בפעילותו משתמש אדם באיכויות שונות של חומרים וחומרים. ולא חסר חשיבות הוא החוזק והאמינות שלהם. החומרים הקשים ביותר בטבע ואלה שנוצרו באופן מלאכותי יידונו במאמר זה.
Common Standard
כדי לקבוע את חוזק החומר, נעשה שימוש בסולם Mohs - סולם להערכת קשיות חומר לפי תגובתו לשריטות. עבור ההדיוט, החומר הקשה ביותר הוא יהלום. תתפלאו, אבל המינרל הזה נמצא רק איפשהו במקום ה-10 בין הקשים ביותר. בממוצע, חומר נחשב סופר קשה אם ערכיו הם מעל 40 GPa. בנוסף, בזיהוי החומר הקשה ביותר בעולם, יש לקחת בחשבון גם את אופי מקורו. יחד עם זאת, חוזק ועמידות תלויים לרוב בהשפעה של גורמים חיצוניים עליו.
החומר הקשה ביותר על פני כדור הארץ
בחלק זה, נשים לב לתרכובות כימיות בעלות מבנה גבישי יוצא דופן, שהן הרבה יותר חזקות מיהלומים ועלולות לשרוט אותו. בואו נביא6 החומרים הקשים ביותר מעשה ידי אדם, החל מהפחות קשים.
- פחמן ניטריד - בורון. להישג זה של הכימיה המודרנית יש מדד חוזק של 76 GPa.
- גרפן אירוג'ל (אירוגרף) הוא חומר קל פי 7 מאוויר, המשחזר את צורתו לאחר 90% דחיסה. חומר עמיד להפליא שיכול לספוג גם פי 900 ממשקלו בנוזל או אפילו בשמן. חומר זה מתוכנן לשמש בדליפת נפט.
- גרפן הוא המצאה ייחודית והחומר העמיד ביותר ביקום. קצת יותר עליו למטה.
- Carbin הוא פולימר ליניארי של פחמן אלוטרופי, שממנו עשויים צינורות סופר-דקים (1 אטום) וסופר-חזקים. במשך זמן רב, איש לא הצליח לבנות צינור כזה באורך של יותר מ-100 אטומים. אבל מדענים אוסטרים מאוניברסיטת וינה הצליחו להתגבר על המחסום הזה. בנוסף, אם מוקדם יותר קרבין היה מסונתז בכמויות קטנות והיה יקר מאוד, היום אפשר לסנתז אותו בטונות. זה פותח אופקים חדשים לטכנולוגיית חלל ומעבר לכך.
- Elbor (kingsongite, cubonite, borazone) הוא תרכובת בעיצוב ננו שנמצא בשימוש נרחב כיום בעיבוד מתכות. קשיות - 108 GPa.
Fullerite הוא החומר הקשה ביותר על פני כדור הארץ הידוע לאדם כיום. חוזקו של 310 GPa מובטח על ידי העובדה שהוא אינו מורכב מאטומים בודדים, אלא ממולקולות. גבישים אלה ישרוטו בקלות יהלום כמו סכין חמאה
נס ידי אדם
גרפן הוא המצאה נוספת של האנושות המבוססת על שינויים אלוטרופיים של פחמן. זה נראה כמו סרט דק בעובי אטום אחד, אבל חזק פי 200 מפלדה, עם גמישות יוצאת דופן.
על גרפן אומרים שכדי לנקב אותו, פיל חייב לעמוד על קצה עיפרון. יחד עם זאת, המוליכות החשמלית שלו גבוהה פי 100 מהסיליקון של שבבי מחשב. בקרוב מאוד הוא יעזוב מעבדות וייכנס לחיי היומיום בדמות פאנלים סולאריים, טלפונים סלולריים ושבבי מחשב מודרניים.
שתי תוצאות נדירות מאוד של חריגות בטבע
בטבע, יש תרכובות נדירות מאוד בעלות חוזק מדהים.
- בורון ניטריד הוא חומר שלגבישיו יש צורת וורציט ספציפית. עם הפעלת עומסים, הקשרים בין האטומים בסריג הגביש מחולקים מחדש, מה שמגדיל את החוזק ב-75%. מדד הקשיות הוא 114 GPa. חומר זה נוצר במהלך התפרצויות געשיות, הוא קטן מאוד בטבעו.
