18.01.2016. u 17:21 · Johnny · 110 460

Top 10 najjačih metala na svijetu

Upotreba metala u svakodnevnom životu počela je u zoru ljudskog razvoja, a prvi metal bio je bakar, budući da je dostupan u prirodi i lako se obrađuje. Nije bez razloga da arheolozi tokom iskopavanja pronalaze razne proizvode i pribor za domaćinstvo od ovog metala. U procesu evolucije ljudi su postepeno naučili da kombinuju različite metale, dobijajući sve trajnije legure pogodne za izradu alata, a kasnije i oružja. Danas se nastavljaju eksperimenti, zahvaljujući kojima je moguće identificirati najjače metale na svijetu.

10.

• visoka specifična čvrstoća;
• otpornost na visoke temperature;
• niska gustina;
• otpornost na koroziju;
• mehanička i hemijska otpornost.

Titanijum se koristi u vojnoj industriji, vazduhoplovnoj medicini, brodogradnji i drugim oblastima proizvodnje.

9.

Najpoznatiji element, koji se smatra jednim od najjačih metala na svijetu, a u normalnim uvjetima je slab radioaktivni metal. U prirodi se nalazi iu slobodnom stanju i u kiselim sedimentnim stijenama. Prilično je težak, široko rasprostranjen svuda i ima paramagnetna svojstva, fleksibilnost, savitljivost i relativnu duktilnost. Uranijum se koristi u mnogim oblastima proizvodnje.

8.

Poznat kao najvatrostalniji metal koji postoji, jedan je od najjačih metala na svijetu. To je čvrsti prelazni element sjajne srebrnosive boje. Posjeduje visoka čvrstoća, odlična vatrostalnost, otpornost na hemijske uticaje. Zbog svojih svojstava može se kovati i uvlačiti u tanak konac. Poznato kao volframova nit.

7.

Među predstavnicima ove grupe smatra se prelaznim metalom visoke gustoće srebrno-bijele boje. U prirodi se javlja u svom čistom obliku, ali se nalazi u molibdenu i bakrenim sirovinama. Odlikuje se velikom tvrdoćom i gustinom, te ima odličnu vatrostalnost. Ima povećanu čvrstoću, koja se ne gubi zbog ponovljenih promjena temperature. Renijum je skup metal i ima visoku cenu. Koristi se u modernoj tehnologiji i elektronici.

6.

Sjajni srebrno-bijeli metal blago plavičaste nijanse, pripada grupi platine i smatra se jednim od najjačih metala na svijetu. Slično iridijumu, ima visoku atomsku gustinu, veliku čvrstoću i tvrdoću. Pošto je osmijum metal platine, ima svojstva slična iridijumu: vatrostalnost, tvrdoću, lomljivost, otpornost na mehanička opterećenja, kao i na uticaj agresivnog okruženja. Našao je široku primenu u hirurgiji, elektronskoj mikroskopiji, hemijskoj industriji, raketnoj industriji i elektronskoj opremi.

5.

Spada u grupu metala i svijetlo sivi je element relativne tvrdoće i visoke toksičnosti. Zbog svojih jedinstvenih svojstava, berilij se koristi u širokom spektru proizvodnih područja:

• nuklearna energija;
• vazduhoplovstvo;
• metalurgija;
• laserska tehnologija;
• nuklearna energija.

Zbog svoje visoke tvrdoće, berilij se koristi u proizvodnji legiranih legura i vatrostalnih materijala.

4.

Sljedeći na listi deset najjačih metala na svijetu je krom - tvrd, metal visoke čvrstoće plavičasto-bijele boje, otporan na alkalije i kiseline. Javlja se u prirodi u svom čistom obliku i široko se koristi u razne industrije nauke, tehnologije i proizvodnje. Krom se koristi za stvaranje različitih legura koje se koriste u proizvodnji medicinskih, kao i kemijskih tehnološke opreme. U kombinaciji sa željezom formira leguru zvanu ferokrom, koja se koristi u proizvodnji alata za rezanje metala.

3.

Tantal zaslužuje bronzu na ljestvici, jer je jedan od najjačih metala na svijetu. To je srebrnast metal visoke tvrdoće i atomske gustine. Zbog stvaranja oksidnog filma na njegovoj površini, ima olovnu nijansu.

Posebna svojstva tantala su visoka čvrstoća, vatrostalnost, otpornost na koroziju i otpornost na agresivna okruženja. Metal je prilično duktilan metal i može se lako obraditi. Danas se tantal uspješno koristi:

• u hemijskoj industriji;
• tokom izgradnje nuklearnih reaktora;
• u metalurškoj proizvodnji;
• pri stvaranju legura otpornih na toplinu.

2.

Drugo mjesto na ljestvici najtrajnijih metala na svijetu zauzima rutenijum, srebrni metal koji pripada grupi platine. Njegova posebnost je prisustvo živih organizama u mišićnom tkivu. Vrijedna svojstva rutenija su visoka čvrstoća, tvrdoća, vatrostalnost, hemijska otpornost i sposobnost stvaranja složenih spojeva. Rutenij se smatra katalizatorom mnogih kemijskih reakcija i djeluje kao materijal za proizvodnju elektroda, kontakata i oštrih vrhova.

1.

Na rang listi najjačih metala na svijetu predvodi iridijum - srebrno-bijeli, tvrdi i vatrostalni metal koji pripada grupi platine. U prirodi je element visoke čvrstoće izuzetno rijedak i često se kombinira s osmijumom. Zbog svoje prirodne tvrdoće teško se obrađuje i veoma je otporan na hemikalije. Iridijum sa velikim poteškoćama reaguje na izlaganje halogenima i natrijum peroksidu.

Ovaj metal igra važnu ulogu u svakodnevnom životu. Dodaje se titanu, kromu i volframu radi poboljšanja otpornosti na kiselu sredinu, koristi se u proizvodnji pisaćih materijala i koristi se u nakitu za izradu nakita. Cijena iridija ostaje visoka zbog njegove ograničene prisutnosti u prirodi.

Izbor čitalaca:

Čvrsti materijali danas

Najtvrđi materijal koji danas postoji je ultra-tvrdi fulerit (otprilike 1,17-1,52 puta tvrđi od dijamanta). Međutim, ovaj materijal je dostupan samo u mikroskopskim količinama. Najčvršća uobičajena supstanca je dijamant. Osim toga, postoje informacije da je grupa američkih i kineskih naučnika uspjela dokazati da je posebno obrađeni lonsdaleit 58% tvrđi od dijamanta.

Lonsdaleite predstavlja jednu od alotropskih modifikacija ugljika. Struktura njegove kristalne rešetke podsjeća na strukturu dijamanta. Zbog toga je ovaj materijal dobio drugo ime - heksagonalni dijamant. Razlika je u tome što jedinična ćelija lonsdaleita sadrži četiri atoma, dok jedinična ćelija dijamanta sadrži osam. Međutim, prema istraživačima, malo je vjerovatno da će se novi materijal pronaći praktična primjena, stoga razmotrite njegova teorijska svojstva na trenutno nema nikakvog smisla.

Fullerit je molekularni kristal, u čijim čvorovima se nalaze molekuli fulerena.

Dijamant- mineral, jedan od alotropnih oblika ugljenika.

Tvrdoća- svojstvo materijala da se odupire prodiranju drugog, čvršćeg tijela u njega.

FULERIT - NOVI OBLIK UGLJENIKA

Novi materijal za istraživanje

I. V. ZOLOTUKHIN, Voronješki tehnički univerzitet

UVOD

Godine 1990. došlo je do procvata među fizičarima i hemičarima istraživački rad uzrokovano porukom o prijemu nove supstance - fulerit, koji se sastoji od molekula ugljika - fulereni. Struktura fulerita, njegova svojstva, metode proizvodnje - sva su ova pitanja postala fokus pažnje istraživača. Otvorile su se bogate mogućnosti za stvaranje, na bazi nove supstance, raznih vrsta jedinjenja i struktura sa neobičnim fizičko-hemijskim svojstvima.

