18/01/2016 pada 17:21 · Johnny · 110 460

Top 10 logam terkuat di dunia

Penggunaan logam dalam kehidupan seharian bermula pada awal perkembangan manusia, dan logam pertama adalah tembaga, kerana ia boleh didapati dalam alam semula jadi dan boleh diproses dengan mudah. Bukan tanpa alasan bahawa ahli arkeologi semasa penggalian menemui pelbagai produk dan perkakas rumah yang diperbuat daripada logam ini. Dalam proses evolusi, orang secara beransur-ansur belajar untuk menggabungkan pelbagai logam, mendapatkan aloi yang semakin tahan lama sesuai untuk membuat alat, dan kemudiannya senjata. Pada masa kini, eksperimen berterusan, berkat yang mungkin untuk mengenal pasti logam terkuat di dunia.

10.

• kekuatan khusus yang tinggi;
• rintangan kepada suhu tinggi;
• ketumpatan rendah;
• rintangan kakisan;
• rintangan mekanikal dan kimia.

Titanium digunakan dalam industri ketenteraan, perubatan penerbangan, pembinaan kapal, dan bidang pengeluaran lain.

9.

Unsur yang paling terkenal, dianggap sebagai salah satu logam terkuat di dunia, dan dalam keadaan normal adalah logam radioaktif yang lemah. Secara semula jadi, ia ditemui dalam keadaan bebas dan dalam batuan sedimen berasid. Ia agak berat, diedarkan secara meluas di mana-mana dan mempunyai sifat paramagnet, fleksibiliti, kebolehtempaan, dan kemuluran relatif. Uranium digunakan dalam banyak bidang pengeluaran.

8.

Dikenali sebagai logam paling tahan api yang wujud, ia adalah salah satu logam terkuat di dunia. Ia adalah unsur peralihan pepejal dengan warna kelabu perak berkilat. Memiliki kekuatan tinggi, refraktori yang sangat baik, ketahanan terhadap pengaruh kimia. Oleh kerana sifatnya, ia boleh ditempa dan ditarik ke dalam benang nipis. Dikenali sebagai filamen tungsten.

7.

Di antara wakil kumpulan ini, ia dianggap sebagai logam peralihan berketumpatan tinggi dengan warna putih keperakan. Ia berlaku dalam alam semula jadi dalam bentuk tulen, tetapi terdapat dalam bahan mentah molibdenum dan tembaga. Ia dicirikan oleh kekerasan dan ketumpatan yang tinggi, dan mempunyai refraktori yang sangat baik. Ia telah meningkatkan kekuatan, yang tidak hilang akibat perubahan suhu yang berulang. Renium adalah logam yang mahal dan mempunyai kos yang tinggi. Digunakan dalam teknologi moden dan elektronik.

6.

Logam perak-putih berkilat dengan warna sedikit kebiruan, ia tergolong dalam kumpulan platinum dan dianggap sebagai salah satu logam terkuat di dunia. Sama seperti iridium, ia mempunyai ketumpatan atom yang tinggi, kekuatan dan kekerasan yang tinggi. Oleh kerana osmium adalah logam platinum, ia mempunyai sifat yang serupa dengan iridium: refraktori, kekerasan, kerapuhan, rintangan kepada tekanan mekanikal, serta pengaruh persekitaran yang agresif. Ia digunakan secara meluas dalam pembedahan, mikroskop elektron, industri kimia, roket, dan peralatan elektronik.

5.

Ia tergolong dalam kumpulan logam dan merupakan unsur kelabu muda dengan kekerasan relatif dan ketoksikan yang tinggi. Oleh kerana sifatnya yang unik, berilium digunakan dalam pelbagai jenis kawasan pengeluaran:

• tenaga nuklear;
• kejuruteraan aeroangkasa;
• metalurgi;
• teknologi laser;
• tenaga nuklear.

Oleh kerana kekerasannya yang tinggi, berilium digunakan dalam pengeluaran aloi mengaloi dan bahan refraktori.

4.

Seterusnya dalam senarai sepuluh logam terkuat di dunia ialah kromium - logam keras, berkekuatan tinggi dengan warna putih kebiruan, tahan terhadap alkali dan asid. Ia berlaku di alam semula jadi dalam bentuk tulen dan digunakan secara meluas dalam pelbagai industri sains, teknologi dan pengeluaran. Kromium digunakan untuk mencipta pelbagai aloi yang digunakan dalam pembuatan perubatan dan juga kimia peralatan teknologi. Apabila digabungkan dengan besi, ia membentuk aloi yang dipanggil ferrochrome, yang digunakan dalam pembuatan alat pemotong logam.

3.

Tantalum layak mendapat gangsa dalam ranking, kerana ia adalah salah satu logam terkuat di dunia. Ia adalah logam keperakan dengan kekerasan tinggi dan ketumpatan atom. Oleh kerana pembentukan filem oksida pada permukaannya, ia mempunyai warna plumbum.

Ciri-ciri tersendiri tantalum adalah kekuatan tinggi, refraktori, ketahanan terhadap kakisan, dan ketahanan terhadap persekitaran yang agresif. Logam itu adalah logam yang agak mulur dan boleh dimesin dengan mudah. Hari ini tantalum berjaya digunakan:

• dalam industri kimia;
• semasa pembinaan reaktor nuklear;
• dalam pengeluaran metalurgi;
• apabila mencipta aloi tahan haba.

2.

Tempat kedua dalam ranking logam paling tahan lama di dunia diduduki oleh ruthenium, logam perak kepunyaan kumpulan platinum. Keanehannya ialah kehadiran organisma hidup dalam tisu otot. Sifat berharga rutenium adalah kekuatan tinggi, kekerasan, refraktori, rintangan kimia, dan keupayaan untuk membentuk sebatian kompleks. Ruthenium dianggap sebagai pemangkin untuk banyak tindak balas kimia dan bertindak sebagai bahan untuk pembuatan elektrod, sesentuh, dan hujung tajam.

