วัสดุที่แข็งที่สุด: ประเภท การจำแนกประเภท ลักษณะ ข้อเท็จจริงและคุณสมบัติที่น่าสนใจ คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพ วัสดุที่แข็งที่สุดในโลก วัสดุที่แข็งที่สุดในโลกนั้นแข็งกว่าเพชร

หินล้ำค่านี้สูญเสียชื่อของวัสดุที่แข็งที่สุดในโลกไปเมื่อไม่นานมานี้ โดยเปิดทางให้กับวัสดุนาโนเทียมที่มีความแข็งมากกว่าเล็กน้อย ปัจจุบัน สารธรรมชาติที่หายากดูเหมือนว่าจะทิ้งสิ่งอื่นๆ ไว้เบื้องหลัง - มันแข็งกว่าเพชรถึง 58%

Zicheng Pan จากมหาวิทยาลัย Shanghai Jiao Tong และเพื่อนร่วมงานของเขาจำลองว่าอะตอมในสารสองชนิดที่คาดว่าจะมีคุณสมบัติเป็นวัสดุแข็งมากจะตอบสนองต่ออิทธิพลของเซ็นเซอร์พิเศษได้อย่างไร

สภาวะสุดขั้ว

อย่างแรกคือเวิร์ตไซต์ โบรอน ไนไตรด์ ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายเพชร แต่ประกอบด้วยอะตอมต่างกัน

อย่างที่สองคือแร่ลอนสดาไลต์หรือเพชรหกเหลี่ยมที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนคล้ายเพชร แต่มีการจัดตัวต่างกัน
จากการสร้างแบบจำลองพบว่าเวิร์ทไซต์ โบรอน ไนไตรด์สามารถทนต่อแรงกระแทกได้ดีกว่าเพชรถึง 18% และลอนสดาไลต์ทนทานกว่าถึง 58% หากผลลัพธ์ได้รับการยืนยันจากการทดลองทางกายภาพ วัสดุทั้งสองจะมีความแข็งมากกว่าสารใดๆ ที่รู้จัก

แต่การทดสอบดังกล่าวจะไม่ง่ายเลยเพราะว่า วัสดุทั้งสองชนิดนี้มักไม่พบในธรรมชาติ

สสารหายากลอนสดาไลต์เกิดขึ้นเมื่ออุกกาบาตที่มีกราไฟต์ตกลงสู่พื้นโลก ในขณะที่เวิร์ตไซต์โบรอนไนไตรด์ก่อตัวขึ้นระหว่างการระเบิดของภูเขาไฟภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง

ความยืดหยุ่น

หากประสบความสำเร็จ เวิร์ตไซต์โบรอนไนไตรด์อาจมีประโยชน์มากกว่าสำหรับทั้งสองสิ่งนี้ เนื่องจากมีความต้านทานต่อออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงกว่าเพชร ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ปลายของเครื่องมือตัดและเจาะที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงมาก หรือเป็นฟิล์มที่ทนต่อการกัดกร่อนบนพื้นผิวของยานอวกาศ เป็นต้น

ในทางตรงกันข้าม เวิร์ตไซต์ โบรอน ไนไตรด์มีความแข็งต่อความยืดหยุ่นของพันธะระหว่างอะตอมที่ก่อตัวขึ้น เมื่อวัสดุเกิดความเค้น พันธะบางชนิดจะเปลี่ยนทิศทางเกือบ 90° เพื่อบรรเทาความเครียด หลังจากที่เพชรและเวิร์ทไซต์โบรอนไนไตรด์ถูกผ่านกระบวนการเดียวกัน บางสิ่งในโครงสร้างของวอร์ทไซต์โบรอนไนไตรด์ทำให้ยากขึ้นเกือบ 80% Changfeng Chen ผู้เขียนร่วมการศึกษาจากมหาวิทยาลัยเนวาดา ลาสเวกัส กล่าว

นักวิทยาศาสตร์เน้นย้ำว่าในการพิสูจน์ทฤษฎีนั้น จำเป็นต้องใช้ผลึกเดี่ยวของวัสดุแต่ละชนิด ขณะนี้ยังไม่มีวิธีที่จะแยกหรือเติบโตผลึกดังกล่าวได้

วันนี้ไม่มีการจำแนกประเภทของหินกึ่งมีค่าแบบครบวงจรมีเพียงการแบ่งตามเงื่อนไขเท่านั้น คุณสามารถค้นหาทุกสิ่งเกี่ยวกับหินและคุณสมบัติคำอธิบายได้บนเว็บไซต์ http://www.catalogmineralov.ru/cont/poludragocennye_kamni.htm ในการตัดสินใจที่จะมอบของขวัญเป็นหินกึ่งมีค่าแก่คนที่คุณรัก ก่อนอื่นมาทำความรู้จักกับหินนั้นก่อน