Fulerit je alotropska modifikacija ugljika. Stoga, prije nego što pređemo na razmatranje njegove strukture, svojstava i mogućih područja primjene, prisjetimo se najbližih "rođaka" nove tvari - grafita i dijamanta.

Jedna od kristalnih modifikacija ugljika je grafit. Ovaj divni materijal nalazi široku primjenu u raznim područjima ljudske aktivnosti - od proizvodnje olovke do neutronskih jedinica u nuklearnim reaktorima.

Raspored atoma ugljika u kristalnoj strukturi grafita je prilično neobičan. Pojedinačni atomi se kombinuju i formiraju heksagonalne prstenove koji formiraju mrežu sličnu saću. Mnoge takve mreže nalaze se jedna na drugoj u slojevima. Udaljenost između atoma smještenih na vrhovima pravilnih šesterokuta je 0,142 nm. Susjedni atomi unutar svakog sloja povezani su vrlo jakim kovalentnim vezama, tako da je sloj atoma koji formira heksagonalnu mrežu prilično jak i stabilan. Ali slojevi u grafitu su na prilično poštovanoj udaljenosti jedan od drugog: ona je jednaka 0,335 nm, što je više od dvostruke udaljenosti između atoma ugljika u heksagonalnoj mreži. Velika udaljenost između slojeva određuje slabost sila koje povezuju slojeve. Ova struktura - jaki slojevi međusobno slabo povezani - određuje specifična svojstva grafita: nisku tvrdoću i sposobnost lakog raslojavanja u sitne ljuspice.

Dijamant je jedinstven

Još jedna kristalna modifikacija ugljika je dijamant je potpuno jedinstvena supstanca. Svaki atom ugljika u dijamantskoj strukturi nalazi se u središtu tetraedra, čiji su vrhovi četiri najbliža atoma. Susedni atomi su međusobno povezani kovalentnim vezama. Ova struktura određuje svojstva dijamanta, najtvrđe supstance poznate na Zemlji.

Proučavanje ova dva oblika čistog ugljenika ima dugu istoriju. U različitim vremenima, izvanredni hemičari i naučnici materijala otkrivali su i druge oblike ugljenika, kao što su amorfni ugljenik, karbin, beli ugljenik itd. Međutim, svi ovi oblici su kompoziti, odnosno mešavina malih fragmenata grafita i dijamanta. Do nedavno se vjerovalo da postoje samo dva načina da se atomi ugljika rasporede u svemiru kako bi se dobio kristalni oblik ugljika. Ovu situaciju treba smatrati veoma iznenađujućom. Zapravo, trenutno je poznato preko milion jedinjenja ugljenika sa drugim elementima. Njihovo proučavanje je predmet ogromne grane nauke - organske hemije. U isto vrijeme, istraživanja u području kemije čistog ugljika počela su relativno nedavno. U zadnjih 10 godina osnovna istraživanja bili su obilježeni izuzetnim uspjesima u dobivanju fundamentalno novog trećeg oblika čistog ugljika, o čemu će biti riječi u nastavku.

FULERENI - MOLEKULARNI OBLIK UGLJENIKA

Novi oblik ugljika je u suštini nov. Za razliku od prva dva, grafita i dijamanta, čija je struktura periodična rešetka atoma, treći oblik čistog ugljika je molekularni. To znači da minimalni element njegove strukture nije atom, već molekula ugljika. Kakav molekul! Ispostavilo se da su molekule čistog ugljika zatvorena površina, u obliku kugle ili sferoida. Takvi su molekuli nazvani fulereni u čast američkog izumitelja i arhitekte Richarda Buckminstera Fullera, koji je 1954. godine dobio patent za građevinske strukture u obliku šesterokuta i peterokuta koji čine hemisferu ili hemisferoid, koji se može koristiti kao krovovi velikih zgrada. (cirkusi, izložbeni paviljoni, itd.) .

Veliko zanimanje za molekularni ugljik pojavilo se 1985. otkrićem molekule C60 od 60 atoma. Osim toga, otkriveni su molekuli C70, C76, C84 itd. Svi oni imaju oblik zatvorene površine na kojoj se nalaze atomi ugljika.

Struktura fulerena

Glavni element strukture fulerena je šesterokut, na čijim se vrhovima nalaze atomi ugljika. Kao što smo ranije vidjeli, slični heksagoni su također karakteristični za strukturu grafita. Na osnovu ovoga logično je pretpostaviti da grafit treba koristiti kao polazni materijal za sintezu fulerena. To je ono što se zapravo događa. Sada je čvrsto utvrđeno da najviše na efikasan način Proizvodnja fulerena je termička dekompozicija slojevite strukture grafita na male fragmente, od kojih se zatim formiraju C60 i druge zatvorene molekule ugljika.

Ako pretpostavimo da se molekula C60 sastoji samo od heksagonalnih fragmenata grafita, tada bi njen polumjer trebao biti jednak 0,37 nm. Zapravo, tačna vrijednost radijusa C60, utvrđena analizom difrakcije rendgenskih zraka, iznosi 0,357 nm. Ova vrijednost se razlikuje za samo 2% od izračunate. Razlika u polumjerima je zbog činjenice da se atomi ugljika nalaze na sfernoj površini na vrhovima 20 pravilnih šesterokuta naslijeđenih od grafita i 12 pravilnih peterokuta koji su nastali tijekom formiranja C60. Može se pokazati da se od pravilnih šesterokuta lako može položiti ravna površina, ali se njima ne može položiti zatvorena površina: dio šesterokutnih prstenova se mora izrezati tako da se od isječenih dijelova formiraju peterokuti. Na potpuno isti način se šije i fudbalska lopta. Njegova guma se također sastoji (a to je lako vidjeti) od peterokutnih i šesterokutnih preklopa kože koji formiraju sfernu površinu.

Dakle, strukturni elementi fulerena su slični strukturni elementi grafit Ravna mreža šesterokuta (u slučaju grafita) je presavijena i ušivena u zatvorenu kuglu ili sferoid. U ovom slučaju, neki šesterokuti se pretvaraju u peterokute.

DOBIVANJE FULERENA I FULERITA

Instalacija za proizvodnju fulerena termičkim isparavanjem grafita. Ova metoda je razvijena 1990. godine. Kao sirovine koriste se cilindrične šipke od spektralno čistog grafita prečnika od 1 do 6 mm. Zaoštreni krajevi šipki su povezani, a struja od 150 - 200 A prolazi kroz njih i konstantna i AC. Kada struja prođe u tački kontakta, nastaje električni luk i grafit počinje da isparava. Zagrijavanje treba biti umjereno tako da se od štapića ne odvajaju pojedinačni atomi ugljika, već cijeli fragmenti grafitnih slojeva koji se sastoje od ugljičnih šesterokuta. Ispareni grafit se taloži na zidovima komore u obliku čađi.

Opisani proces se provodi u komori u kojoj se prethodno stvara vakuum reda veličine 10-6 Torr. Komora se zatim puni gasom helijuma. Vjeruje se da su atomi helijuma sposobni učinkovito ukloniti višak energije iz fragmenata grafita koji su napustili zonu električnog luka. Osim toga, helijum nosi energiju oslobođenu kada se fragmenti spoje u molekule fulerena. Optimalni pritisak helijuma u komori tokom isparavanja grafita je u rasponu od 50 - 100 Torr. Heksagonalni grafitni fragmenti ohlađeni u plinu helijuma služe kao "građevni blokovi" za izgradnju molekula C60 i C70.