1.

Kedudukan logam terkuat di dunia diketuai oleh iridium - logam putih perak, keras dan refraktori yang tergolong dalam kumpulan platinum. Secara semula jadi, unsur berkekuatan tinggi sangat jarang berlaku dan sering digabungkan dengan osmium. Oleh kerana kekerasan semula jadi, ia sukar untuk dimesin dan sangat tahan terhadap bahan kimia. Iridium bertindak balas dengan sukar untuk terdedah kepada halogen dan natrium peroksida.

Logam ini memainkan peranan penting dalam kehidupan seharian. Ia ditambah kepada titanium, kromium dan tungsten untuk meningkatkan ketahanan terhadap persekitaran berasid, digunakan dalam pembuatan alat tulis, dan digunakan dalam barang kemas untuk mencipta barang kemas. Kos iridium kekal tinggi kerana kehadirannya yang terhad dalam alam semula jadi.

Pilihan Pembaca:

Bahan Pepejal Hari Ini

Bahan paling sukar yang ada pada hari ini ialah fullerite ultra-keras (kira-kira 1.17-1.52 kali lebih keras daripada berlian). Walau bagaimanapun, bahan ini hanya terdapat dalam kuantiti mikroskopik. Bahan biasa yang paling sukar ialah berlian. Selain itu, terdapat maklumat bahawa sekumpulan saintis Amerika dan China berjaya membuktikan bahawa lonsdaleite yang diproses khas adalah 58% lebih keras daripada berlian.

Lonsdaleite mewakili salah satu pengubahsuaian alotropik karbon. Struktur kekisi kristalnya menyerupai berlian. Untuk ini, bahan ini menerima nama kedua - berlian heksagon. Perbezaannya ialah sel unit lonsdaleite mengandungi empat atom, manakala sel unit berlian mengandungi lapan. Walau bagaimanapun, menurut penyelidik, tidak mungkin bahan baru itu akan ditemui aplikasi praktikal, oleh itu pertimbangkan sifat teorinya pada pada masa ini tidak masuk akal.

Fullerite ialah hablur molekul, dalam nod kekisinya terdapat molekul fullerene.

berlian- mineral, salah satu bentuk alotropik karbon.

Kekerasan- sifat bahan untuk menahan penembusan badan lain yang lebih pepejal ke dalamnya.

FULLERITE - BENTUK BARU KARBON

Bahan baru untuk penyelidikan

I. V. ZOLOTUKHIN, Universiti Teknikal Voronezh

PENGENALAN

Pada tahun 1990, terdapat ledakan di kalangan ahli fizik dan ahli kimia kerja penyelidikan disebabkan oleh mesej tentang penerimaan bahan baru - fullerite, terdiri daripada molekul karbon - fullerenes. Struktur fullerite, sifatnya, kaedah pengeluaran - semua isu ini telah menjadi tumpuan perhatian penyelidik. Banyak kemungkinan telah dibuka untuk mencipta, berdasarkan bahan baharu, pelbagai jenis sebatian dan struktur dengan sifat fizikokimia yang luar biasa.

Fullerite ialah pengubahsuaian alotropik karbon. Oleh itu, sebelum meneruskan untuk mempertimbangkan struktur, sifat dan kawasan aplikasi yang mungkin, mari kita ingat "saudara" terdekat bahan baru - grafit dan berlian.

Salah satu pengubahsuaian kristal karbon ialah grafit. Bahan hebat ini mendapat aplikasi luas dalam pelbagai bidang aktiviti manusia - daripada pembuatan pensel membawa kepada unit penyederhanaan neutron dalam reaktor nuklear.

Susunan atom karbon dalam struktur kristal grafit agak luar biasa. Atom individu bergabung membentuk cincin heksagon yang membentuk rangkaian serupa dengan sarang lebah. Banyak grid sedemikian terletak di atas satu sama lain dalam lapisan. Jarak antara atom yang terletak di bucu heksagon sekata ialah 0.142 nm. Atom jiran di dalam setiap lapisan disambungkan oleh ikatan kovalen yang sangat kuat, jadi lapisan atom yang membentuk rangkaian heksagon agak kuat dan stabil. Tetapi lapisan dalam grafit berada pada jarak yang agak menghormati antara satu sama lain: ia adalah sama dengan 0.335 nm, iaitu lebih daripada dua kali jarak antara atom karbon dalam rangkaian heksagon. Jarak yang besar antara lapisan menentukan kelemahan daya yang menghubungkan lapisan. Struktur ini - lapisan yang kuat bersambung lemah antara satu sama lain - menentukan sifat khusus grafit: kekerasan rendah dan keupayaan untuk mudah menyahlamina menjadi kepingan kecil.

Berlian adalah unik

Satu lagi pengubahsuaian kristal karbon ialah berlian adalah bahan yang benar-benar unik. Setiap atom karbon dalam struktur berlian terletak di tengah-tengah tetrahedron, yang bucunya ialah empat atom terdekat. Atom bersebelahan disambungkan antara satu sama lain melalui ikatan kovalen. Struktur ini menentukan sifat berlian, bahan paling keras yang diketahui di Bumi.

Kajian kedua-dua bentuk karbon tulen ini mempunyai sejarah yang panjang. Pada masa yang berbeza, ahli kimia dan saintis bahan yang cemerlang menemui bentuk karbon lain, seperti karbon amorf, karbin, karbon putih, dll. Walau bagaimanapun, semua bentuk ini adalah komposit, iaitu, campuran serpihan kecil grafit dan berlian. Sehingga baru-baru ini, dipercayai bahawa terdapat hanya dua cara untuk menyusun atom karbon di angkasa untuk mendapatkan bentuk kristal karbon. Keadaan ini harus dianggap sangat mengejutkan. Malah, lebih sejuta sebatian karbon dengan unsur lain kini diketahui. Kajian mereka adalah subjek cabang sains yang besar - kimia organik. Pada masa yang sama, penyelidikan dalam bidang kimia karbon tulen bermula agak baru-baru ini. Dalam 10 tahun lepas penyelidikan asas telah ditandakan dengan kejayaan cemerlang dalam mendapatkan bentuk karbon tulen ketiga yang pada asasnya baharu, yang akan dibincangkan di bawah.