- Lonsdaleite (בתמונה הראשית) היא תרכובת פחמן אלוטרופית. החומר נמצא במכתש מטאוריט ומניחים כי נוצר מגרפיט בתנאי הפיצוץ. מדד הקשיות הוא 152 GPa. נדיר למצוא בטבע.
פלאי חיות הבר
בין היצורים החיים על הפלנטה שלנו, יש כאלה שיש להם משהו מאוד מיוחד.
- Web of Caaerostris darwini. החוט שהעכביש של דרווין פולט חזק יותר מפלדה וקשה יותר מקוולר. זה היה הרשת שמדענים של נאס"א לקחו לשירות בפיתוח חליפות הגנה לחלל.
- שיניים צדפות צלעות ים - המבנה הסיבי שלהן נחקר כעת על ידי ביוניקה. הם כל כך חזקים שהם מאפשרים לרכיכה לקרוע את האצות שצמחו לתוך האבן.
ברזל ליבנה
נס נוסף של הטבע הוא ליבנה של שמידט. העץ שלו הוא החומר הטבעי הקשה ביותר ממקור ביולוגי. הוא גדל במזרח הרחוק בשמורת הטבע קדרוביה פאד והוא רשום בספר האדום. החוזק דומה לברזל ולברזל יצוק. אבל הוא אינו נתון לקורוזיה וריקבון.
השימוש בכל מקום בעץ ליבנה שמידט, שאפילו כדורים לא יכולים לחדור אליו, מפריע בגלל נדירותו יוצאת הדופן.
הקשה שבמתכות
זו מתכת כחולה-לבנה - כרום. אבל כוחו תלוי בטהרתו. בטבע הוא מכיל 0.02%, שזה בכלל לא כל כך קטן. הוא מופק מסלעי סיליקט. מטאוריטים הנופלים לכדור הארץ מכילים גם הרבה כרום.
הוא עמיד בפני קורוזיה, עמיד בחום ועמיד בפני חום. כרום נמצא בסגסוגות רבות (פלדת כרום, ניקרום) הנמצאות בשימוש נרחב בתעשייה ובציפויים דקורטיביים נגד קורוזיה.
חזקים יותר ביחד
מתכת אחת טובה, אבל כמה שילובים יכולים להעניק לסגסוגת תכונות מדהימות.
סגסוגת סופר חזקה של טיטניום וזהב היא החומר החזק היחיד שהוכח כתואם ביולוגי לרקמות חיות. סגסוגת beta-Ti3Au כל כך חזקה שהיאבלתי אפשרי לטחון במרגמה. כבר היום ברור שזהו העתיד של שתלים שונים, מפרקים מלאכותיים ועצמות. בנוסף, ניתן ליישם אותו על קידוחים, ציוד ספורט ותחומים רבים אחרים בחיינו.
סגסוגת של פלדיום, כסף וכמה מטאלואידים יכולה להיות בעלת תכונות דומות. מדענים ממכון קלטק עובדים על הפרויקט הזה היום.
העתיד ב-$20 לחבטה
מה החומר הכי קשה שמישהו ברחוב יכול לקנות היום? תמורת $20 בלבד, אתה יכול לקנות 6 מטר של קלטת Braeön. מאז 2017, הוא נמכר במבצע מהיצרן Dustin McWilliams. ההרכב הכימי ושיטת הייצור נשמרים בסודיות מוחלטת, אבל האיכויות שלו מדהימות.
כל דבר ניתן להדק עם סרט. לשם כך יש לעטוף אותו סביב החלקים לחיזוק, לחמם במצית רגילה, לתת להרכב הפלסטיק את הצורה הרצויה וזהו. לאחר הקירור, המפרק יעמוד בעומס של 1 טון.
גם קשה וגם רך
בשנת 2017 הופיע מידע על יצירת חומר מדהים - הקשה והרך ביותר בו זמנית. המטא-חומר הזה הומצא על ידי מדענים מאוניברסיטת מישיגן. הם הצליחו ללמוד כיצד לשלוט במבנה החומר ולגרום לו להציג תכונות שונות.
לדוגמה, כאשר משתמשים בו ליצירת מכוניות, הגוף יהיה קשיח בעת תנועה, ורך בעת התנגשות. הגוף סופג אנרגיית מגע ומגן על הנוסע.