เพชรยังคงเป็นมาตรฐานด้านความแข็ง และใช้ในวิธีการต่างๆ ในการวัดความแข็งเชิงกลของวัสดุ (วิธี Rockwell, Vickers, Mohs) แต่มีวัสดุที่ไม่เพียงแต่มีความแข็งเทียบเท่าเพชรเท่านั้น แต่ยังเหนือกว่าในลักษณะนี้อีกด้วย

ในบทความ เพื่อเปรียบเทียบวัสดุ จะมีการให้ความแข็งระดับไมโครของ Vickers วัสดุที่มีความแข็งมากคือวัสดุที่มีความแข็งเกิน 40 GPa สำหรับเพชร “มาตรฐาน” ตัวบ่งชี้นี้สามารถผันผวนระหว่าง 70 ถึง 150 GPa ขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์และวิธีการผลิต (ตามกฎแล้ว ความแข็งของเพชรคือ 115 GPa) เช่นเดียวกับวัสดุอื่นๆ ความแข็งของวัสดุจะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับสภาวะการสังเคราะห์ตัวอย่าง และบางครั้งก็แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับทิศทางของภาระที่กระทำกับวัสดุ

1.ฟูลเลอไรต์ (สูงสุด 310 เกรดเฉลี่ย)

ฟูลเลอไรต์โพลีเมอร์เป็นสารที่แข็งที่สุดทางวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน มันเป็นผลึกโมเลกุล - โครงสร้างในโหนดซึ่งไม่มีอะตอมเดี่ยว แต่เป็นโมเลกุลทั้งหมด (ฟูลเลอรีนเป็นหนึ่งในการดัดแปลงคาร์บอนแบบ allotropic ซึ่งมีรูปร่างเหมือนลูกฟุตบอล) ฟูลเลอไรต์ทิ้งรอยขีดข่วนไว้บนพื้นผิวเพชร เช่นเดียวกับบนพลาสติก

2. ลอนสดาไลต์ (ก่อน 152 เกรดเฉลี่ย)

การทำนายการดำรงอยู่ของลอนสดาไลต์นั้นใกล้เคียงกับการค้นพบในธรรมชาติ คาร์บอนที่แบ่งส่วนนี้คล้ายกับเพชรถูกพบในปล่องอุกกาบาต แต่ลอนสดาไลต์ตามธรรมชาติซึ่งอาจก่อตัวจากกราไฟท์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของอุกกาบาตนั้น ไม่มีความแข็งเป็นประวัติการณ์ เฉพาะในปี 2009 เท่านั้นที่นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์ว่าหากไม่มีสิ่งเจือปน lonsdaleite อาจแข็งกว่าเพชรได้ ความแข็งสูงนั้นได้มาจากกลไกประมาณเดียวกับที่ทำงานในกรณีของเวิร์ตไซต์ โบรอน ไนไตรด์

3. เวิร์ตไซต์ไนไตรด์ โบรอน(ถึง 114 เกรดเฉลี่ย)

โบรอนไนไตรด์ที่มีโครงสร้างผลึกเวิร์ตไซต์ (หกเหลี่ยมหนาแน่น) นั้นแข็งกว่าที่คิด: เมื่อใช้โหลด มันจะต้องผ่านการปรับเปลี่ยนโครงสร้างเฉพาะที่ พันธะระหว่างอะตอมในโครงตาข่ายจะถูกกระจายใหม่ และความแข็งของวัสดุเพิ่มขึ้น 78%

4. คิวโบไนต์ที่มีโครงสร้างนาโน (สูงถึง 108 เกรดเฉลี่ย)

คิวบิกโบรอนไนไตรด์ถูกผลิตครั้งแรกในปี พ.ศ. 2500 โรเบิร์ต เวนทอร์ฟ(โรเบิร์ต เอช. เวนทอร์ฟ จูเนียร์) ให้กับบริษัท เจเนอรัลอิเล็คทริค- ในปี 1969 บริษัทได้จดทะเบียนเครื่องหมายการค้า "Borazon" สำหรับคริสตัล

ในสหภาพโซเวียต มีการสังเคราะห์ลูกบาศก์โบรอนไนไตรด์เป็นครั้งแรก สถาบันฟิสิกส์แรงดันสูงแห่งสถาบันวิทยาศาสตร์ภายใต้การนำ นักวิชาการ L.F. Vereshchagin- ตั้งแต่ปี 1965 เป็นต้นมา elbor ได้รับการสังเคราะห์ในระดับอุตสาหกรรมโดยใช้เทคโนโลยี โรงงานขัด "อิลิช"(เลนินกราด).

