В мире существует множество материалов, обладающих удивительной прочностью и уникальными свойствами. Изучение их характеристик не только позволяет понять возможности современной науки и технологий, но и открывает новые перспективы для различных отраслей промышленности и научных исследований. В данной статье мы рассмотрим самые прочные материалы в мире, известные человеку, и узнаем, какие удивительные свойства делают их такими уникальными.
Стекловолокно
В 1932 году Рассел Слейтер создал новый прочный материал и использовал его в качестве теплоизоляции для зданий.
Стекловолокно имеет сопоставимые механические свойства, как полимеры и углеродное волокно. Несмотря на то, что стекловолокно не так прочно, как углеродное, оно намного дешевле и менее хрупко при использовании в различных композитах.
18
Мнение эксперта:
Список самых прочных материалов, известных человеку, включает в себя разнообразные вещества, способные выдерживать огромные нагрузки. Среди них выделяются углеродные нанотрубки, которые обладают высокой прочностью и уникальными свойствами. Также в этот список входят графен, бор карбид и кевлар. Эти материалы применяются в различных областях, включая авиацию, строительство и производство защитной экипировки. Их уникальные свойства делают их незаменимыми в современных технологиях и инженерных разработках.
Стекло из микролегированного палладия
В 2011 году исследователи материалов из Калифорнийского технологического института совместно с лабораторией Беркли разработали новый тип металлического стекла с широким спектром свойств, которое намного прочнее стали.
Как следует из названия, это металлическое стекло изготовлено из палладия — металла с высоким коэффициентом жёсткости. Палладий снижает хрупкость стекла, но увеличивает его прочность.
17
Интересные факты
- Алмаз – один из самых прочных материалов, известных человеку. Его твердость по шкале Мооса составляет 10 из 10. Это означает, что алмаз может царапать любой другой материал. Алмаз используется в качестве режущего инструмента в различных отраслях, включая ювелирную, горнодобывающую и строительную.
- Графен – двумерный материал, состоящий из атомов углерода, расположенных в виде шестиугольной решетки. Графен – чрезвычайно прочный материал, его прочность на разрыв составляет в 100 раз больше, чем у стали. Графен обладает уникальными электронными свойствами, которые делают его перспективным материалом для использования в электронике и других отраслях.
- Карбид вольфрама – чрезвычайно прочный композитный материал, состоящий из карбида вольфрама и кобальта. Карбид вольфрама обладает высокой твердостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью. Он используется в качестве режущего инструмента, а также в горнодобывающей и нефтяной промышленности.
Титановые сплавы
Читайте также:
Такие сплавы чрезвычайно лёгкие и обладают высокой стойкостью к коррозии. Из-за этих свойств сплавы широко используются в кораблестроении.
При всех достоинствах титановых сплавов, они очень дорогие, а потому применение сильно ограничено в гражданском производстве. В основном материал используют в производстве военных судов и ледоколов.
Читайте также:
Самые большие ледоколы в мире.
16
| Материал | Предел прочности на разрыв, МПа | Область применения |
|---|---|---|
| Графен | 130 000 | Электроника, композитные материалы, водородное хранение |
| Алмаз | 53 000 | Режущие инструменты, шлифовальные материалы, ювелирные изделия |
| Кубический нитрид бора (CBN) | 45 000 | Режущие инструменты, абразивные материалы |
| Карбид кремния (SiC) | 33 000 | Электроника, полупроводники, абразивные материалы |
| Карбид вольфрама (WC) | 25 000 | Режущие инструменты, сварка, броня |
| Высокопрочная сталь | 2 000 | Машиностроение, строительство, судостроение |
Опыт других людей
Список самых прочных материалов, известных человеку, вызывает восхищение у многих. Люди высоко оценивают их уникальные свойства и потенциал для применения в различных областях. Они выражают восторг по поводу возможностей, которые открываются благодаря этим материалам, и делятся впечатлениями о их удивительной прочности и универсальности. Обсуждая список самых прочных материалов, люди подчеркивают их значимость для научных и технологических открытий, а также для создания надежных и инновационных продуктов.
Карбид вольфрама
Соединение карбида вольфрама состоит из равных частей атомов углерода и вольфрама. Он в основном используется для создания тяжёлых промышленных режущих инструментов и пуль большого калибра.
