong thủy tinh kim loại ở trạng thái lộn xộn, giống như trong chất lỏng hoặc thủy tinh.

Ở hợp kim tinh thể, các nguyên tử nằm trong vùng gọi là “thớ” và ranh giới giữa các thớ này là những điểm yếu trong vật liệu. Tuy nhiên, thủy tinh kim loại không có những ranh giới như vậy, do đó chúng bền hơn nhiều. Nếu dùng búa đập một loại kim loại tinh thể, nó sẽ lõm do các thớ hấp thụ năng lượng của cú đánh và di chuyển dọc ranh giới thớ. Tuy nhiên, các nguyên tử trong kim loại vô định hình nêm đặc và dễ dàng đàn hồi trở lại hình dạng ban đầu sau cú giáng búa. Và cũng do những nguyên liệu này thiếu các thớ tinh thể nên có thể uốn chúng thành các hình dạng khác nhau. Bên cạnh đó, cấu trúc giống chất lỏng nghĩa là chúng tan chảy ở nhiệt độ thấp hơn và có thể đúc khuôn dễ dàng không kém gì chất dẻo. Những đặc tính ưu việt này khiến thủy tinh kim loại đang trở thành mối quan tâm của nhiều công ty.

4. Dyneematải xuống

Loại chất dẻo tổng hợp polythen này được quảng cáo là loại sợi cứng nhất trên thế giới. Với đặc điểm là nhẹ hơn nước do khối lượng riêng của Dyneema là 0.97, nó có thể nổi trên nước. Dyneema cứng hơn thép gấp 15 lần, nó có thể chặn được đạn bay.

5. Lonsdaleite240px-Lonsdaleite

Gọi là lục giác kim cương liên quan đến các cấu trúc tinh thể , là một allotrope carbon với một mạng hình lục giác. Trong tự nhiên, nó hình thành khi các thiên thạch có chứa graphite tấn công Trái đất. Nhiệt độ cao và áp lực của tác động biến đổi than chì thành kim cương, nhưng vẫn giữ được hình lục giác graphite của mạng tinh thể . Lonsdaleite lần đầu tiên được xác định vào năm 1967 từ các thiên thạch Canyon Diablo , mà nó xảy ra như tinh vi kết hợp với kim cương. Nó là trong, màu nâu vàng, và có một chỉ số khúc xạ của 2,40-2,41 và trọng lượng riêng của 3,2-3,3. Của độ cứng là lý thuyết tốt hơn của kim cương khối (lên đến 58% trở lên) theo mô phỏng tính toán nhưng mẫu vật tự nhiên trưng bày có độ cứng thấp hơn một chút qua một phạm vi rộng lớn của các giá trị (7-8 trên quy mô độ cứng Mohs). Nguyên nhân là suy đoán là do các mẫu có được mang các biến đổi về mạng lưới tinh thể và tạp chất.

6. Wurtzite boron nitride
aD34e19_700b

Boron nitride là hóa chất cách nhiệt và  chịu nhiệt, nó là hợp   chất boron và nitơ với  công thức hóa học là BN . Nó tồn tại trong nhiều hình thức tinh thể đó là isoelectronic , một cấu trúc tương tự carbon lưới. Các dạng lục giác tương ứng với than chì là ổn định nhất và mềm mại trong các dạng thù hình BN, và do đó được sử dụng như một chất bôi trơn và chất phụ gia để sản phẩm mỹ phẩm. Các khối ( cấu trúc sphalerit ) nhiều tương tự như kim cương được gọi là c-BN; nó mềm hơn kim cương, nhưng sự ổn định nhiệt và hóa học của nó là cao. Các  wurtzite hiếm sửa đổi BN tương tự như lonsdaleite và thậm chí có thể khó khăn hơn so với các dạng hình khối.

Vì sự ổn định nhiệt và hóa chất tuyệt vời, đồ gốm boron nitride theo truyền thống được sử dụng như các bộ phận của thiết bị nhiệt độ cao. Boron nitride có tiềm năng sử dụng trong công nghệ nano. Các ống nano các BN có thể được sản xuất có cấu trúc tương tự như của các ống nano carbon , tức là graphene (hoặc BN) , nhưng các tính chất rất khác nhau.

7. Kim cương

1511kc_753ad
Loại vật liệu tự nhiên cứng nhất trên thế giới này có khả năng chống trầy xước vô địch.

Kim cương là một trong hai dạng thù hình được biết đến nhiều nhất của cacbon (dạng còn lại là than chì), có độ cứng rất cao và khả năng khúc xạ cực tốt làm cho nó có rất nhiều ứng dụng trong cả công nghiệp và ngành kim hoàn. Kim cương được cho là một loại khoáng sản với những tính chất vật lý hoàn hảo. Chúng là những vật liệu tốt để tạo ra các bề mặt nhám và chỉ có những viên kim cương khác, những tinh thể cacbon dạng lồng hay ADNR mới có thể cắt kim cương được. Điều đó có nghĩa là chúng có thể giữ bề mặt đánh bóng rất lâu và rất tốt. Khoảng 150 triệu cara (30.000 kg) kim cương được khai thác mỗi năm với tổng giá trị là 10 tỷ đô la Mỹ. Ngoài ra khoảng 100.000 kg kim cương hàng năm được điều chế nhân tạo.


8. Nanospheres/Nano-Kevlar:


Kevlar là một dạng  para-aramid sợi tổng hợp , liên quan đến các aramit như Nomex và Technora .
tải xuống (1)

Các hạt nano tí hon có khả năng tự tập hợp này là vật liệu hữu cơ cứng nhất mà con người từng tạo ra được. Chúng có thể dẫn tới việc phát triển lớp áo giáp bọc cơ thể in ấn được. Hiện nay, Kevlar có nhiều ứng dụng khác nhau, từ xe đạp lốp xe và đua thuyền buồm đến áo giáp , vì cao độ bền kéo tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng ; bằng biện pháp này nó mạnh hơn thép 5 lần.

9. Silicon cacbua (SiC)images882120_vat_lieu_sieu_ben_2

Carborunđum hay Silic Cacbua, là một hợp chất của silic và carbon với công thức hóa học là SiC. Nó xuất hiện ra trong tự nhiên dưới dạng khoáng chất vô cùng quý hiếm moissanit. Silic cacbua bột đã được sản xuất hàng loạt từ năm 1893 để sử dụng như một chất mài mòn. Hạt silic cacbua có thể liên kết với nhau bằng cách thiêu kết để tạo gốm rất cứng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao, chẳng hạn như hệ thống phanh xe, bộ ly hợp xe và các tấm gốm trong áo chống đạn.

10. Tơ nhện

images882118_vat_lieu_sieu_ben_1

Loài nhện Darwin’s Bark (tên khoa học là Caerostris darwini), sinh trưởng tự nhiên ở Madagascar, sản sinh ra tơ dai chắc hơn tơ của bất kỳ loài nhện nào khác. Tơ nhện của Darwin’s Bark thậm chí còn dai chắc hơn gấp 10 lần sợi Kevlar – loại vật liệu đang được con người sử dụng để làm áo chống đạn.

Một phân tích đối với tơ nhện Darwin’s Bark cho thấy, nó là vật liệu sinh học dai chắc nhất từng được biết đến cho tới nay.

Chia sẻ

Viết trả lời