คุณสมบัติเฉพาะของ Cubonite (หรือที่เรียกว่า CBN, Borazon และ Kingsongite) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม ความแข็งของคิวโบไนต์ (การดัดแปลงลูกบาศก์ของโบรอนไนไตรด์) ใกล้เคียงกับเพชรและอยู่ที่ 80−90 GPa เนื่องจากกฎหมาย Hall-Petch การลดขนาดของเม็ดคริสตัลทำให้มีความแข็งเพิ่มขึ้น และนักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่าโครงสร้างนาโนของคิวโบไนต์สามารถเพิ่มความแข็งได้ถึง 108 GPa

5.คาร์บอนโบรอนไนไตรด์ (สูงถึง 76 เกรดเฉลี่ย)

อะตอมของไนโตรเจน คาร์บอน และโบรอนมีขนาดใกล้เคียงกัน คาร์บอนและโบรอนมีโครงสร้างผลึกคล้ายกันซึ่งมีความแข็งสูง นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามสังเคราะห์วัสดุที่มีความแข็งยิ่งยวดซึ่งประกอบด้วยอะตอมทั้งสามประเภท แต่ก็ไม่ประสบผลสำเร็จ ตัวอย่างเช่น การดัดแปลงลูกบาศก์ BC 2 N แสดงให้เห็นถึงความแข็ง 76 GPa

6. โบรอนคาร์ไบด์ (สูงถึง 72 เกรดเฉลี่ย)

โบรอนคาร์ไบด์ซึ่งเป็นวัสดุที่พบได้ทั่วไปในอุตสาหกรรมสมัยใหม่นั้นได้รับย้อนกลับไปในศตวรรษก่อนหน้านั้น ความแข็งระดับไมโคร (49 GPa) สามารถเพิ่มได้อย่างมีนัยสำคัญโดยการนำไอออนอาร์กอนเข้าไปในโครงตาข่ายคริสตัล - สูงถึง 72 GPa

7. โบรอน-คาร์บอน-ซิลิคอน (สูงถึง 70 เกรดเฉลี่ย)

โลหะผสมที่ใช้ระบบโบรอน-คาร์บอน-ซิลิคอนมีความทนทานต่อการโจมตีทางเคมีและอุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ โดยมีลักษณะพิเศษคือมีความแข็งระดับไมโครสูงถึง 70 GPa (สำหรับ B 4 C-B 4 Si)

8. แมกนีเซียม อลูมิเนียม โบไรด์ (สูงถึง 51 เกรดเฉลี่ย)

โลหะผสมของโบรอน แมกนีเซียม และอะลูมิเนียมขึ้นชื่อเรื่องค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเลื่อนต่ำ (หากวัสดุนี้ไม่แพงมาก ก็สามารถนำมาใช้สร้างเครื่องจักรและกลไกที่ทำงานโดยไม่ต้องหล่อลื่นได้) และมีความแข็งสูง ฟิล์มบางของ AlMgB 14 ที่ได้จากการสะสมด้วยเลเซอร์แบบพัลซิ่งจะมีความแข็งระดับไมโครสูงถึง 51 GPa

9. รีเนียมไดโบไรด์ (สูงถึง 48 เกรดเฉลี่ย)

คุณสมบัติเชิงกลของสารประกอบโบรอนและรีเนียมนั้นผิดปกติมาก: เนื่องจากการสลับอะตอมที่แตกต่างกันทีละชั้น รีเนียมไดโบไรด์จึงเป็นแอนไอโซโทรปิก กล่าวคือ เมื่อทำการวัดความแข็งตามระนาบผลึกศาสตร์ที่แตกต่างกัน จะได้ค่าที่ต่างกัน เมื่อทดสอบภายใต้โหลดต่ำ รีเนียมไดโบไรด์จะมีความแข็ง 48 GPa แต่เมื่อโหลดเพิ่มขึ้น ค่าความแข็งจะลดลงอย่างรวดเร็ว โดยจะตกตะกอนที่ประมาณ 22 GPa ดังนั้นนักวิจัยบางคนจึงสงสัยว่าควรจัดประเภทรีเนียมไดโบไรด์เป็นวัสดุที่มีความแข็งยิ่งยวดหรือไม่

10. โมโนคริสตัลไลน์โบรอนซับออกไซด์ (สูงถึง 45 เกรดเฉลี่ย)

โบรอนซับออกไซด์ซึ่งมีอะตอมออกซิเจนในปริมาณ "ไม่เพียงพอ" แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงคุณสมบัติของวัสดุเซรามิก: มีความแข็งแรงสูง ความเฉื่อยทางเคมี ความต้านทานต่อการเสียดสีที่ความหนาแน่นค่อนข้างต่ำ โบรอนซับออกไซด์สามารถสร้างเมล็ดพืชในรูปของไอโคซาฮีดรอน ซึ่งไม่ใช่ทั้งผลึกเดี่ยวหรือผลึกควอซิก ผลึกเหล่านี้เป็นผลึกคู่ที่ประกอบด้วยผลึกทรงสี่หน้าแบบ "หลอมรวม" จำนวน 20 ผลึก ความแข็งของผลึกเดี่ยวโบรอนซับออกไซด์คือ 45 GPa