15
Лонсдейлит
Автор фото:
Hiroaki Ohfuji et al.
, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons
Это природный минерал, образующийся при падении на Землю метеоритов, содержащих графит. Во время удара о поверхность вырабатывается тепло, которое превращает графит в алмаз под высоким давлением. При таком превращении сохраняется гексагональная кристаллическая решётка графита.
-
Читайте также:
Лонсдейлит был назван в честь прославленного кристаллографа, родом из Ирландии, Кэтлина Лонсдейла. В прессе часто сообщалось, что лонсдейлит на 58% твёрже алмаза. Но это оказалось мифом. По шкале Мооса твёрдость минерала составляет 7–8 единиц.
14
Мартенситностареющая сталь
Это особая разновидность сверхвысокопрочных сталей, прочность которых определяется интерметаллическими соединениями, а не углеродом. Такие стали известны своей прочностью и твёрдостью, не теряя пластичности.
Одним из основных элементов, используемых в мартенситностареющей стали, является 25-процентная массовая доля никеля. Его лучшее соотношение веса и прочности, чем у большинства других сталей, позволяет широко использовать мартенсит в ракетах и обшивках ракет.
13
Вектран
Производится только японской корпорацией «Kuraray», а представляет собой химически стабильный полиэстер с высокой прочностью и термостойкостью.
В основном используются для закрепления электрических кабелей, канатов, а также в качестве одного из композитных материалов для высококлассных велосипедных шин. Есть и недостаток. Имея высокую прочность, материал легко трескается.
-
Читайте также:
12
Кевлар
Впервые был использован в 1970-х годах не в военной технике, а в качестве замены стали в гоночных шинах. Материал получил широкое применение в промышленности, так как он в 5 раз прочнее стали.
Сейчас кевлар широко применяется в производстве велосипедных шин, парусов для гоночных яхт, пуленепробиваемых жилетов. Получил широкое применение в аэрокосмической отрасли.
11
Паучий шёлк
Эти произведения искусства паука выступают одним из самых твёрдых материалов, встречающихся в природе.
Прочность паучьего шёлка зависит от вида и от ряда других внешних факторов, таких как температура и влажность, во время тестирования. Но при подходящих условиях эта нить в 10 раз прочнее кевлара на растяжение.
Это интересно: Если паучья нить была бы длиной 40 000 километров, что равно длине окружности экватора, она бы весила около 500 граммов.
10
-
Читайте также:
Карбид кремния
На фото: Минерал муссанит, который является природной разновидностью карбида кремния.
Этот материал составляет основу брони многих боевых танков. Он обладает высокой твердостью и прочностью, а также очень устойчив к радиации и химическим соединениям.
9
Patella vulgata
Этот вид морских улиток, широко известный как «европейский блюдец», в основном встречается в Западной Европе. Их зубы — один из самых прочных материалов, обнаруженных в живой природе.
Исследование 2015 года, опубликованное в журнале «Royal Society Journal», показало, что зуб европейского моллюска может быть прочнее, чем паучий шёлк, который официально является самым прочным природным материалом на Земле.
Читайте также:
Самые большие виды улиток в мире
.
8
Вюрцит борная нанотрубка
Вюрцит нитрит бора — одно из самых редких веществ в мире. Они либо обнаруживаются естественным путём, либо синтезируются вручную. Материал назвали в честь прославленного французского химика Шарля Вюрца.
Различные симуляции показали, что борные нанотрубки из вюрцита могут выдерживать на 18% большее напряжение, чем алмаз. В природе они образуются во время извержений вулканов, под воздействием высоких температур и давления.
7
Buckypaper
Уникальный материал был создан американскими и бразильскими учёными. Сделан он из углеродных нанотрубок. Считается, что этот материал примерно в 50 000 раз тоньше, чем средний человеческий волос, и в 500 раз прочнее стали.
Ещё одна интересная характеристика Buckypaper в том, что она может рассеивать тепло, как латунь или сталь, и проводить электричество, как медь или кремний.
6
Зилон (Zylon)
Зилон специально разработан американским независимым институтом «SRI International» как особая разновидность термореактивного жидкокристаллического полиоксазола. Он в 1,6 раза прочнее, чем кевлар.