FULLERENES - BENTUK MOLEKUL KARBON

Bentuk karbon baharu pada asasnya adalah baharu. Berbeza dengan dua yang pertama, grafit dan berlian, yang strukturnya adalah kisi atom berkala, bentuk karbon tulen ketiga ialah molekul. Ini bermakna unsur minimum strukturnya bukanlah atom, tetapi molekul karbon. Sungguh molekul! Ternyata molekul karbon tulen adalah permukaan tertutup, berbentuk seperti sfera atau sferoid. Molekul sedemikian dipanggil fullerenes sebagai penghormatan kepada pencipta dan arkitek Amerika Richard Buckminster Fuller, yang pada tahun 1954 menerima paten untuk struktur bangunan dalam bentuk heksagon dan pentagon yang membentuk hemisfera atau hemispheroid, yang boleh digunakan sebagai bumbung bangunan besar. (sarkas, astaka pameran, dll.) .

Banyak minat terhadap karbon molekul timbul pada tahun 1985 dengan penemuan molekul 60-atom C60. Di samping itu, molekul C70, C76, C84, dan lain-lain ditemui. Kesemuanya mempunyai bentuk permukaan tertutup di mana atom karbon berada.

Struktur fullerene

Unsur utama struktur fullerene ialah heksagon, di puncaknya terletaknya atom karbon. Seperti yang kita lihat sebelum ini, heksagon yang serupa juga merupakan ciri struktur grafit. Berdasarkan ini, adalah logik untuk menganggap bahawa grafit harus digunakan sebagai bahan permulaan untuk sintesis fullerene. Inilah yang sebenarnya berlaku. Ia kini telah ditubuhkan dengan kukuh bahawa yang paling dengan cara yang cekap Penghasilan fullerene ialah penguraian terma struktur berlapis grafit kepada serpihan kecil, dari mana C60 dan molekul karbon tertutup lain kemudiannya terbentuk.

Jika kita mengandaikan bahawa molekul C60 hanya terdiri daripada serpihan grafit heksagon, maka jejarinya hendaklah sama dengan 0.37 nm. Malah, nilai tepat jejari C60, yang ditubuhkan oleh analisis difraksi sinar-X, ialah 0.357 nm. Nilai ini berbeza hanya 2% daripada yang dikira. Perbezaan dalam jejari adalah disebabkan oleh fakta bahawa atom karbon terletak pada permukaan sfera pada bucu 20 heksagon sekata yang diwarisi daripada grafit dan 12 pentagon sekata yang timbul semasa pembentukan C60. Ia boleh ditunjukkan bahawa permukaan rata boleh dengan mudah dibentangkan dari heksagon biasa, tetapi permukaan tertutup tidak boleh dibentangkan dengannya: sebahagian daripada cincin heksagon mesti dipotong supaya pentagon terbentuk daripada bahagian yang dipotong. Bola sepak dijahit dengan cara yang sama. Tayarnya juga terdiri (dan ini mudah dilihat) daripada kepak pentagonal dan heksagon kulit yang membentuk permukaan sfera.

Oleh itu, unsur-unsur struktur fullerene adalah serupa elemen struktur grafit Jaringan rata heksagon (dalam kes grafit) digulung dan dijahit menjadi sfera atau sferoid tertutup. Dalam kes ini, beberapa heksagon ditukar kepada pentagon.

MENDAPATKAN FULLEREN DAN FULLERITE

Pemasangan untuk menghasilkan fullerene melalui penyejatan terma grafit. Kaedah ini telah dibangunkan pada tahun 1990. Batang silinder grafit tulen spektrum yang mempunyai diameter dari 1 hingga 6 mm digunakan sebagai bahan mentah. Hujung rod yang tajam disambungkan, dan arus 150 - 200 A dilalui oleh kedua-dua pemalar dan AC. Apabila arus dialirkan pada titik sentuhan, arka elektrik berlaku dan grafit mula menyejat. Pemanasan hendaklah sederhana supaya bukan atom karbon individu dipisahkan daripada rod, tetapi keseluruhan serpihan lapisan grafit yang terdiri daripada heksagon karbon. Grafit sejat dimendapkan pada dinding ruang dalam bentuk jelaga.

Proses yang diterangkan dijalankan di dalam ruang di mana vakum urutan 10-6 Torr dibuat sebelum ini. Ruang itu kemudiannya diisi dengan gas helium. Adalah dipercayai bahawa atom helium mampu mengeluarkan tenaga berlebihan secara berkesan daripada serpihan grafit yang telah meninggalkan zon arka elektrik. Selain itu, helium membawa pergi tenaga yang dibebaskan apabila serpihan bergabung menjadi molekul fullerene. Tekanan helium optimum dalam ruang semasa penyejatan grafit adalah dalam julat 50 - 100 Torr. Serpihan grafit heksagon yang disejukkan dalam gas helium berfungsi sebagai "blok binaan" untuk membina molekul C60 dan C70.

Untuk mengasingkan fullerene tulen, jelaga yang dimendapkan pada dinding ruang penyejatan dilarutkan dalam metilbenzena (toluena). Dalam kes ini, fullerene masuk ke dalam larutan, dan serpihan grafit yang tidak bertindak balas akan mendakan. Pengasingan sedimen boleh dilakukan dalam salah satu daripada tiga cara: penapisan, putaran larutan dalam emparan, atau pengekstrakan menggunakan radas Soxhlet. Hasilnya ialah cecair berwarna merah wain, yang kemudiannya diletakkan di dalam penyejat. Toluena menyejat, dan fullerene jatuh ke bahagian bawah dan dinding kapal dalam bentuk serbuk hitam, jisimnya adalah kira-kira 10% daripada jisim jelaga grafit asal. Serbuk mengandungi molekul C60 dan C70 dalam nisbah 85: 15. Untuk memisahkan fullerene ini, kromatografi lajur cecair digunakan, yang memerlukan sejumlah besar pelarut. Warna C60 tulen dalam larutan adalah merah anilin, manakala warna larutan C70 adalah oren.