ความแข็งของเพชรสามารถกำหนดได้โดยใช้มาตราส่วนต่างๆ ที่รู้จักก่อนหน้านี้ความแข็งของแร่ธาตุเป็นตัวบ่งชี้ที่ควรหลีกเลี่ยงหากเป็นไปได้ ในการทดสอบความแข็ง คุณจะต้องขูดแร่ด้วยวัสดุต่างๆ ฟรีดริช มูส นักแร่วิทยาชื่อดัง เสนอในปี พ.ศ. 2354 ให้ใช้มาตราส่วนพิเศษที่เขาคิดค้นขึ้นเพื่อกำหนดความแข็งของหิน ต่อมาถูกเรียกว่ามาตราส่วน Mohs

ความแข็งคืออะไร? พูดง่ายๆ ก็คือความต้านทานที่แร่ธาตุมอบให้เมื่อมีคนพยายามเกาด้วยแร่หรือวัสดุอื่น Friedrich Mohs พัฒนาเครื่องชั่งที่มีดัชนีความแข็งตั้งแต่ 1 ถึง 10 โดย 1 คือแป้งทัลคัม และ 10 คือเพชร นักวิทยาศาสตร์ได้นำแร่ธาตุที่เข้าถึงได้ง่ายมาไว้ในมาตราส่วนมาตรฐานของเขา และจัดเรียงให้อยู่ในแนวที่ต้านทานแร่ธาตุอื่นๆ ได้มากขึ้น ตัวเลขความแข็งของโมห์ไม่ได้กำหนดความแข็งที่แท้จริงของแร่

เพชรเป็นแร่ธาตุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่ยากที่สุดในโลก ในระดับ Mohs ดัชนีของมันคือ 10 คอรันดัมมีดัชนีอยู่ที่ 9 นักวิทยาศาสตร์สามารถสังเคราะห์คาร์บอรันดัมซึ่งยากกว่าคอรันดัม แต่ก็ยังไม่ทำให้เพชรเป็นรอย เหล็กมีความแข็งต่ำกว่าเพชรมาก โดยมีความแข็งอยู่ระหว่าง 5.5 ถึง 7.5 ขึ้นอยู่กับโลหะผสม ไม่สามารถทำให้โลหะผสมเหล็กแข็งกว่าเพชรได้ แต่ความแข็งของเหล็กจะถูกกำหนดโดยใช้แผ่นเพชร: มีการกดแผ่นหรือปิรามิดลงในตัวอย่างเหล็กมากแค่ไหนก็จะเป็นความแข็ง ปัจจุบันเพชรถูกแทนที่ด้วยลูกเหล็กที่ทำจากโลหะผสมพิเศษมากขึ้นเรื่อยๆ

ความแรงของเพชร หรือ ทำไมเพชรถึงแข็งมาก

นานมาแล้ว เมื่อยังไม่มีสิ่งมีชีวิตบนโลกและโลกเองก็ยังอายุน้อย กระบวนการทางธรรมชาติก็เกิดขึ้นบนพื้นผิว หินแปรสัณฐานอยู่ในสภาพหลอมละลายผสมกันภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูงและไอของการระเหยต่างๆ จากนั้นจึงเย็นลงอย่างช้าๆ กระบวนการทั้งหมดนี้นำไปสู่การก่อตัวของหินที่แข็งที่สุดซึ่งปัจจุบันเรียกว่าเพชร

ที่มาของชื่อของหินก้อนนี้ย้อนกลับไปในสมัยโบราณว่าทำไมจึงเริ่มถูกเรียกว่าเพชรยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด แต่มีข้อสันนิษฐานหลายประการ:

1. คำว่าเพชรมาจากภาษากรีก “อดามัส” – “มั่นคง”, “ทำลายไม่ได้”
2. “อัลมา” มาจากภาษาเปอร์เซีย “ยาก”
3. ชื่อของหินนั้นมาจากชื่อผู้หญิงว่า เอลิซ่า หรือ เอลิซ่า ชื่อเต็มของชื่อเอลิซาเบธ แปลว่า "ความเมตตาของพระเจ้า" ตามตำนาน มีหญิงสาวคนหนึ่งซึ่งมีพรสวรรค์ในการเยียวยาผู้คน เธอชื่อเอลิซ่า เธอแข็งแกร่งทั้งในด้านจิตวิญญาณและร่างกาย และด้วยความสามารถของเธอ เธอจึงสามารถยกผู้ป่วยที่ป่วยหนักที่สุดให้ลุกขึ้นยืนได้ วันหนึ่งเอลิซ่าตกหลุมรักชายหนุ่มรูปงามคนหนึ่งเขาตอบสนองต่อความรู้สึกของเธอความรักของพวกเขานั้นสวยงามแต่ก็อยู่ได้ไม่นาน เอลิซ่าเดินทางไกลเพื่อเติมสมุนไพรให้เธอ ขณะนี้คนรักของเธอเริ่มป่วยหนัก เมื่อเอลิซ่ากลับมา เขาก็ตายไปแล้ว เด็กหญิงคนนั้นอาศัยอยู่บนภูเขา เธอเข้าไปในถ้ำแห่งหนึ่งในบริเวณภูเขาและร้องไห้อย่างขมขื่น นี่เป็นน้ำตาครั้งแรกของเธอซึ่งกลายเป็นหินซึ่งต่อมากลายเป็นที่รู้จักในชื่อเพชร