Da bi se izolovali čisti fulerini, čađ taložena na zidovima komore za isparavanje rastvara se u metilbenzenu (toluenu). U tom slučaju fulereni prelaze u otopinu, a neizreagirani fragmenti grafita precipitiraju. Sedimentacija se može izvesti na jedan od tri načina: filtracijom, rotacijom otopine u centrifugi ili ekstrakcijom pomoću Soxhletovog aparata. Rezultat je tekućina boje crvenog vina, koja se zatim stavlja u isparivač. Toluen isparava, a fulereni padaju na dno i zidove posude u obliku crnog praha čija je masa oko 10% mase originalne grafitne čađi. Prašak sadrži molekule C60 i C70 u omjeru 85:15. Za odvajanje ovih fulerena koristi se hromatografija tečne kolone za koju je potrebna velika količina rastvarača. Boja čistog C60 u rastvoru je anilinsko crvena, dok je boja rastvora C70 narandžasta.

Kada se otopina čistog C60 ispari, formira se nova kristalna supstanca, koja se naziva "fulerit". Čvrsti fulerit prvi su uočili Kretschmer i Huffman u maju 1990. godine u jednoj od laboratorija Instituta za nuklearnu fiziku u Heidelbergu (Njemačka). Fulerit je treći oblik čistog ugljika, fundamentalno različit i od dijamanta i od grafita.

FULERITNI KRISTALI

Utvrđeno je da fulerit ima visok stepen kristalnog reda. Molekuli C60 na sobnoj temperaturi kondenzuju se u zbijenu strukturu, gdje svaki molekul ima 12 najbližih susjeda. Može se dokazati da postoje dvije zbijene strukture. U kristalografiji (nauci o strukturi kristala) nazivaju se kubičnim (FCC) i heksagonalnim rešetkama. U kristalnom fuleritu, molekuli fulerena formiraju fcc rešetku. Budući da molekul od 60 atoma ima promjer od 0,71 nm, dimenzije jedinične ćelije fcc rešetke su prilično impresivne: svaka strana kocke je 1,42 nm, a udaljenost između najbližih susjeda je oko 1 nm. U kristalima koji se sastoje od atoma i imaju fcc rešetku, stranica kocke obično ne prelazi 0,4 nm, a udaljenost između najbližih susjeda je 0,3 nm.

Metodom nuklearne magnetne rezonancije dokazano je da se molekule C60, koje zauzimaju određena mjesta u rešetki usmjerenoj na lice, na sobnoj temperaturi konstantno rotiraju oko ravnotežnog položaja sa frekvencijom od 1012 s-1 potrebno je odrediti položaj atoma ugljika u samoj molekuli C60. Srećom, kako temperatura pada, rotacija molekula se usporava i potpuno zaustavlja na vrlo niskim temperaturama.

Zanimljivo je napomenuti da kada temperatura padne na 249 K, fulerit doživljava fazna transformacija prve vrste, u kojoj je fcc rešetka preuređena u jednostavnu kubičnu. U ovom slučaju volumen fulerita se povećava za 1%.

SVOJSTVA FULERENA I FULERITA

Logično je pretpostaviti da će supstanca koja se sastoji od tako nevjerovatnih molekula imati neobična svojstva. Kristal fulerita ima gustinu od 1,7 g/cm3, što je znatno manje od gustine grafita (2,3 g/cm3) i, još više, dijamanta (3,5 g/cm3). Da, to je razumljivo - na kraju krajeva, molekuli fulerena su šuplji.

Fulerit nije visoko hemijski reaktivan. Molekul C60 ostaje stabilan u atmosferi inertnog argona do temperatura reda od 1200 K. Međutim, u prisustvu kiseonika, značajna oksidacija se primećuje već na 500 K sa stvaranjem CO i CO2. Proces koji traje nekoliko sati dovodi do razaranja fcc rešetke fulerita i formiranja neuređene strukture u kojoj se nalazi 12 atoma kisika po početnoj molekuli C60. U tom slučaju fulereni potpuno gube oblik. Na sobnoj temperaturi do oksidacije dolazi samo kada se ozrači fotonima sa energijom od 0,5 - 5 eV. Podsjećajući da je energija fotona vidljive svjetlosti u rasponu od 1,5 - 4 eV, dolazimo do zaključka: čisti fulerit mora biti pohranjen u mraku.

Fulerit se prilično lako rastvara u nepolarnim rastvaračima. Najpoznatiji rastvarači formiraju sledeće nizove prema opadajućoj rastvorljivosti fulerita: ugljen-disulfid (CS2), toluen (C7H8), benzen (C6H6), ugljen-tetrahlorid (CCl4), dekan (C10H22), heksan (C6H14), pentan (C5H12).

Konduktivnost i supravodljivost fulerena

Čvrsti fulerit je poluvodič sa zazorom od 1,5 eV. To znači da kada se ozrači običnom vidljivom svjetlošću, električni otpor kristala fulerita se smanjuje. Pokazalo se da ne samo čisti fulerit, već i njegove različite mješavine s drugim tvarima imaju fotoprovodljivost. Jedan od prvih uspješnih pokušaja u ovom pravcu je sljedeći: polivinilkarbazolni polimer u količini od 1,5 i 0,04 g fulerita je otopljen u 12 ml toluena. Pripremljenim rastvorom premazana je aluminijumska ploča. Debljina slojeva varirala je od 1 do 30 µm. Kako se ispostavilo, fotoapsorpcioni spektar dobijene mešavine u potpunosti pokriva vidljivi opseg (talasne dužine od 280 do 680 nm). U ovom slučaju, kvantni prinos u odnosu na formiranje parova elektron-rupa je 0,9. Drugim riječima, svaki upadni foton (kvant svjetlosti) proizvodi u prosjeku 0,9 elektrona u rezultirajućem materijalu. Sa ove tačke gledišta, materijal koji se razmatra je najbolji među organskim fotokonduktivnim materijalima.

Veoma interesantni rezultati su dobijeni dodavanjem kalijuma ili natrijuma u kristalne filmove C60. Pokazalo se da dodavanje alkalnog metala dovodi do povećanja električne provodljivosti takvih filmova za nekoliko redova veličine. U ovom slučaju, stanje sa metalnom provodljivošću odgovara strukturi M3C60, gdje je M atom alkalnog metala.

Početkom 1991. godine otkriveno je da dodavanje atoma kalija u filmove C60 uzrokuje da oni postanu supravodljivi na 19 K, tj. električni otpor takvih filmova postaje nula. Struktura RbCs2C60 postaje supravodljiva već na 33 K, a legura RbTlC60 na 42,5 K. U bliskoj budućnosti je vjerovatno da će temperature reda veličine 100 K biti dostignute.

Spojevi fulerena sa drugim elementima

Sada je utvrđeno da fulereni mogu biti osnova za stvaranje mnogih spojeva sa drugim elementima. Jedan od najzanimljivijih i najprimamljivijih problema u ovom pravcu je uvođenje atoma različitih elemenata u molekulu C60. Sada je poznato da se više od trećine elemenata periodnog sistema može smjestiti unutar molekula C60. Već postoje izvještaji o uvođenju atoma lantana, nikla, natrijuma, kalija, rubidijuma i cezijuma. Sa ove tačke gledišta, atomi rijetkih zemnih elemenata kao što su terbijum, gadolinij i disprozijum, koji imaju izražena magnetna svojstva, veoma su privlačni. Fuleren unutar kojeg se nalazi takav atom mora imati svojstva magnetskog dipola, čijom se orijentacijom može kontrolirati vanjskim magnetskim poljem.

Pojavljuje se perspektiva korištenja fulerena kao osnove za stvaranje medija za pohranu s ultra visokom gustoćom informacija. Kao što je poznato, magnetni diskovi se trenutno široko koriste kao uređaji za skladištenje informacija. U ovom slučaju, informacioni medij je tanak film od feromagnetnog metala, koji omogućava da se dobije površinska gustina snimanja reda veličine 107 bita/cm2. Optički diskovi, čiji je rad zasnovan na laserskoj tehnologiji, omogućavaju postizanje nešto veće gustine informacija, reda veličine 108 bita/cm2. Ako se, međutim, kao nosioci informacija koriste fulerenski magnetni dipoli koji se nalaze na površini tvrdog diska na udaljenosti od 5 nm jedan od drugog, tada će gustina snimanja dostići fantastičnu vrijednost od 4 "1012 bita/cm2. Implementacija takvi uređaji će dati čovječanstvu neviđenu informacijsku moć, na primjer, postaće moguće snimiti sadržaj svih knjiga objavljenih u svijetu od pojave tiska na samo jednu disketu modernog formata.