Apabila larutan C60 tulen disejat, bahan kristal baru terbentuk, yang dipanggil "fullerite". Fullerite pepejal pertama kali diperhatikan oleh Kretschmer dan Huffman pada Mei 1990 di salah satu makmal Institut Fizik Nuklear di Heidelberg (Jerman). Fullerite ialah bentuk ketiga karbon tulen, pada asasnya berbeza daripada berlian dan grafit.

KRISTAL PENUH

Telah ditetapkan bahawa fullerite mempunyai tahap susunan kristal yang tinggi. Molekul C60 pada suhu bilik terpeluwap menjadi struktur padat, di mana setiap molekul mempunyai 12 jiran terdekat. Ia boleh dibuktikan bahawa terdapat dua struktur yang rapat. Dalam kristalografi (sains struktur kristal), ia dipanggil kubik berpusat muka (FCC) dan kekisi heksagon. Dalam fullerite kristal, molekul fullerene membentuk kekisi fcc. Oleh kerana molekul 60-atom mempunyai diameter 0.71 nm, dimensi sel unit kekisi fcc agak mengagumkan: setiap sisi kubus ialah 1.42 nm, dan jarak antara jiran terdekat ialah kira-kira 1 nm. Dalam kristal yang terdiri daripada atom dan mempunyai kekisi fcc, sisi kubus biasanya tidak melebihi 0.4 nm, dan jarak antara jiran terdekat ialah 0.3 nm.

Menggunakan kaedah resonans magnetik nuklear, telah terbukti bahawa molekul C60, menduduki tempat tertentu dalam kekisi berpusat muka, pada suhu bilik sentiasa berputar di sekitar kedudukan keseimbangan dengan frekuensi 1012 s-1 putaran sedemikian adalah gangguan yang ketara apabila adalah perlu untuk menentukan kedudukan atom karbon dalam molekul C60 itu sendiri. Mujurlah, apabila suhu menurun, putaran molekul menjadi perlahan dan berhenti sepenuhnya pada suhu yang sangat rendah.

Adalah menarik untuk diperhatikan bahawa apabila suhu menurun kepada 249 K, pengalaman fullerite transformasi fasa jenis pertama, di mana kekisi fcc disusun semula menjadi satu kubik ringkas. Dalam kes ini, isipadu fullerite meningkat sebanyak 1%.

SIFAT FULLERENE DAN FULLERITE

Adalah logik untuk mengandaikan bahawa bahan yang terdiri daripada molekul yang menakjubkan itu akan mempunyai sifat yang luar biasa. Hablur fullerit mempunyai ketumpatan 1.7 g/cm3, yang jauh lebih kecil daripada ketumpatan grafit (2.3 g/cm3) dan, lebih-lebih lagi, berlian (3.5 g/cm3). Ya, ini boleh difahami - lagipun, molekul fullerene berongga.

Fullerite tidak sangat reaktif secara kimia. Molekul C60 kekal stabil dalam suasana argon lengai sehingga suhu tertib 1200 K. Walau bagaimanapun, dengan kehadiran oksigen, pengoksidaan ketara diperhatikan sudah pada 500 K dengan pembentukan CO dan CO2. Proses itu, yang berlangsung beberapa jam, membawa kepada pemusnahan kekisi fcc fullerite dan pembentukan struktur tidak teratur di mana terdapat 12 atom oksigen bagi setiap molekul C60 awal. Dalam kes ini, fullerenes kehilangan bentuk sepenuhnya. Pada suhu bilik, pengoksidaan berlaku hanya apabila disinari oleh foton dengan tenaga 0.5 - 5 eV. Mengingati bahawa tenaga foton cahaya kelihatan berada dalam julat 1.5 - 4 eV, kita sampai pada kesimpulan: fullerite tulen mesti disimpan dalam gelap.

Fullerit larut dengan mudah dalam pelarut bukan kutub. Pelarut yang paling terkenal membentuk siri berikut dalam urutan penurunan keterlarutan fullerit: karbon disulfida (CS2), toluena (C7H8), benzena (C6H6), karbon tetraklorida (CCl4), dekana (C10H22), heksana (C6H14), pentana (C5H12).

Kekonduksian dan superkonduktiviti fullerene

Fullerite pepejal ialah semikonduktor dengan jurang jalur 1.5 eV. Ini bermakna apabila disinari dengan cahaya nampak biasa, rintangan elektrik bagi kristal fullerite berkurangan. Ternyata bukan sahaja fullerite tulen, tetapi juga pelbagai campurannya dengan bahan lain mempunyai fotokonduktiviti. Salah satu percubaan pertama yang berjaya ke arah ini adalah seperti berikut: polimer polyvinylcarbazole dalam jumlah 1.5 dan 0.04 g fullerite telah dibubarkan dalam 12 ml toluena. Plat aluminium disalut dengan larutan yang disediakan. Ketebalan lapisan berbeza dari 1 hingga 30 µm. Ternyata, spektrum penyerapan foto campuran yang dihasilkan sepenuhnya meliputi julat yang boleh dilihat (panjang gelombang dari 280 hingga 680 nm). Dalam kes ini, hasil kuantum berkenaan dengan pembentukan pasangan lubang elektron ialah 0.9. Dalam erti kata lain, setiap foton kejadian (kuantum cahaya) menghasilkan purata 0.9 elektron dalam bahan yang terhasil. Dari sudut pandangan ini, bahan yang dipertimbangkan adalah yang terbaik antara bahan fotokonduktif organik.