Zylon используется в ряде областей, где требуется очень высокая прочность и отличная термическая стабильность. Теннисные ракетки, сноуборды — вот некоторые из его известных применений.
5
Углеродное волокно
Диаметр таких волокон равен 5–10 микрометров и состоят они в основном из атомов углерода. У таких волокон есть ряд преимуществ перед сталью и сплавами.
У этих волокон высокая жёсткость, высокая прочность на разрыв, малый вес и высокая химическая стойкость. Эти свойства сделали углеродное волокно очень популярным в аэрокосмической, военной отраслях. Широко используют их в производстве спортивного снаряжения.
4
Волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (Dyneema)
Dyneema — это прочное и сверхлёгкое полиэтиленовое волокно, которое в основном используется в качестве композитных пластин для создания бронированных автомобилей. Оно легче воды, а останавливает пули и в 15 лучше стали.
Также используется для изготовления альпинистского снаряжения, рыболовных верёвок, тетивы для лука. Он имеет высокий
предел текучести
2,4 ГПа и низкий удельный вес 0,97 г/см³.
3
Алмаз
Всем читателям thebiggest.ru известно, что алмазы — самый твёрдый материал природы, если использовать для измерения шкалу Мооса. Сделать царапину на алмазе получится, если только использовать другой алмаз.
Такие свойства алмаза человек стал применять в промышленности, в качестве изоляторов и полупроводников. А алмазная крошка просто незаменима при резке высокотвёрдых материалов.
Читайте также:
ТОП-10 самых больших алмазов в мире
.
2
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки, как алмаз и графит, являются производным аллотропов углерода в цилиндрической наноструктуре. Исключительная прочность и меньший вес являются причиной его ценности для электронной промышленности и нанотехнологий.
Кроме того, благодаря своей превосходной теплопроводности, электрическим и механическим свойствам углеродные нанотрубки являются основой многих отраслей промышленности.
1
Графен
Графен, пожалуй, самый прочный материал, известный людям. В нём один слой углерода, расположенный в треугольной решётке. Является основным структурным элементом древесного угля, графита и углеродных нанотрубок.
Хотя графен производится в небольших количествах уже более века, первое изолированное открытие материала было сделано К. Новоселовым и А. Геймом в 2004 году. Оба за свой вклад в развитие науки получили Нобелевскую премию в области физики.
Подведём итог
Подытоживая подборку уникальных материалов, отметим, что прочность любого материала измеряется его пределом прочности на разрыв, то есть сопротивлением любого материала перед разрушением под постоянным давлением. Сейчас в большинстве случаев прочность измеряют методом конечных элементов, который является самым эффективным.
Редакция нашего сайта TheBiggest.ru просит вас написать в комментариях какие ещё прочные материалы вы знаете.
Частые вопросы
Какие материалы самые прочные?
Сплав хрома, кобальта и никеля (CrCoNi) является самым прочным на Земле. Кроме того, он обладает высокой пластичностью, сообщает Phys.org. «Когда вы проектируете конструкционные материалы, то хотите, чтобы они были прочными, пластичными и устойчивыми к разрушению.
Какой самый прочный материал в мире?
Алмаз является самым твердым из известных на сегодняшний день минералов, его микротвердость находится в диапазоне от 60 до 150 ГПа, что в 4—5 раз превышает твердость корунда и твердых сплавов и в 2 раза — карбида бора.
Какие есть твёрдые материалы?
Твердые материалы обычно подразделяются на три основные группы. Это металлы, керамика и полимеры.
Что может быть тверже алмаза?
Натуральные алмазы имеют твердость около 150 гигапаскалей, но первое место в перечне самых твердых занят ультратвердый фуллерит с показателем от 150 до 300 ГПа. Ультратвердыми минералами в науке называют все, что тверже алмаза, материалы мягче бриллианта, но тверже нитрида бора обозначают как сверхтвердые.
Полезные советы
СОВЕТ №1
Изучите свойства каждого материала из списка, чтобы понять, какой из них подходит для конкретной цели. Например, титан обладает высокой прочностью и легкостью, что делает его идеальным для применения в авиации и медицине.
СОВЕТ №2
Исследуйте возможности применения этих материалов в повседневной жизни. Например, узнайте, какие предметы бытового обихода могут быть изготовлены из карбидов кремния, известных своей высокой твердостью и термостойкостью.