Veoma interesantni rezultati postignuti su u sintezi polimera na bazi fulerena. U ovom slučaju, fuleren C60 služio je kao osnova polimernog lanca, a veza između molekula izvedena je pomoću benzenskih prstenova. Ova struktura je dobila figurativni naziv "niz bisera". Tako su sintetizirani organometalni polimeri tipa (C60Pd)n i (C60Pd2)n.

Fulerit kao polazni materijal za proizvodnju dijamanata

Nedavno se pokazalo da se polikristalni fulerit može transformisati u dijamant pri pritisku od samo 2"105 atm i na sobnoj temperaturi. Do sada, kao što je poznato, da se polikristalni grafit u dijamant transformiše pritiskom od (3 - 5) " 106 atm i temperatura od 1200 ╟S. Dakle, fuleriti su najperspektivnija sirovina za sintezu najtvrđeg i najskupljeg materijala - dijamanta.

UPOTREBA FULERENA

U maju 1994. godine, na Svjetskoj konferenciji u San Francisku, naširoko se raspravljalo o praktičnoj upotrebi fulerena u elektronici. Najveća međunarodna industrijska korporacija Mitsubishi odlučila je koristiti fulerene kao osnovu za proizvodnju punjivih baterija, čiji se princip rada temelji na reakciji dodavanja vodika, slično onome što se događa u raširenim metal-hidrid nikl baterijama. Razlika je u tome što baterije na bazi fulerena mogu pohraniti otprilike pet puta više vodonika, pa je stoga njihov kapacitet pet puta veći. Osim toga, fulerenske baterije karakterizira mala težina, kao i visoka ekološka i sanitarna sigurnost. Planira se široka upotreba takvih baterija za napajanje personalnih računara i slušnih aparata.

Pitanja upotrebe fulerena za stvaranje fotodetektora i optoelektronskih uređaja, dijamantskih i dijamantskih filmova, lijekovi, supravodljivi materijali, a također i kao boje za mašine za kopiranje.

Mnogo pažnje se poklanja problemu upotrebe fulerena u medicini i farmakologiji. Jedna od poteškoća je stvaranje vodotopivih, netoksičnih spojeva fulerena koji bi se mogli unijeti u ljudski organizam i krvlju isporučiti u organ koji podliježe terapijskom djelovanju. Već postoji napredak u rješavanju ovog problema. Jedan od prvih spojeva ove vrste sintetiziran je na bazi difenetilaminosakcinita i aktivno se koristi u medicinskim i biološkim eksperimentima s fulerenima. Ideja o stvaranju lijekova protiv raka na bazi endoedarskih spojeva fulerena topivih u vodi s radioaktivnim izotopima (endoedarska jedinjenja su molekule fulerena s jednim ili više atoma bilo kojeg elementa smještenog unutar njih) je široko raspravljena.

Cijena fulerena

ZAKLJUČAK

Početkom 1995. 1 gram fulerita koštao je oko 100 američkih dolara. Ovako visoka cijena je posljedica činjenice da su postojeće metode za proizvodnju i pročišćavanje fulerena vrlo nesavršene i niske produktivnosti (oko 1 gram na sat). Stoga je najhitniji zadatak razviti novo efikasne metode primajući ih. Međutim, moguće je da je najjeftiniji način za dobijanje fulerena u gotova forma iz utrobe zemlje. Nedavno je postalo poznato da prirodni mineral šungit koji sadrži ugljenik, čije rezerve u Kareliji iznose stotine miliona tona, sadrži 0,1% fulerena. Tako se iz svake tone minerala može dobiti do kilogram fulerita, pa je sljedeći korak razvoj industrijske metode za ekstrakciju fulerena iz šungita.

Neophodan je dalji razvoj rada u vezi sa proizvodnjom endoedarskih molekula C60. Kao rezultat, mogu se dobiti fuleriti sa posebnim, praktično vrijednim, fizičko-hemijskim svojstvima. Istraživanje biološki aktivnih jedinjenja fulerena je prioritet. Jedan od najvažnijih zadataka je razjašnjavanje obrazaca akumulacije jedinjenja fulerena u organima i tkivima. Rješavanje ovog problema može dovesti do sinteze novih visoko efikasnih lijekova.

Dakle, fulereni, otkriveni kao rezultat čisto fizičkih istraživanja, trenutno privlače pažnju ne samo fizičara, već i hemičara, energetičara, naučnika za materijale, doktora i biologa. Moguće je da će istraživanja u ovoj oblasti dovesti do kvalitativno novih rezultata u svjetskim razmjerima, baš kao što je to bilo ranih pedesetih godina, kada je počela široka upotreba poluvodiča, koji su postali osnova za razvoj informacionih tehnologija.

LITERATURA

1. Zharikov O.V. // Priroda. 1992. ╧ 3. P. 68.

2. Smalley R.E. // Nav. Res. Rev. 1991. V. 43. P. 3.

3. Huffman D.R. // Physics Today. 1991. ╧ 11. P. 26.

* * *

Ivan Vasiljevič Zolotukhin - doktor tehničkih nauka, profesor Voronješkog tehničkog univerziteta. Oblast naučnog interesovanja - fizika neuređene kondenzovane materije. Glavna istraživanja se odnose na rješavanje fizičko-hemijskih problema stvaranja novih amorfnih metalni materijali sa neobičnim fizičkim svojstvima. I.V. Zolotukhin je autor dvije monografije i više od 230 članaka. IN poslednjih godina naučni napori su usmereni na razvoj metoda za dobijanje i proučavanje fizičkih svojstava nanokristalnih legura, fraktalnih struktura i fulerena.

DIJAMANT - UGLJIČNA MODIFIKACIJA

Dijamant- apsolutno nezamjenjiv materijal u raznim područjima ljudske djelatnosti, od industrije nakita i proizvodnje do elektronike i svemira. A sve je to zbog njegovih jedinstvenih svojstava: tvrdoće i otpornosti na habanje, visoke toplinske provodljivosti i optičke prozirnosti, visokog indeksa prelamanja i jake disperzije, otpornosti na kemikalije i zračenje, kao i mogućnosti dopiranja električno i optički aktivnim nečistoćama. Veliki i izuzetno čisti prirodni dijamanti su vrlo rijetki, pa ne čudi veliki interes uspješnih pokušaja njihove proizvodnje.

Visoka cena ovog kamenja objašnjava se ne samo njihovim posebnim karakteristikama, već i stepenom monopolizacije u trgovini: De Beers International Corporation, koja kontroliše 70-80% prirodnih dijamanata koji se isporučuju na tržište, zadržala je poznate cene za njih više od jednog veka. Razvoj industrijske proizvodnje tehničkih i nakitnih analoga u drugoj polovini 20. stoljeća, čini se, trebao je smanjiti troškove najtvrđih i prekrasno kamenje na Zemlji, ali to se nije dogodilo. Vrijedi odmah pojasniti da se danas u tonama uzgaja samo malo kamenje promjera do 0,6 mm, koje se koristi kao sirovina za proizvodnju abrazivnih alata. A cijene za njih su zapravo nešto pale nakon razvoja ove tehnologije i iznose oko 10 centi po karatu. Međutim, još se ne očekuje pad cijena dijamanata za nakit, jer je njihov uzgoj prilično skup.

Istovremeno, prirodni dijamanti ne mogu u potpunosti zadovoljiti potrebe nauke, tehnologije i industrije. Na primjer, industriji alata, metala i kamena potrebno je otprilike 4 puta više dijamanata nego što se kopa iz zemlje. I u nizu visokotehnoloških područja - u proizvodnji optičkih prozora, elemenata pasivne i aktivne elektronike, ultraljubičastog i jonizujuće zračenje prirodne sirovinečesto se ne mogu koristiti.