Keputusan yang sangat menarik diperolehi dengan menambahkan kalium atau natrium pada filem kristal C60. Ternyata penambahan logam alkali membawa kepada peningkatan kekonduksian elektrik filem tersebut dengan beberapa pesanan magnitud. Dalam kes ini, keadaan dengan kekonduksian logam sepadan dengan struktur M3C60, di mana M ialah atom logam alkali.

Pada awal tahun 1991, didapati bahawa penambahan atom kalium pada filem C60 menyebabkan ia menjadi superkonduktor pada 19 K, i.e. rintangan elektrik filem tersebut menjadi sifar. Struktur RbCs2C60 menjadi superkonduktor sudah pada 33 K, dan aloi RbTlC60 pada 42.5 K. Kemungkinan suhu tertib 100 K boleh dicapai dalam masa terdekat.

Sebatian fullerene dengan unsur lain

Kini telah ditetapkan bahawa fullerene boleh menjadi asas untuk mencipta banyak sebatian dengan unsur lain. Salah satu masalah yang paling menarik dan menggoda ke arah ini ialah pengenalan atom pelbagai unsur ke dalam molekul C60. Kini diketahui bahawa lebih daripada satu pertiga daripada unsur jadual berkala boleh diletakkan di dalam molekul C60. Sudah ada laporan mengenai pengenalan atom lanthanum, nikel, natrium, kalium, rubidium, dan sesium. Dari sudut pandangan ini, atom unsur nadir bumi seperti terbium, gadolinium dan dysprosium, yang mempunyai sifat magnetik, sangat menarik. Fullerene di mana atom sedemikian terletak mesti mempunyai sifat-sifat dipol magnetik, yang orientasinya boleh dikawal oleh medan magnet luar.

Prospek menggunakan fullerene sebagai asas untuk mencipta medium storan dengan ketumpatan maklumat ultra-tinggi timbul. Seperti yang diketahui, cakera magnetik kini digunakan secara meluas sebagai peranti penyimpanan maklumat. Dalam kes ini, medium maklumat adalah filem nipis logam feromagnetik, yang memungkinkan untuk mendapatkan ketumpatan rakaman permukaan urutan 107 bit/cm2. Cakera optik, yang bergantung pada teknologi laser, membolehkan seseorang mencapai ketumpatan maklumat yang lebih tinggi sedikit, pada susunan 108 bit/cm2. Walau bagaimanapun, jika dipol magnet fullerene yang terletak pada permukaan cakera keras pada jarak 5 nm antara satu sama lain digunakan sebagai pembawa maklumat, maka ketumpatan rakaman akan mencapai nilai hebat 4 "1012 bit/cm2. Pelaksanaan peranti sedemikian akan memberi manusia kuasa maklumat yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Keputusan yang sangat menarik telah dicapai dalam sintesis polimer berdasarkan fullerene. Dalam kes ini, fullerene C60 berfungsi sebagai asas rantai polimer, dan sambungan antara molekul dilakukan menggunakan cincin benzena. Struktur ini menerima nama kiasan "tali mutiara". Beginilah cara polimer organologam jenis (C60Pd)n dan (C60Pd2)n disintesis.

Fullerite sebagai bahan permulaan untuk pengeluaran berlian

Baru-baru ini, ditunjukkan bahawa fullerite polihabluran boleh diubah menjadi berlian pada tekanan hanya 2 "105 atm dan pada suhu bilik. Setakat ini, seperti yang diketahui, untuk mengubah grafit polihabluran menjadi berlian, tekanan (3 - 5) "106 atm dan suhu 1200 diperlukan ╟S. Oleh itu, fullerite adalah bahan mentah yang paling menjanjikan untuk sintesis bahan yang paling sukar dan paling mahal - berlian.

MENGGUNAKAN FULLERENES

Pada Mei 1994, di Persidangan Dunia di San Francisco, penggunaan praktikal fullerene dalam elektronik telah dibincangkan secara meluas. Syarikat perindustrian antarabangsa terbesar, Mitsubishi, memutuskan untuk menggunakan fullerene sebagai asas untuk pengeluaran bateri boleh dicas semula, prinsip operasinya berdasarkan tindak balas penambahan hidrogen, sama seperti yang berlaku dalam bateri nikel hidrida logam yang meluas. Perbezaannya ialah bateri berasaskan fullerenes mampu menyimpan kira-kira lima kali lebih banyak hidrogen dan, oleh itu, kapasitinya adalah lima kali lebih besar. Di samping itu, bateri fullerene dicirikan oleh berat rendah, serta keselamatan alam sekitar dan kebersihan yang tinggi. Ia dirancang untuk menggunakan bateri sedemikian secara meluas untuk menghidupkan komputer peribadi dan alat bantuan pendengaran.

Isu penggunaan fullerene untuk mencipta pengesan foto dan peranti optoelektronik, filem seperti berlian dan berlian, ubat-ubatan, bahan superkonduktor, dan juga sebagai pewarna untuk mesin penyalin.

Banyak perhatian diberikan kepada masalah penggunaan fullerene dalam perubatan dan farmakologi. Salah satu kesukaran ialah penciptaan sebatian fullerene yang larut dalam air, bukan toksik yang boleh dimasukkan ke dalam tubuh manusia dan dihantar melalui darah ke organ tertakluk kepada tindakan terapeutik. Sudah ada kemajuan dalam menyelesaikan masalah ini. Salah satu sebatian pertama jenis ini telah disintesis berdasarkan diphenethylaminosaccinite dan digunakan secara aktif dalam eksperimen perubatan dan biologi dengan fullerene. Idea untuk mencipta ubat anti-kanser berdasarkan sebatian endohedral larut air bagi fullerene dengan isotop radioaktif (sebatian endohedral ialah molekul fullerene dengan satu atau lebih atom daripada sebarang unsur yang diletakkan di dalamnya) dibincangkan secara meluas.