ความแข็งของเพชรและกราไฟท์

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจก็คือ เพชรเป็นแร่ที่แข็งที่สุด ในขณะที่กราไฟท์ได้รับการจัดอันดับที่ 1 ในระดับ Mohs ซึ่งหมายความว่าเป็นแร่ที่อ่อนที่สุด

เพชรและกราไฟท์ประกอบด้วยอะตอมที่เหมือนกันขององค์ประกอบทางเคมีเดียวกันนั่นคือคาร์บอน แล้วเหตุใดสารชนิดหนึ่งจึงอ่อนที่สุดและอีกสารหนึ่งแข็งที่สุด? คำตอบนั้นง่ายมาก มันเป็นเรื่องของพันธะเคมีหรือโครงผลึกของแร่ธาตุเหล่านี้ อะตอมของคาร์บอนเชื่อมต่อกันด้วยวิธีที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงแสดงคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพที่แตกต่างกัน โดยมีลักษณะ ความแข็ง ความเหนียว ความมันวาว และพารามิเตอร์อื่นๆ ที่แตกต่างกัน กราไฟท์มีโครงสร้างเป็นชั้นๆ อะตอมของคาร์บอนมีพันธะซึ่งกันและกันอย่างอ่อน ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมกราไฟท์จึงอ่อนมาก

Lonsdaleite – เพชรสังเคราะห์

ไม่มีวัตถุใดในธรรมชาติที่แข็งไปกว่าเพชร แต่วิทยาศาสตร์ไม่ได้หยุดนิ่ง นักวิทยาศาสตร์สามารถสังเคราะห์สารที่แข็งแกร่งกว่าเพชรได้ถึง 58% ชื่อของวัสดุนี้คือ lonsdaleite สามารถทนต่อแรงกดดันได้มากกว่าแร่ธรรมชาติที่แข็งที่สุดถึง 55 GPa แต่การใช้งานแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยเพราะว่าได้มายากมาก ค่าใช้จ่ายในการได้มานั้นไม่ได้ปรับให้เข้ากับเงินที่ใช้ไปและการใช้งานก็ไม่จำเป็นอย่างยิ่ง Lonsdaleite ตั้งชื่อตามนักผลึกศาสตร์ Kathleen Lonsdale ซึ่งมีพื้นเพมาจากอังกฤษ

ยังคิดว่าเพชรเป็นสสารที่แข็งที่สุดในโลกของเราใช่ไหม? ศตวรรษที่ผ่านมา! ใน 10 อันดับแรกของเรา - สารที่แข็งที่สุดในโลกและในนั้นมีเพียงอันดับที่สี่เท่านั้น

1 ฟูลเลอไรต์อัลตร้าฮาร์ด

ขูดเพชรเหรอ? อย่างง่ายดาย. ฟูลเลอไรต์ชนิดแข็งพิเศษเหมาะสำหรับสิ่งนี้ ใบหน้าของคริสตัลนี้มีโมเลกุลฟูลเลอรอนทั้งหมด ซึ่งทำให้มีความแข็งแกร่งผิดปกติ แข็งแกร่งกว่าเพชรประมาณสามเท่า

2

แตกต่างจากฟูลเลอไรต์เทียมโดยสิ้นเชิง lonsdaleite สามารถพบได้ในสถานที่ที่ดาวเคราะห์น้อยชนกับพื้นผิวโลก คุณสมบัติพิเศษของสารนี้คือความสามารถในการปรับเปลี่ยนภายใต้ความกดดัน หากภาระภายนอกเพิ่มขึ้น lonsdaleite จะจัดโครงสร้างใหม่ให้แข็งแกร่งยิ่งขึ้น

3

กลไกที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นโดยผู้ชนะเลิศเหรียญทองแดงจากสารที่เป็นของแข็งสิบอันดับแรกของเราบนโลก นี่คือเวิร์ตไซต์ โบรอน ไนไตรด์ เมื่อแรงกดดันต่อวัสดุนี้เพิ่มขึ้น มันจะยากขึ้นเกือบสองเท่าของสภาวะปกติ

4

เพชรธรรมชาติยังคงเกาะอยู่กับตำแหน่งของมัน แต่... น้อยคนที่รู้ว่าเพชรก็มีความแข็งต่างกันไป ความแข็งของมันอยู่ระหว่าง 70 ถึง 150 กิกะปาสคาล ขึ้นอยู่กับคุณภาพของหิน แต่ถึงกระนั้นเขาก็สมควรได้รับสี่แต้มที่แข็งแกร่ง