To je prvenstveno zbog činjenice da je raspon fizičkih svojstava kristala prirodnog dijamanta vrlo širok - a to u velikoj mjeri isključuje mogućnost njihove upotrebe u serijskim proizvodima i uređajima koji su osjetljivi na svojstva korištenog materijala. Drugi problem je što velika većina kristala prirodnog dijamanta (otprilike 98%) sadrži dušik kao nečistoću (1 atom dušika na 1.000-100.000 atoma ugljika), čije prisustvo utječe na svojstva dijamanta. Drugi problem nastaje zbog nesavršenosti kristalne strukture iskopanih kristala i neravnomjerne raspodjele nečistoća.
Samo ugljenik

Dijamant i alhemija

Dugo vremena, dijamanti su smatrani čudesnim kamenom i moćnim talismanom. Vjerovalo se da osoba koja ga nosi zadržava pamćenje i vedro raspoloženje, ne poznaje stomačne bolesti, nije pod utjecajem otrova, hrabra je i vjerna.
Teško je zamisliti da je najtvrđi poznati prirodni materijal jedna od polimorfnih (razlikuje se po rasporedu atoma u kristalnoj rešetki) modifikacija ugljika, čija je druga modifikacija grafit, meka tvar koja se koristi kao lubrikant i olovke.

U dijamantu, koji ima kubičnu strukturu, svaki atom ugljika je okružen sa četiri ista atoma, koji formiraju pravilnu tetraedarsku piramidu. Grafit, s druge strane, ima slojevitu strukturu u kojoj jake veze između atoma ugljika postoje samo unutar sloja, gdje atomi formiraju heksagonalnu mrežu. Veza između pojedinih slojeva je vrlo slaba, pa mogu lako kliziti jedan u odnosu na drugi i ostati na papiru u obliku mikroskala kada pišemo olovkom.
Fizika rasta

Ljudi su oduvijek željeli učiniti dijamante dostupnijim: to jest, ne vaditi ih u rudnicima, već ih dobiti laboratorijskom metodom, i to po mogućnosti jeftino.

Eksperimenti na dijamantima

Prvi dokumentovani eksperimenti na dijamantima datiraju iz 1694. Tada su firentinski naučnici Averani i Targioni demonstrirali, koristeći zapaljeno staklo, da će dijamant izgorjeti ako se zagrije na dovoljno visoku temperaturu. U narednim stoljećima izvođeni su kontinuirani eksperimenti proučavanja najtrajnijeg minerala na svijetu (I. Newton, A. Lavoisier, S. Tennant, H. Davy, M. Faraday, G. Rose), nakon čega je postalo jasno da “najveći dragulj” Hemijski je potpuno sličan grafitu, uglju i čađi. Eksperimentatori su, naravno, pokušali da dobiju ovaj „dragulj“ iz ovih supstanci (V. Karazin, B. Hannay, K. Hruščov, A. Moissan). Međutim, zbog gotovo potpunog nedostatka informacija o fizičkim i hemijskim svojstvima dijamanta i grafita i nesavršenosti tehnologije u to vrijeme, cilj nikada nije postignut.

Tek 1939. godine, mladi zaposlenik Instituta za hemijsku fiziku Akademije nauka SSSR-a, Ovsei Leypunsky, izračunao je liniju ravnoteže grafit-dijamant. U ovom radu su po prvi put prikazane moguće metode industrijske proizvodnje kamena. Leypunsky je izračunao procijenjene vrijednosti tlaka i temperature potrebne za transformaciju grafita u dijamant. Nakon toga, njegovi proračuni su donekle dorađeni i eksperimentalno potvrđeni.

Sljedeći korak ka rješavanju problema proizvodnje dijamanata bio je razvoj opreme koja bi obezbijedila stvaranje i održavanje potrebnih visokih pritisaka i temperatura u dužem vremenskom periodu. Veliki doprinos razvoju tehnologije visokog pritiska dao je Nobelovac Percy Bridgman, koji je razvio principe aparata visokog pritiska.

Procjena kvaliteta dijamanata

Dijamanti (brušeni dijamanti) se ocjenjuju prema četiri glavna CCCC kriterija (tzv. 4" C sistem): boja (boja), kvalitet (bistrina), rezano i proporcije (rezano), težina karata. Najvredniji su oni koji imaju takozvanu "visoku" boju, ali su u stvarnosti bezbojne.
Prisutnost čak i jedva primjetne i beznačajne, u očima nespecijalista, nijanse žute, smeđe ili zelene (koju zlatari nazivaju "bojom") može ozbiljno umanjiti vrijednost kamena. Kod bezbojnih dijamanata najcjenjeniji je okrugli bjek (dijamant u ovom slučaju ima 57 faseta), koji omogućava da se sjaj i igra kamena otkriju do maksimuma (tzv. „vatra“). Maksimalna cijena 1-karatnog dijamanta danas je 18.000 dolara.

Najčešće je kamenje iste težine niže boje i kvaliteta, a njihova cijena je 5.000-8.000 dolara. Cijena ružičastih i plavih dijamanata može premašiti cijenu bezbojnih dijamanata slične težine i kvaliteta za 10 i više puta, a najskuplji (po karatu) dijamant u istoriji je crveni kamen težine 0,95 karata, prodan 1987. godine na Christie's aukciji za 880.000 američkih dolara Ne postoji jedinstveni cjenovnik za obojeno kamenje, a po pravilu se formira na aukciji.

Dugogodišnji napori naučnika i dizajnera kulminirali su 1953-1954. uspješnim eksperimentima u uzgoju dijamanata. Istraživačke grupe iz ASEA (Švedska) i General Electrica (SAD) postigle su uspjeh. Dobijeni uzorci bili su vrlo daleko od savršenih i imali su veličinu manju od 1 mm.

Šveđani i Amerikanci koristili su slične tehnologije - grafit pomiješan s metalom (ugljičnim rastvaračem) stavljan je u čvrsti kompresibilni medij. Potreban pritisak (70.000-80.000 atmosfera) stvoren je moćnom hidrauličnom opremom. Zagrijavanje je vršeno na temperature od 1.600-2.500°C u trajanju od dvije minute.

Kristalizacija dijamanta je nastala zbog činjenice da se talina metala (gvožđe) pri visokom pritisku i temperaturi ispostavi da je nezasićena ugljenikom u odnosu na grafit i prezasićena u odnosu na dijamant. U takvim uslovima termodinamički su povoljniji nastanak dijamanta i rastvaranje grafita. Sirovine koje se trenutno dobijaju ovom tehnologijom su uglavnom dijamantski prahovi sa veličinom zrna od 0,001-0,6 mm (maksimalno 2 mm) i koncentracijom azota većom od 1019 atoma/cm3.

Metode za dobijanje dijamanata

Početkom 60-ih, sovjetski naučnici B. Deryagin i B. Spitsyn i, nezavisno od njih, Amerikanac V. Eversol predložili su fundamentalno drugačiju CVD metodu za proizvodnju dijamanata, koja nije zahtevala upotrebu visokih pritisaka. Njegova je suština da se plin koji sadrži ugljik (na primjer, metan) pomiješan s vodikom i kisikom razlaže pri atmosferskom ili sniženom tlaku, a atomi ugljika se talože na površini kristala dijamantskog sjemena, što dovodi do njihovog rasta. Međutim, nastali kristali imali su ograničenja u kvaliteti.

Uprkos određenim uspjesima u uzgoju dijamanata, ostao je jedan neriješen problem - dobijanje velikih monokristala kvaliteta nakita. Tek 1967. Robert Wentorf je patentirao metodu („metoda temperaturnog gradijenta“) koja je riješila ovaj problem.