Kos fullerene

KESIMPULAN

Pada awal tahun 1995, 1 gram fullerite berharga kira-kira 100 dolar AS. Kos yang begitu tinggi adalah disebabkan oleh fakta bahawa kaedah sedia ada untuk menghasilkan dan memurnikan fullerene adalah sangat tidak sempurna dan produktiviti rendah (kira-kira 1 gram sejam). Oleh itu, tugas yang paling mendesak adalah untuk membangunkan yang baru kaedah yang berkesan menerima mereka. Walau bagaimanapun, ada kemungkinan bahawa cara paling murah untuk mendapatkan fullerene adalah dalam borang siap dari perut bumi. Tidak lama dahulu diketahui bahawa shungite mineral yang mengandungi karbon semula jadi, rizabnya di Karelia berjumlah ratusan juta tan, mengandungi 0.1% fullerenes. Oleh itu, sehingga satu kilogram fullerite boleh diperolehi daripada setiap tan mineral, jadi langkah seterusnya ialah pembangunan kaedah perindustrian untuk mengekstrak fullerene daripada shungite.

Pembangunan lanjut kerja yang berkaitan dengan penghasilan molekul endohedral C60 adalah perlu. Hasilnya, fullerite dengan sifat fizikokimia yang istimewa, bernilai praktikal, boleh diperolehi. Penyelidikan ke dalam sebatian fullerene aktif secara biologi adalah keutamaan. Salah satu tugas yang paling penting adalah untuk menjelaskan corak pengumpulan sebatian fullerene dalam organ dan tisu. Menyelesaikan masalah ini boleh membawa kepada sintesis ubat baru yang sangat berkesan.

Oleh itu, fullerenes, yang ditemui sebagai hasil penyelidikan fizikal semata-mata, kini menarik perhatian bukan sahaja ahli fizik, tetapi juga ahli kimia, jurutera kuasa, saintis bahan, doktor dan ahli biologi. Ada kemungkinan bahawa penyelidikan dalam bidang ini akan membawa kepada keputusan baru secara kualitatif pada skala global, sama seperti pada awal lima puluhan, apabila penggunaan meluas semikonduktor bermula, yang menjadi asas kepada pembangunan teknologi maklumat.

KESUSASTERAAN

1. Zharikov O.V. // Alam semulajadi. 1992. ╧ 3. Hlm 68.

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

3. Huffman D.R. // Fizik Hari Ini. 1991. ╧ 11. Hlm 26.

* * *

Ivan Vasilievich Zolotukhin - Doktor Sains Teknikal, Profesor Universiti Teknikal Voronezh. Bidang kepentingan saintifik - fizik jirim pekat bercelaru. Penyelidikan utama adalah berkaitan dengan penyelesaian masalah fizikokimia untuk mencipta amorfus baru bahan logam dengan sifat fizikal yang luar biasa. I.V. Zolotukhin adalah pengarang dua monograf dan lebih daripada 230 artikel. DALAM beberapa tahun kebelakangan ini usaha saintifik bertujuan untuk membangunkan kaedah untuk mendapatkan dan mengkaji sifat fizikal aloi nanohabluran, struktur fraktal dan fullerene.

DIAMOND - UBAHSUAI KARBON

berlian- bahan yang tidak boleh ditukar ganti dalam pelbagai bidang aktiviti manusia, daripada industri perhiasan dan pembuatan kepada elektronik dan angkasa. Dan semua ini disebabkan oleh sifat uniknya: kekerasan dan rintangan haus, kekonduksian terma yang tinggi dan ketelusan optik, indeks biasan yang tinggi dan serakan yang kuat, rintangan kimia dan sinaran, serta kemungkinan doping dengan kekotoran aktif elektrik dan optik. Berlian asli yang besar dan sangat tulen sangat jarang berlaku, jadi tidak menghairankan bahawa percubaan yang berjaya untuk menghasilkannya sangat menarik.

Harga tinggi batu-batu ini dijelaskan bukan sahaja oleh ciri khasnya, tetapi juga oleh tahap monopoli dalam perdagangan: De Beers International Corporation, yang mengawal 70-80% berlian asli yang dibekalkan ke pasaran, telah mengekalkan harga yang diketahui untuk mereka selama lebih dari satu abad. Perkembangan pengeluaran perindustrian analog teknikal dan perhiasan pada separuh kedua abad ke-20, nampaknya, sepatutnya mengurangkan kos yang paling sukar dan batu yang cantik di Bumi, tetapi ini tidak berlaku. Perlu dijelaskan dengan segera bahawa hari ini hanya batu kecil dengan diameter sehingga 0.6 mm ditanam dalam tan, digunakan sebagai bahan mentah untuk pembuatan alat kasar. Dan harga untuk mereka sebenarnya jatuh agak selepas pembangunan teknologi ini dan berjumlah kira-kira 10 sen setiap karat. Walau bagaimanapun, tiada kejatuhan harga untuk berlian barang kemas dijangka lagi, kerana penanamannya agak mahal.

Pada masa yang sama, berlian asli tidak dapat memenuhi sepenuhnya keperluan sains, teknologi dan industri. Sebagai contoh, industri pemprosesan alat, logam dan batu memerlukan kira-kira 4 kali lebih banyak berlian daripada yang dilombong dari tanah. Dan dalam beberapa kawasan berteknologi tinggi - dalam pembuatan tingkap optik, unsur elektronik pasif dan aktif, ultraviolet dan sinaran mengion bahan mentah semula jadi selalunya tidak boleh digunakan.