5

ทั้งหมดนี้เป็นชื่อของสารชนิดเดียวกัน - คิวบิกโบรอนไนไตรด์ ค้นพบในปี 1985 เป็นเรื่องน่าสนใจที่รู้ว่าโบราซอนเหนือกว่าเพชรในบางแง่ - อุณหภูมิการเผาไหม้ของมันสูงกว่าอุณหภูมิการเผาไหม้ของเพชรเกือบสองเท่า

6

แต่สารนี้มีความเป็นไปได้เพียงอย่างเดียวและจนถึงขณะนี้ได้รับการพิสูจน์ในทางทฤษฎีแล้วเท่านั้น อย่างไรก็ตาม เมื่อถูกสร้างขึ้น โบรอน คาร์บอน ไนไตรด์ (c-BC2N) จะมีความแข็งกว่าเพชรในบางด้าน

7

โบรอนคาร์ไบด์เป็นหนึ่งในสารจับเวลารุ่นเก่าของสารที่แข็งที่สุดในโลกสิบอันดับแรกของเรา ปี 2559 ถือเป็นปีที่ 123 นับตั้งแต่เปิดตัว และถึงกระนั้นก็ยังคงรักษาเครื่องหมายไว้ - เป็นหนึ่งในสารทนไฟและทนต่อสารเคมีมากที่สุด โดยไม่ละลายน้ำแม้ในกรดเดือด

8

ไดโบไรด์มีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษในทิศทางเดียวกับโครงตาข่ายคริสตัล เพื่อให้ได้สารนี้ แมกนีเซียมไดโบไรด์จะถูกผสมกับออสเมียมคลอไรด์ และเก็บไว้ที่อุณหภูมิ +1,000C เป็นเวลาสามวัน สารทั้งสองละลายได้แม้กับน้ำ แต่ผลึกที่ได้จะยากกว่ามาก

9

คริสตัลอีกชิ้นที่เหยียบบนส้นเท้าของเพชร ตาข่ายคริสตัลของมันในบางทิศทางนั้นแข็งกว่าแร่ธรรมชาตินี้ด้วยซ้ำ ในขณะเดียวกัน ตามที่คนอื่นๆ กล่าวไว้ มันนุ่มกว่าห้าถึงหกเท่า ดังนั้นเขาสมควรได้อันดับที่ 9

10

สารสามองค์ประกอบที่มีการลื่นไถลที่สมบูรณ์แบบและมีความแข็งเป็นเลิศ วัสดุมีอยู่ในรูปของสเปรย์ที่ดีที่สุด

ในกิจกรรมของเขาบุคคลใช้สารและวัสดุที่มีคุณสมบัติหลากหลาย และความแข็งแกร่งและความน่าเชื่อถือก็ไม่สำคัญ วัสดุที่แข็งที่สุดในธรรมชาติและวัสดุที่สร้างขึ้นโดยธรรมชาติจะกล่าวถึงในบทความนี้

มาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป

เพื่อตรวจสอบความแข็งแรงของวัสดุ จะใช้มาตราส่วน Mohs ซึ่งเป็นมาตราส่วนสำหรับประเมินความแข็งของวัสดุโดยพิจารณาจากปฏิกิริยาต่อการขีดข่วน สำหรับคนทั่วไป วัสดุที่แข็งที่สุดคือเพชร คุณจะต้องประหลาดใจ แต่แร่ธาตุนี้อยู่ในอันดับที่ 10 ในบรรดาแร่ที่ยากที่สุดเท่านั้น โดยเฉลี่ยแล้ว วัสดุจะถือว่ามีความแข็งมากหากค่าของมันสูงกว่า 40 GPa นอกจากนี้เมื่อระบุวัสดุที่แข็งที่สุดในโลกควรคำนึงถึงธรรมชาติของแหล่งกำเนิดด้วย นอกจากนี้ความแข็งแรงและความทนทานมักขึ้นอยู่กับอิทธิพลของปัจจัยภายนอกด้วย

วัสดุที่แข็งที่สุดในโลก

ในส่วนนี้เราจะมาพูดถึงสารประกอบทางเคมีที่มีโครงสร้างผลึกที่ไม่ธรรมดาซึ่งมีความแข็งแกร่งกว่าเพชรมากและสามารถขีดข่วนได้ง่าย ต่อไปนี้เป็นวัสดุที่แข็งที่สุด 6 อันดับแรกที่มนุษย์สร้างขึ้น โดยเริ่มจากวัสดุที่แข็งน้อยที่สุด

