世界上最硬的材料

水晶比鑽石還硬

當想到人類發明的世界上最堅硬的材料時,大多數人立即想到鑽石。 它無疑是地球上最堅硬的材料之一。 然而,有些材料的耐用性和強度甚至超過了鑽石。

在這篇文章中,我們將告訴您世界上最硬的材料是什麼以及是什麼使物質變得堅硬。

什麼是硬度

世界上最硬的材料

當我們談論純度時,物質的硬度是由其原子和分子組成決定的。 這種成分可以透過無數種可能的組合來創建,每種材料的特定元素組合最終決定了其獨特的化學和物理屬性。

由於其原子結構,碳是一種極其獨特的材料。 儘管其核內只有六個質子,但由於其鍵幾何形狀的多功能性,碳能夠形成許多複雜的鍵。 另外值得注意的是碳自身結合的能力,特別是在高壓下,可以產生穩定的晶格。 在這些理想條件下,碳原子可以形成一種非常耐用的結構,稱為鑽石。

自從奈米技術出現以來,現在人們認識到至少有六類物質的強度超過了鑽石。 而且,這個金額未來很可能還會增加。

世界上最硬的材料

世界上最硬的材料

纖鋅礦

纖鋅礦以其卓越的耐用性而聞名,通常與火山硬化岩漿的強度相比較。 使用碳以外的原子,可以產生以氮化硼(BN)作為成分之一的晶體。 隨著元素週期表第五和第七元素的結合,這創造了無數的可能性。 由此產生的組合可以以各種形式存在,包括無定形(非結晶)、六方(類石墨)、立方(比鑽石稍軟)和纖鋅礦。

在所有可能的變化中,最終的形式是最奇怪的,而且製作起來極其困難。 纖鋅礦僅在火山爆發期間出現,並且發現量有限,因此其確切的硬度特性尚未經過更大規模的測試。 然而,纖鋅礦構成了一種不同類型的晶格,它是四面體而不是面心立方。 最新模擬表明,其硬度比鑽石高出 18%。

朗斯代爾石

朗斯代爾石是一種礦物,其硬度是人們感興趣的主題,特別是在隕石研究領域。 如果我們想像一個場景,其中含有碳(特別是石墨)的隕石進入地球大氣層並與我們的星球接觸,那麼可以合理地假設該物體在撞擊時會非常熱。 然而事實是,只有隕石的外層會加熱,而內部在其飛往地球的大部分旅程中仍然保持寒冷。

撞擊時產生的內力是地球表面任何其他自然現象無法比擬的。 這種巨大的壓力導致石墨轉變,形成高度結晶的結構。 與鑽石不同的是,這種結構不是立方體而是六方體,其硬度超過鑽石 58%。

迪尼瑪

迪尼瑪是一種比鋼更堅固的纖維。 我們將不再使用天然物質,而是轉向合成材料。 在談論迪尼瑪時,值得注意的是,它是一種熱塑性聚乙烯聚合物,具有非凡的特性:其分子量非常高。 大多數分子由總共有數千個原子質量單位(質子和/或中子)的原子鏈組成。

然而,UHMWPE(超高分子量聚乙烯)含有分子量為數百萬原子質量單位的鏈。 如此長的鏈會增強分子間相互作用,最終創造出迪尼瑪這種極其堅固的材料。 事實上,它在所有公認的熱塑性塑膠中具有最高的抗衝擊性。 這種材料非常堅固,優於市場上所有其他係緊繩和牽引繩。 儘管它比水輕,但它甚至有能力阻止子彈。 事實上,迪尼瑪的強度是等量鋼材的十五倍。

非晶態金屬合金或金屬玻璃

非常硬的材料

所有物理物質的兩個關鍵特性是強度(即可以承受的力的大小)和韌性(即抵抗斷裂的能力)。 我們以陶瓷為例:它很堅固,但不是很硬; 他們可以透過輕微的影響來實現收支平衡。 然而,一群科學家和研究人員在2011年發現了一種新型微合金玻璃,由五種元素組成:磷、矽、鍺、銀和鈀。 這種創新材料比鋼更耐用。

巴基紙

自2世紀末以來,人們已經確定有一種碳比鑽石更耐用:碳奈米管。 透過將碳原子排列成六邊形,獲得了比人類發現的任何其他結構都更穩定的實心圓柱結構。 每根奈米管的直徑在 4 到 10 奈米之間,但每根都非常堅固耐用。 奈米碳管的重量只有鋼的XNUMX%,但強度卻高出數百倍。 它們還具有防火性、導熱性優異以及顯著的電磁屏蔽能力。 這種材料在材料物理、電子學、軍事技術和生物學等領域有著廣泛的應用。

正如您所看到的,有些材料已經取代鑽石成為世界上最硬的材料。 我希望透過這些資訊您可以更多地了解世界上最堅硬的材料及其特性。


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