Ini disebabkan terutamanya oleh fakta bahawa penyebaran sifat fizikal kristal berlian asli adalah sangat luas - dan ini sebahagian besarnya tidak termasuk kemungkinan penggunaannya dalam produk bersiri dan peranti yang sensitif terhadap sifat bahan yang digunakan. Masalah lain ialah sebahagian besar kristal berlian asli (kira-kira 98%) mengandungi nitrogen sebagai bendasing (1 atom nitrogen setiap 1,000-100,000 atom karbon), kehadirannya mempengaruhi sifat berlian. Masalah lain timbul disebabkan oleh ketidaksempurnaan struktur kristal kristal yang dilombong dan pengagihan kekotoran yang tidak sekata.
Hanya karbon

Berlian dan alkimia

Sejak zaman purba, berlian telah dianggap sebagai batu ajaib dan jimat yang kuat. Adalah dipercayai bahawa orang yang memakainya mengekalkan ingatan dan mood yang ceria, tidak mengetahui penyakit perut, tidak terkena racun, dan berani dan setia.
Sukar untuk membayangkan bahawa bahan semula jadi yang paling sukar diketahui ialah salah satu pengubahsuaian karbon polimorfik (berbeza dalam susunan atom dalam kekisi kristal), satu lagi pengubahsuaian ialah grafit, bahan lembut yang digunakan sebagai pelincir dan petunjuk pensil.

Dalam berlian, yang mempunyai struktur padu, setiap atom karbon dikelilingi oleh empat atom yang sama, yang membentuk piramid tetrahedral biasa. Grafit, sebaliknya, mempunyai struktur berlapis di mana ikatan kuat antara atom karbon hanya wujud dalam lapisan, di mana atom membentuk rangkaian heksagon. Sambungan antara lapisan individu sangat lemah, jadi mereka boleh dengan mudah meluncur relatif antara satu sama lain dan kekal di atas kertas dalam bentuk skala mikro apabila kita menulis dengan pensil.
Fizik pertumbuhan

Orang ramai sentiasa mahu menjadikan berlian lebih mudah diakses: iaitu, bukan untuk mengekstraknya di lombong, tetapi untuk mendapatkannya menggunakan kaedah makmal, dan sebaik-baiknya dengan murah.

Eksperimen pada berlian

Eksperimen pertama yang didokumenkan pada berlian bermula pada tahun 1694. Pada masa itulah saintis Florentine Averani dan Targioni menunjukkan, menggunakan kaca yang terbakar, berlian akan terbakar jika dipanaskan pada suhu yang cukup tinggi. Sepanjang abad-abad berikutnya, eksperimen berterusan telah dijalankan untuk mengkaji mineral paling tahan lama di dunia (I. Newton, A. Lavoisier, S. Tennant, H. Davy, M. Faraday, G. Rose), selepas itu menjadi jelas bahawa "permata terhebat" Secara kimia, ia sama sekali dengan grafit, arang batu dan jelaga. Penguji, tentu saja, cuba mendapatkan "permata" ini daripada bahan-bahan ini (V. Karazin, B. Hannay, K. Khrushchev, A. Moissan). Walau bagaimanapun, disebabkan kekurangan maklumat yang hampir lengkap tentang sifat fizikal dan kimia berlian dan grafit serta ketidaksempurnaan teknologi pada masa itu, matlamat itu tidak pernah tercapai.

Hanya pada tahun 1939, seorang pekerja muda Institut Fizik Kimia Akademi Sains USSR, Ovsei Leypunsky, mengira garis keseimbangan grafit-berlian. Kerja ini buat kali pertama menggariskan kaedah yang mungkin untuk pengeluaran batu perindustrian. Leypunsky mengira anggaran nilai tekanan dan suhu yang diperlukan untuk mengubah grafit menjadi berlian. Selepas itu, pengiraannya agak diperhalusi dan disahkan secara eksperimen.

Langkah seterusnya ke arah menyelesaikan masalah pengeluaran berlian ialah pembangunan peralatan yang akan memastikan penciptaan dan penyelenggaraan tekanan dan suhu tinggi yang diperlukan dalam jangka masa yang panjang. Sumbangan besar kepada pembangunan teknologi tekanan tinggi telah dibuat oleh Pemenang Nobel Percy Bridgman, yang membangunkan prinsip radas tekanan tinggi.

Penilaian kualiti berlian

Berlian (berlian potong) dinilai mengikut empat kriteria CCCC utama (yang dipanggil sistem 4 "C): warna (warna), kualiti (kejelasan), potongan dan perkadaran (potongan), berat karat. Yang paling berharga adalah yang mempunyai warna yang dipanggil "tinggi", tetapi sebenarnya tidak berwarna.
Kehadiran walaupun hampir tidak ketara dan tidak penting, di mata bukan pakar, warna kuning, coklat atau hijau (dipanggil "warna" oleh tukang emas) boleh mengurangkan nilai batu dengan serius. Untuk berlian tanpa warna, yang paling bernilai ialah potongan bulat (berlian dalam kes ini mempunyai 57 aspek), yang membolehkan kecemerlangan dan permainan batu itu didedahkan secara maksimum (yang dipanggil "api"). Kos maksimum berlian 1 karat hari ini ialah $18,000.

Selalunya, batu dengan berat yang sama mempunyai warna dan kualiti yang lebih rendah, dan kosnya ialah $5,000-$8,000 Juara dalam nilai dalam dunia berlian adalah batu berwarna merah, biru, merah jambu, hijau dan oren. Harga berlian merah jambu dan biru boleh melebihi kos berlian tidak berwarna dengan berat dan kualiti yang serupa sebanyak 10 kali ganda atau lebih, dan berlian (setiap karat) paling mahal dalam sejarah ialah batu merah seberat 0.95 karat, dijual pada tahun 1987 di lelongan Christie's. untuk 880,000 dolar AS tidak ada senarai harga tunggal untuk batu berwarna, dan, sebagai peraturan, ia dibentuk di lelongan.

Usaha bertahun-tahun para saintis dan pereka memuncak pada 1953-1954 dengan percubaan yang berjaya dalam menanam berlian. Kumpulan penyelidik dari ASEA (Sweden) dan General Electric (USA) telah mencapai kejayaan. Sampel yang terhasil adalah sangat jauh dari sempurna dan mempunyai saiz kurang daripada 1 mm.