• คาร์บอนไนไตรด์-โบรอน ความสำเร็จของเคมีสมัยใหม่นี้มีดัชนีความแข็งแกร่งอยู่ที่ 76 GPa
• Graphene airgel (แอโรกราฟีน) เป็นวัสดุที่เบากว่าอากาศถึง 7 เท่า และคืนรูปทรงได้หลังจากการบีบอัด 90% วัสดุที่ทนทานอย่างน่าอัศจรรย์ซึ่งสามารถดูดซับของเหลวหรือแม้แต่น้ำมันได้ถึง 900 เท่าของน้ำหนักตัวเอง วัสดุนี้มีการวางแผนเพื่อใช้ในการรั่วไหลของน้ำมัน
• กราฟีนเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่มีเอกลักษณ์และเป็นวัสดุที่แข็งแกร่งที่สุดในจักรวาล เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ด้านล่าง
• Carbyne เป็นโพลีเมอร์เชิงเส้นของคาร์บอน allotropic ซึ่งใช้ในการผลิตท่อที่มีขนาดบางเฉียบ (1 อะตอม) และท่อที่มีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษ เป็นเวลานานแล้วที่ไม่มีใครสามารถสร้างท่อที่มีความยาวมากกว่า 100 อะตอมได้ แต่นักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรียจากมหาวิทยาลัยเวียนนาสามารถเอาชนะอุปสรรคนี้ได้ นอกจากนี้ หากก่อนหน้านี้คาร์ไบน์ถูกสังเคราะห์ในปริมาณน้อยและมีราคาแพงมาก ในปัจจุบันก็สามารถสังเคราะห์ได้เป็นตัน นี่เป็นการเปิดโลกทัศน์ใหม่สำหรับเทคโนโลยีอวกาศและอื่นๆ อีกมากมาย
• Elbor (kingsongite, cubonite, borazon) เป็นสารประกอบนาโนวิศวกรรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการแปรรูปโลหะในปัจจุบัน ความแข็ง - 108 GPa.

• ฟูลเลอไรต์เป็นวัสดุที่แข็งที่สุดในโลกที่มนุษย์รู้จักในปัจจุบัน ความแข็งแกร่งของมันอยู่ที่ 310 GPa มั่นใจได้จากความจริงที่ว่ามันไม่ได้ประกอบด้วยอะตอมเดี่ยว ๆ แต่เป็นโมเลกุล คริสตัลเหล่านี้จะขูดเพชรได้ง่ายเหมือนกับมีดขูดเนย

ปาฏิหาริย์แห่งมือมนุษย์

กราฟีนเป็นสิ่งประดิษฐ์อีกประการหนึ่งของมนุษยชาติโดยอาศัยการดัดแปลงคาร์บอนแบบ allotropic ดูเหมือนฟิล์มบางที่มีความหนา 1 อะตอม แต่แข็งแกร่งกว่าเหล็กถึง 200 เท่า และมีความยืดหยุ่นเป็นพิเศษ

เป็นเรื่องเกี่ยวกับกราฟีนที่พวกเขาบอกว่าจะเจาะได้ต้องมีช้างอยู่บนปลายดินสอ นอกจากนี้ค่าการนำไฟฟ้ายังสูงกว่าซิลิคอนในชิปคอมพิวเตอร์ถึง 100 เท่า อีกไม่นานก็จะออกจากห้องปฏิบัติการและเข้าสู่ชีวิตประจำวันในรูปแบบของแผงโซลาร์เซลล์ โทรศัพท์มือถือ และชิปคอมพิวเตอร์สมัยใหม่

ผลลัพธ์ความผิดปกติทางธรรมชาติที่หายากมากสองประการ

มีสารประกอบหายากมากที่พบในธรรมชาติซึ่งมีความแข็งแกร่งอย่างเหลือเชื่อ

• โบรอนไนไตรด์เป็นสารที่ผลึกมีรูปร่างเฉพาะของเวิร์ตไซต์ ด้วยการใช้โหลด การเชื่อมต่อระหว่างอะตอมในโครงผลึกจะถูกกระจายใหม่ ส่งผลให้มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น 75% ดัชนีความแข็ง - 114 GPa สารนี้เกิดขึ้นระหว่างการปะทุของภูเขาไฟซึ่งมีอยู่น้อยมากในธรรมชาติ
• Lonsdaleite (ในภาพหลัก) เป็นสารประกอบของคาร์บอน allotropic วัสดุดังกล่าวถูกค้นพบในปล่องอุกกาบาต และเชื่อกันว่าก่อตัวจากกราไฟท์ภายใต้สภาวะที่เกิดการระเบิด ดัชนีความแข็ง - 152 GPa ไม่ค่อยพบในธรรมชาติ

สิ่งมหัศจรรย์ของสัตว์ป่า

ในบรรดาสิ่งมีชีวิตบนโลกของเรา มีสิ่งมีชีวิตที่พิเศษมากอยู่

• เว็บของ Caerostris darwini ด้ายที่แมงมุมของดาร์วินผลิตนั้นแข็งแกร่งกว่าเหล็กกล้าและแข็งกว่าเคฟล่าร์ เป็นเว็บนี้ที่นักวิทยาศาสตร์ของ NASA ใช้ในการพัฒนาชุดป้องกันอวกาศ
• ฟันของหอยโข่ง - โครงสร้างเส้นใยของพวกมันกำลังได้รับการศึกษาโดยไบโอนิคในปัจจุบัน พวกมันแข็งแกร่งมากจนปล่อยให้หอยฉีกสาหร่ายที่เติบโตเป็นหินออกไป