Pokretačka sila za kristalizaciju dijamanata u ovoj metodi je razlika u koncentraciji ugljika otopljenog u metalu, uzrokovana temperaturnom razlikom u reakcijskom volumenu. Izvor ugljenika se nalazi u najtoplijoj zoni, a dijamantno seme (kristal dijamanta veličine oko 0,5 mm) u oblasti sa nižom temperaturom. Metalni rastvarač se topi i zasićen je ugljenikom. Međutim, stepen zasićenja će biti neujednačen zbog temperaturnih razlika. Ravnotežna koncentracija ugljika u talini na granici između taline i izvora ugljika bit će veća nego na granici između taline i sjemena dijamanta.

Rezultirajući gradijent koncentracije dovodi do difuzije ugljika od izvora do kristala sjemena, u kojem se ispostavlja da je talina prezasićena - ugljik se taloži iz nje, uzrokujući rast kristala dijamanta. Ovo je vrlo genijalna metoda zasnovana na dobrom razumijevanju mnogih procesa koji se dešavaju u termodinamički neravnotežnim medijima - u u ovom slučaju Temperaturna razlika istovremeno osigurava isporuku ugljika potrebnog za rast dijamanta i garantuje njegovo taloženje na sjeme.
Poluvodičke piramide dijamantske igle koštaju više od dijamanata iste veličine (0,01 karata)

Prerada dijamanata

Prilikom rezanja i poliranja dijamanata koriste se abrazivni prahovi od istog dijamanta. Ista tvrdoća abraziva i materijala koji se obrađuje stvara određene probleme prilikom takvog rada. Dijamant, kao i većina kristala, ima različite površine koje imaju različite tvrdoće. Najteže je ogrebati takozvano (111) lice, gdje su atomi ugljika najgušće zbijeni.
Upravo pri obradi površina paralelnih sa datim kristalografskim licem zlatari i tehnolozi nailaze na posebne poteškoće. Tehnolozi traže načine da povećaju tvrdoću uzgojenih dijamanata namjerno dopirajući ih raznim nečistoćama, a također pokušavaju sintetizirati supstance jače od samog minerala. Više od 10 godina karbonski materijali dobiveni od visoki pritisci i temperature od molekula fulerena C60.
Ravnoparalelne ploče izrađene od posebno čistog i borom dopiranog dijamanta (2,5x2,5x0,5 mm) Među sintetiziranim kristalnim i amorfnim strukturama posebno je zanimljiva modifikacija fulerita sa velikim udjelom „dijamantskih“ međuatomskih veza - do 80%. Ostatak hemijske veze u ovoj supstanci je jača od dijamanta, i slična je onoj koja povezuje atome u ravninama grafita, u molekuli C60 i zidovima ugljikovih nanocijevi. Struktura rasporeda atoma ugljika u ovom stanju osigurava izotropnost njegovih mehaničkih svojstava i odsustvo takozvanih “lakih” ravni cijepanja koje se nalaze u kristalima dijamanata. Vjeruje se da je upravo ta „izlomljena“ i visoko napregnuta kristalna struktura ta koja ovom materijalu daje tvrdoću veću od tvrdoće poznatog (111) faseta dijamanta.
Ovaj materijal, nazvan "tisnumit", već je našao primenu u ultra-jakim vrhovima NanoSkan sonde za skeniranje mikroskopa ("Around the World" br. 6, 2005). Nedavno su naučnici iz Njemačke otkrili nova opcija Struktura nalik dijamantu: agregirani ugljični nano štapići, gustoće i tvrdoće nekoliko posto veće od one običnog kristalnog dijamanta. Očekuje se da će takav ACNR materijal naći primjenu u raznim nanotehnologijama.

Dijamantski sjaj

U početku, ljude je dijamant privlačila samo njegova izuzetna tvrdoća, a bio je niže cijenjen od nekih drugih minerala. Tek sredinom 15. stoljeća, dvorski draguljar burgundskog vojvode Karla Smjelog, slavni Louis van Berkem, došao je do prve verzije takozvanog dijamantskog reza, što je omogućilo da se u potpunosti otkrije sjaj i igra boja dijamanta. Jak sjaj brušenog dijamanta je zbog njegovog visokog indeksa prelamanja (2,42), a raznobojna igra zbog jake disperzije (sa

Znate li koji se materijal na našoj planeti smatra najjačim? Svi iz škole znamo da je dijamant najjači mineral, ali daleko od najjačeg. Tvrdoća nije glavno svojstvo koje karakteriše materiju. Neka svojstva mogu spriječiti ogrebotine, dok druga mogu promovirati elastičnost. Želite li znati više? Evo ocjene materijala koji će biti vrlo teško uništiti.

Dijamant u svom sjaju

Klasičan primjer snage, zaglavljen u udžbenicima i glavama. Njegova tvrdoća znači da je otporan na ogrebotine. Na Mohsovoj skali (kvalitativnoj skali koja mjeri otpornost različitih minerala), dijamant ima 10 (skala ide od 1 do 10, pri čemu je 10 najteža supstanca). Dijamant je toliko čvrst da se za njegovo rezanje moraju koristiti drugi dijamanti.

Mreža koja može zaustaviti airbus

Često citirana kao najsloženija biološka supstanca na svijetu (iako ovu tvrdnju sada osporavaju njeni izumitelji), Darwinova mreža je jača od čelika i ima veću krutost od Kevlara. Njegova težina nije ništa manje izuzetna: konac dovoljno dugačak da okruži Zemlju težak je samo 0,5 kg.

Aerografit u redovnom pakovanju

Ova sintetička pjena jedan je od najlakših građevinskih materijala na svijetu. Aerografit je oko 75 puta lakši od polistirenske pjene (ali mnogo jači!). Ovaj materijal se može komprimirati do 30 puta od svoje originalne veličine bez oštećenja njegove strukture. Još jedna zanimljiva stvar: aerografit može izdržati 40.000 puta veću težinu.

Staklo tokom crash testa

Ovu supstancu su razvili naučnici u Kaliforniji. Mikrolegirano staklo ima gotovo savršenu kombinaciju krutosti i čvrstoće. Razlog za to je što njegova hemijska struktura smanjuje lomljivost stakla, ali zadržava krutost paladija.

Volframska bušilica

Volfram karbid je nevjerovatno tvrd i ima kvalitativno visoku krutost, ali je prilično krhak i može se lako savijati.

Silicijum karbid u obliku kristala

Ovaj materijal se koristi za izradu oklopa za borbene tenkove. U stvari, koristi se u gotovo svemu što može zaštititi od metaka. Ima Mohsovu ocjenu tvrdoće 9 i također ima nisko toplinsko širenje.

Molekularna struktura bor nitrida

Otprilike jak kao dijamant, kubni bor nitrid ima jednu važnu prednost: nerastvorljiv je u niklu i gvožđu na visokim temperaturama. Iz tog razloga se može koristiti za obradu ovih elemenata (dijamantski oblici nitrida sa željezom i niklom na visokim temperaturama).

Dyneema kabl

Smatra se najjačim vlaknom na svijetu. Možda ćete biti iznenađeni ovom činjenicom: Dainima je lakša od vode, ali može zaustaviti metke!

Cev od legure

Legure titana su izuzetno fleksibilne i imaju vrlo visoku vlačnu čvrstoću, ali nemaju istu krutost kao čelične legure.

Amorfni metali lako mijenjaju oblik

Liquidmetal je razvio Caltech. Uprkos nazivu, ovaj metal nije tečan i na sobnoj temperaturi ima visok nivo čvrstoće i otpornosti na habanje. Kada se zagreje amorfne legure može promijeniti oblik.

Budući papir bi mogao biti tvrđi od dijamanata

Ovaj najnoviji izum napravljen je od drvene pulpe i jači je od čelika! I mnogo jeftinije. Mnogi naučnici smatraju da je nanoceluloza jeftina alternativa paladijum staklu i karbonskim vlaknima.

ljuska tanjira

Ranije smo spomenuli da Darwinovi pauci predu niti nekog od najjačih organskih materijala na Zemlji. Ipak, ispostavilo se da su zubi mlaka čak i jači od mreže. Zubni zubi su izuzetno čvrsti. Razlog za ove nevjerovatne karakteristike je svrha: sakupljanje algi sa površine stijena i koralja. Naučnici vjeruju da bismo u budućnosti mogli kopirati vlaknastu strukturu zuba limpeta i koristiti je u automobilskoj industriji, brodovima, pa čak i u zrakoplovnoj industriji.