ไม้เรียวเหล็ก

ปาฏิหาริย์แห่งธรรมชาติอีกอย่างหนึ่งคือต้นเบิร์ชชมิดท์ ไม้ของมันเป็นแหล่งกำเนิดทางชีวภาพที่แข็งที่สุด มันเติบโตในตะวันออกไกลในเขตอนุรักษ์ธรรมชาติ Kedrovaya Pad และมีรายชื่ออยู่ใน Red Book ความแข็งแกร่งเทียบได้กับเหล็กและเหล็กหล่อ แต่ในขณะเดียวกันก็ไม่เกิดการกัดกร่อนและเน่าเปื่อย

การใช้ไม้อย่างแพร่หลายซึ่งแม้แต่กระสุนไม่สามารถเจาะทะลุได้นั้นถูกขัดขวางด้วยความหายากเป็นพิเศษ

โลหะที่แข็งที่สุด

นี่คือโลหะสีน้ำเงิน - ขาว - โครเมียม แต่ความแข็งแกร่งนั้นขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของมัน โดยธรรมชาติแล้วจะมี 0.02% ซึ่งไม่น้อยเลย มันถูกสกัดจากหินซิลิเกต อุกกาบาตที่ตกลงสู่พื้นโลกก็มีโครเมียมอยู่มากเช่นกัน

ทนต่อการกัดกร่อน ทนความร้อน และทนไฟ โครเมียมเป็นส่วนหนึ่งของโลหะผสมหลายชนิด (เหล็กโครเมียม นิกโครม) ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและในการเคลือบตกแต่งป้องกันการกัดกร่อน

เราแข็งแกร่งขึ้นด้วยกัน

โลหะชนิดเดียวเป็นสิ่งที่ดี แต่ในบางส่วนผสมก็เป็นไปได้ที่จะให้คุณสมบัติที่น่าทึ่งแก่โลหะผสมได้

โลหะผสมไทเทเนียมและทองที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษเป็นวัสดุที่แข็งแกร่งเพียงชนิดเดียวที่แสดงให้เห็นว่าสามารถเข้ากันได้ทางชีวภาพกับเนื้อเยื่อที่มีชีวิต โลหะผสม beta-Ti3Au มีความแข็งแรงมากจนไม่สามารถบดในปูนได้ วันนี้เป็นที่ชัดเจนแล้วว่านี่คืออนาคตของการปลูกถ่ายข้อต่อเทียมและกระดูกชนิดต่างๆ นอกจากนี้ยังสามารถนำมาใช้ในการขุดเจาะ อุปกรณ์กีฬา และด้านอื่นๆ ในชีวิตของเราอีกด้วย

โลหะผสมของแพลเลเดียม เงิน และเมทัลลอยด์บางชนิดอาจมีคุณสมบัติคล้ายกัน นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันคาลเทคกำลังทำงานในโครงการนี้

อนาคตที่ 20 ดอลลาร์ต่อเข็ด

วัสดุที่แข็งที่สุดที่คนทั่วไปสามารถซื้อได้ในปัจจุบันคืออะไร? คุณสามารถซื้อเทป Braeön ความยาว 6 เมตรได้ในราคาเพียง 20 ดอลลาร์ ตั้งแต่ปี 2017 เป็นต้นมา สินค้านี้ลดราคาจากผู้ผลิต Dustin McWilliams องค์ประกอบทางเคมีและวิธีการผลิตถูกเก็บเป็นความลับอย่างเคร่งครัด แต่คุณสมบัติของมันนั้นน่าทึ่งมาก

ทุกสิ่งสามารถป้องกันได้ด้วยเทปอย่างแน่นอน ในการทำเช่นนี้คุณจะต้องพันไว้รอบชิ้นส่วนที่ยึดแล้วให้ความร้อนด้วยไฟแช็กธรรมดาให้องค์ประกอบพลาสติกมีรูปร่างตามที่ต้องการก็แค่นั้นแหละ หลังจากเย็นตัวแล้วข้อต่อจะรับน้ำหนักได้ 1 ตัน

ทั้งแข็งและอ่อน

ในปี 2560 มีข้อมูลเกี่ยวกับการสร้างวัสดุที่น่าทึ่ง - ยากที่สุดและอ่อนที่สุดในเวลาเดียวกัน วัสดุ metamaterial นี้ถูกคิดค้นโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยมิชิแกน พวกเขาได้เรียนรู้วิธีควบคุมโครงสร้างของวัสดุและทำให้มันแสดงคุณสมบัติที่แตกต่างกัน

เช่น เมื่อใช้สร้างรถยนต์ ร่างกายจะแข็งเมื่อเคลื่อนที่ และนุ่มนวลเมื่อชนกัน ร่างกายดูดซับพลังงานจากการสัมผัสและปกป้องผู้โดยสาร