Stepen rakete u kojem mnoge komponente sadrže marging čelik

Ova tvar kombinira visoku razinu čvrstoće i krutosti bez gubitka elastičnosti. Čelične legure ovog tipa koriste se u vazduhoplovnim i industrijskim proizvodnim tehnologijama.

Kristal osmijuma

Osmijum je izuzetno gust. Koristi se u proizvodnji stvari koje zahtijevaju visoku razinu čvrstoće i tvrdoće (električni kontakti, vršne ručke itd.).

Kevlar kaciga je zaustavila metak

Koristi se u svemu, od bubnjeva do pancira, Kevlar je sinonim za čvrstinu. Kevlar je vrsta plastike koja ima izuzetno visoku vlačnu čvrstoću. U stvari, oko 8 puta je veća od čelične žice! Takođe može izdržati temperature oko 450℃.

Spectra cijevi

Polietilen visokih performansi je zaista izdržljiva plastika. Ovaj lagani, čvrsti konac može izdržati nevjerovatnu napetost i deset puta je jači od čelika. Slično kao i Kevlar, Spectra se također koristi za balistički otporne prsluke, kacige i oklopna vozila.

Fleksibilni grafen ekran

List grafena (alotrop ugljika) debljine jednog atoma je 200 puta jači od čelika. Iako grafen izgleda kao celofan, zaista je nevjerovatan. Trebao bi školski autobus koji balansira na olovci da probije standardni A1 list ovog materijala!

Nova tehnologija, sposoban da revolucioniše naše razumevanje snage

Ova nanotehnologija je napravljena od karbonskih cijevi koje su 50.000 puta tanje od ljudske kose. Ovo objašnjava zašto je 10 puta lakši od čelika, ali 500 puta jači.

legure mikrorešetke se redovno koriste u satelitima

Najlakši metal na svijetu, metalna mikrorešetka je također jedan od najlakših strukturnih materijala na Zemlji. Neki naučnici tvrde da je 100 puta lakši od polistirenske pjene! Porozan, ali izuzetno jak materijal, koristi se u mnogim oblastima tehnologije. Boeing je spomenuo njegovu upotrebu u avionima, uglavnom u podovima, sjedištima i zidovima.

Model nanocijevi

Ugljične nanocijevi (CNT) se mogu opisati kao "bešavna cilindrična šuplja vlakna" koja se sastoje od jednog valjanog molekularnog lista čistog grafita. Rezultat je vrlo lagan materijal. Na nanorazmjeri, karbonske nanocijevi imaju 200 puta veću čvrstoću od čelika.

Fantastičan airbrush je teško čak i opisati!

Poznat i kao grafen aerogel. Zamislite snagu grafena u kombinaciji sa nezamislivom lakoćom. Aerogel je 7 puta lakši od vazduha! Ovaj nevjerovatni materijal može se u potpunosti oporaviti od preko 90% kompresije i može apsorbirati do 900 puta svoju težinu u ulju. Nadamo se da se ovaj materijal može koristiti za čišćenje izlijevanja nafte.

Glavna zgrada Massachusetts Polytechnic

U vrijeme pisanja ovog teksta, naučnici sa MIT-a vjeruju da su otkrili tajnu maksimiziranja 2D snage grafena u 3D. Njihova još neimenovana supstanca može imati oko 5% gustoće čelika, ali 10 puta veću čvrstoću.

Molekularna struktura karbina

Uprkos tome što je jedan lanac atoma, karbin ima dvostruko veću zateznu čvrstoću od grafena i tri puta veću krutost od dijamanta.

rodno mesto borovog nitrida

Ova prirodna supstanca se proizvodi u ventilu aktivni vulkani i 18% jači od dijamanta. To je jedna od dvije prirodne supstance koje su trenutno tvrđe od dijamanata. Problem je što ove supstance nema mnogo, a sada je teško sa sigurnošću reći da li je ova tvrdnja 100% tačna.

Meteoriti su glavni izvori lonsdaleita

Poznata i kao heksagonalni dijamant, ova supstanca se sastoji od atoma ugljika, ali oni su jednostavno drugačije raspoređeni. Uz wurtzit bor nitrid, on je jedna od dvije prirodne tvari tvrđe od dijamanta. U stvari, Lonsdaleite je 58% tvrđi! Međutim, kao i kod prethodne supstance, nalazi se u relativno malim količinama. Ponekad se javlja kada se grafitni meteoriti sudare sa planetom Zemljom.

Budućnost je pred vratima, tako da do kraja 21. stoljeća možemo očekivati ​​pojavu ultra jakih i ultralaganih materijala koji će zamijeniti kevlar i dijamante. U međuvremenu, može se samo čuditi razvoju modernih tehnologija.

Svi to znaju sadašnji trenutak Dijamant je standard tvrdoće, tj. Prilikom određivanja tvrdoće materijala, tvrdoća dijamanta se uzima kao osnova. U našem članku ćemo pogledati deset najtvrđih materijala na svijetu i vidjeti koliko su oni tvrdi u odnosu na dijamant. Materijal se smatra supertvrdim ako su njegovi pokazatelji iznad 40 GPa. Mora se uzeti u obzir da tvrdoća materijala može varirati ovisno o tome vanjski faktori, posebno od opterećenja na njega. Dakle, predstavljamo deset najtvrđih materijala na svijetu.

10. Borov suboksid

Borov suboksid se sastoji od zrna u obliku konveksnih dvadesetedra. Ova zrna se pak sastoje od dvadeset poliedarskih kristala, čija su lica četiri trokuta. Borov suboksid ima povećanu čvrstoću od 45 GPa.

9. Rhenium diboride

Renijum diborid je veoma interesantan materijal. Pri niskim opterećenjima ponaša se kao supertvrd, ima snagu od 48 GPa, a pod opterećenjem mu se tvrdoća smanjuje na 22 GPa. Ova činjenica izaziva burne rasprave među naučnicima širom svijeta o tome da li renijum diborid treba smatrati supertvrdim materijalom.

8. Magnezijum aluminijum borid

Magnezijum aluminijum borid je legura aluminijuma, magnezijuma i bora. Ovaj materijal ima neverovatno nisko trenje klizanja. Ovo jedinstveno svojstvo moglo bi biti prava blagodat u proizvodnji raznih mehanizama, jer dijelovi od magnezijum-aluminij borida mogu raditi bez podmazivanja. Nažalost, legura je nevjerovatno skupa, što trenutno sprječava njenu široku upotrebu. Tvrdoća magnezijum-aluminijum borida je 51 GPa.

7. Bor-ugljik-silicijum

Jedinjenje bor-ugljik-silicijum je neverovatno otporno na ekstremne temperature i hemijske napade. Tvrdoća bor-ugljenik-silicijum je 70 GPa.

6.Boron karbid

Bor karbid je otkriven još u 18. veku i počeo se skoro odmah koristiti u mnogim industrijama. Koristi se u preradi metala i legura, u proizvodnji hemijskog staklenog posuđa, kao i u energetici i elektronici. Koristi se kao osnovni materijal za oklope. Tvrdoća bor karbida je 49 GPa, a dodavanjem argona u obliku jona, ova brojka se može povećati na 72 GPa.

5. Ugljen-bor nitrid

Ugljik-bor nitrid je jedan od predstavnika dostignuća moderne hemije, relativno je nedavno sintetizovan.

4. Nanostrukturirani kubonit

Nanostrukturirani kubonit ima i druga imena: kingsongit, borazon ili elbor. Materijal ima vrijednosti tvrdoće bliske dijamantu i uspješno se koristi u industriji u obradi različitih metala i legura. Tvrdoća nanostrukturiranog kubonita je 108 GPa.

3. Wurtzit bor nitrid

Kristalna struktura ove tvari ima poseban oblik wurtzita, što joj omogućava da bude jedan od vodećih u tvrdoći. Kada se primeni opterećenje, veze između atoma u kristalnoj rešetki se redistribuiraju i tvrdoća materijala se povećava za skoro 75%! Tvrdoća wurtzit bor nitrida je 114 GPa.

2. Lonsdaleite

Lonsdaleit je po strukturi vrlo sličan dijamantu, jer su oboje alotropske modifikacije ugljika. Lonsdaleit je otkriven u krateru meteorita, čija je jedna od komponenti bio grafit. Očigledno, od opterećenja uzrokovanih eksplozijom meteorita, grafit se pretvorio u lonsdaleit. Kada je otkriven, lonsdaleite nije pokazao nikakve posebne pokazatelje šampionske tvrdoće, ali je dokazano da bi, da u njemu nema nečistoća, bio tvrđi od dijamanta! Dokazana tvrdoća lonsdaleita je do 152 GPa

1. Fulerit

Vrijeme je da pogledamo najtvrđu supstancu na svijetu - fulerit. Fulerit je kristal koji se sastoji od molekula, a ne od pojedinačnih atoma. Zahvaljujući tome, fulerit ima fenomenalnu tvrdoću, lako može izgrebati dijamant, baš kao što čelik grebe plastiku! Tvrdoća fulerita je 310 GPa.

Fullerit

Dostavili smo listu najtvrđih materijala na svijetu u ovom trenutku. Kao što vidimo, među njima ima dovoljno tvari tvrđih od dijamanta, a možda nas očekuju nova otkrića koja će omogućiti dobivanje materijala još veće tvrdoće!

Svako od vas zna da dijamant danas ostaje standard tvrdoće. Prilikom određivanja mehaničke tvrdoće materijala koji postoje na zemlji, tvrdoća dijamanta se uzima kao standard: kada se mjeri Mohsovom metodom - u obliku površinskog uzorka, Vickersovim ili Rockwellovim metodama - kao indentor (kao tvrđi tijelo kada se proučava tijelo manje tvrdoće). Danas postoji nekoliko materijala čija se tvrdoća približava karakteristikama dijamanta.

Uporedite u ovom slučaju originalni materijali, na osnovu njihove mikrotvrdoće prema Vickers metodi, kada se materijal smatra supertvrdim pri vrijednostima većim od 40 GPa. Tvrdoća materijala može varirati ovisno o karakteristikama sinteze uzorka ili smjeru opterećenja primijenjenog na njega.

Fluktuacije u vrijednostima tvrdoće od 70 do 150 GPa su općenito utvrđen koncept za čvrste materijale, iako se 115 GPa smatra referentnom vrijednošću. Pogledajmo 10 najtvrđih materijala, osim dijamanta, koji postoje u prirodi.

10. Bor suboksid (B 6 O) - tvrdoća do 45 GPa

Borov suboksid ima sposobnost stvaranja zrna u obliku ikosaedara. Formirana zrna nisu izolirani kristali ili varijante kvazikristala, već su neobični kristali blizanci koji se sastoje od dva tuceta uparenih tetraedarskih kristala.

10. Renijum diborid (ReB 2) - tvrdoća 48 GPa

Mnogi istraživači postavljaju pitanje da li se ovaj materijal može klasifikovati kao supertvrda vrsta materijala. To je uzrokovano vrlo neobičnim mehaničkim svojstvima spoja.

Smjenjivanje različitih atoma sloj po sloj čini ovaj materijal anizotropnim. Stoga su mjerenja tvrdoće različita u prisustvu različitih tipova kristalografskih ravnina. Dakle, ispitivanja renijum diborida pri malim opterećenjima daju tvrdoću od 48 GPa, a sa povećanjem opterećenja tvrdoća postaje znatno niža i iznosi približno 22 GPa.

8. Magnezijum aluminijum borid (AlMgB 14) - tvrdoća do 51 GPa

Sastav je mješavina aluminija, magnezija, bora sa malim trenjem klizanja, kao i visokom tvrdoćom. Ove kvalitete mogu biti blagodat za proizvodnju modernih mašina i mehanizama koji rade bez podmazivanja. Ali korištenje materijala u ovoj varijanti i dalje se smatra pretjerano skupim.

AlMgB14 - specijalni tanki filmovi stvoreni pomoću pulsnog laserskog taloženja, imaju sposobnost mikrotvrdoće do 51 GPa.

7. Bor-ugljenik-silicijum - tvrdoća do 70 GPa

Osnova takvog spoja daje leguri kvalitete koji podrazumijevaju optimalnu otpornost na negativne kemijske utjecaje i visoka temperatura. Ovaj materijal ima mikrotvrdoću do 70 GPa.

6. Bor karbid B 4 C (B 12 C 3) - tvrdoća do 72 GPa

Drugi materijal je bor karbid. Supstanca se počela prilično aktivno koristiti u raznim poljima industrije gotovo odmah nakon svog pronalaska u 18. stoljeću.

Mikrotvrdoća materijala dostiže 49 GPa, ali je dokazano da se ta brojka može povećati dodavanjem jona argona u strukturu kristalne rešetke - do 72 GPa.

5. Ugljen-bor nitrid - tvrdoća do 76 GPa

Istraživači i naučnici iz cijelog svijeta već dugo pokušavaju sintetizirati složene supertvrde materijale, sa već postignutim opipljivim rezultatima. Komponente spoja su atomi bora, ugljika i dušika - slične veličine. Kvalitativna tvrdoća materijala dostiže 76 GPa.

4. Nanostrukturirani kubonit - tvrdoća do 108 GPa

Materijal se naziva i kingsongit, borazon ili elbor, a ima i jedinstvene kvalitete koji se uspješno koriste u modernoj industriji. Sa vrijednostima tvrdoće kubonita od 80-90 GPa, blizu standardu dijamanta, sila Hall-Petch zakona može uzrokovati njihovo značajno povećanje.

To znači da se smanjenjem veličine kristalnih zrna povećava i tvrdoća materijala – postoje određene mogućnosti za povećanje do 108 GPa.

3. Wurtzit bor nitrid - tvrdoća do 114 GPa

Kristalna struktura vurcita osigurava visoku tvrdoću ovom materijalu. S lokalnim strukturnim modifikacijama, tijekom primjene određene vrste opterećenja, veze između atoma u rešetki tvari se redistribuiraju. U ovom trenutku kvalitetna tvrdoća materijala raste za 78%.

2. Lonsdaleite - tvrdoća do 152 GPa

Lonsdaleit je alotropska modifikacija ugljika i ima jasnu sličnost s dijamantom. U meteoritskom krateru otkriven je čvrst prirodni materijal, formiran od grafita - jedne od komponenti meteorita, ali nije imao rekordan stepen čvrstoće.

Naučnici su još 2009. godine dokazali da odsustvo nečistoća može dati tvrdoću veću od tvrdoće dijamanta. U ovom slučaju se mogu postići visoke vrijednosti tvrdoće, kao u slučaju wurtzit bor nitrida.

1. Fulerit - tvrdoća do 310 GPa

Polimerizovani fulerit se u naše vreme smatra najtvrđim materijalom poznatim nauci. Ovo je strukturirani molekularni kristal, čiji se čvorovi sastoje od cijelih molekula, a ne od pojedinačnih atoma.

Fullerit ima tvrdoću do 310 GPa i može izgrebati površinu dijamanta kao obična plastika. Kao što vidite, dijamant više nije najtvrđi prirodni materijal na svijetu.

Do sada su to najtvrđi materijali na Zemlji poznati nauci. Sasvim je moguće da nas uskoro očekuju nova otkrića i otkrića u oblasti hemije/fizike, koja će nam omogućiti da postignemo veću tvrdoću.