Orang Sweden dan Amerika menggunakan teknologi yang sama - grafit bercampur dengan logam (pelarut karbon) diletakkan dalam medium boleh mampat pepejal. Tekanan yang diperlukan (70,000-80,000 atmosfera) dicipta oleh peralatan hidraulik yang berkuasa. Pemanasan dilakukan pada suhu 1,600-2,500°C selama dua minit.

Penghabluran berlian berlaku kerana fakta bahawa logam cair (besi) pada tekanan dan suhu tinggi ternyata tidak tepu dengan karbon dalam hubungan dengan grafit dan supersaturated berhubung dengan berlian. Di bawah keadaan sedemikian, pembentukan berlian dan pembubaran grafit secara termodinamik lebih menguntungkan. Bahan mentah yang diperolehi pada masa ini menggunakan teknologi ini adalah terutamanya serbuk berlian dengan saiz butiran 0.001-0.6 mm (maksimum 2 mm) dan kepekatan nitrogen lebih daripada 1019 atom/cm3.

Kaedah untuk mendapatkan berlian

Pada awal 60-an, saintis Soviet B. Deryagin dan B. Spitsyn dan, secara bebas daripada mereka, V. Eversol Amerika mencadangkan kaedah CVD yang berbeza secara asas untuk menghasilkan berlian, yang tidak memerlukan penggunaan tekanan tinggi. Intipatinya ialah gas yang mengandungi karbon (contohnya, metana) bercampur dengan hidrogen dan oksigen terurai pada tekanan atmosfera atau berkurangan, dan atom karbon dimendapkan pada permukaan kristal benih berlian, yang membawa kepada pertumbuhannya. Walau bagaimanapun, kristal yang terhasil mempunyai had dalam kualiti.

Walaupun kejayaan tertentu dalam menanam berlian, satu masalah yang tidak dapat diselesaikan kekal - memperoleh kristal tunggal yang besar kualiti barang kemas. Hanya pada tahun 1967 Robert Wentorf mempatenkan kaedah (“kaedah kecerunan suhu”) yang menyelesaikan masalah ini.

Daya penggerak untuk penghabluran berlian dalam kaedah ini adalah perbezaan kepekatan karbon terlarut dalam logam, disebabkan oleh perbezaan suhu dalam isipadu tindak balas. Sumber karbon diletakkan di zon paling panas, dan benih berlian (kristal berlian bersaiz kira-kira 0.5 mm) di rantau ini dengan suhu yang lebih rendah. Pelarut logam cair dan tepu dengan karbon. Walau bagaimanapun, tahap ketepuan akan menjadi tidak sekata disebabkan oleh perbezaan suhu. Kepekatan keseimbangan karbon dalam leburan pada antara muka antara leburan dan sumber karbon akan lebih tinggi daripada antara muka antara leburan dan benih berlian.

Kecerunan kepekatan yang terhasil membawa kepada penyebaran karbon dari sumber ke hablur benih, di mana leburan ternyata menjadi supertepu - karbon didepositkan daripadanya, menyebabkan pertumbuhan kristal berlian benih. Ini adalah kaedah yang sangat bijak berdasarkan pemahaman yang baik tentang banyak proses yang berlaku dalam media tanpa keseimbangan termodinamik - dalam dalam kes ini Perbezaan suhu pada masa yang sama memastikan penghantaran karbon yang diperlukan untuk pertumbuhan berlian dan menjamin pemendapan pada benih.
Piramid jarum berlian semikonduktor berharga lebih daripada berlian dengan saiz yang sama (0.01 karat)

Pemprosesan berlian

Apabila memotong dan menggilap berlian, serbuk pelelas daripada berlian yang sama digunakan. Kekerasan yang sama pada pelelas dan bahan yang diproses menimbulkan masalah tertentu semasa kerja tersebut. Berlian, seperti kebanyakan kristal, mempunyai kekerasan yang berbeza pada muka yang berbeza. Bahagian yang paling sukar untuk dicakar ialah muka yang dipanggil (111), di mana atom karbon paling padat.
Apabila memproses permukaan selari dengan muka kristalografi tertentu, tukang emas dan ahli teknologi menghadapi kesukaran tertentu. Ahli teknologi sedang mencari cara untuk meningkatkan kekerasan berlian yang ditanam dengan sengaja mendodokannya dengan pelbagai kekotoran, dan juga cuba mensintesis bahan yang lebih kuat daripada mineral itu sendiri. Selama lebih daripada 10 tahun, bahan karbon diperolehi oleh tekanan tinggi dan suhu daripada molekul fullerene C60.
Plat selari satah yang diperbuat daripada berlian terutamanya tulen dan boron-doped (2.5x2.5x0.5 mm) Di antara struktur kristal dan amorf yang disintesis, pengubahsuaian fullerite dengan sebahagian besar ikatan interatomik "seperti berlian" adalah sangat menarik - sehingga 80%. Selebihnya ikatan kimia dalam bahan ini lebih kuat daripada berlian, dan serupa dengan yang menghubungkan atom dalam satah grafit, dalam molekul C60 dan dinding tiub nano karbon. Struktur susunan atom karbon di negeri ini memastikan isotropi sifat mekanikalnya dan ketiadaan satah belahan "cahaya" yang terdapat dalam kristal berlian. Adalah dipercayai bahawa struktur kristal yang "koyak" dan sangat tertekan inilah yang memberikan kekerasan bahan ini lebih tinggi daripada segi (111) berlian yang terkenal.
Bahan ini, yang dipanggil "tisnumite," telah menemui aplikasi dalam petua ultra-kuat mikroskop pengimbasan kuar NanoSkan ("Seluruh Dunia" No. 6, 2005). Baru-baru ini, saintis dari Jerman menemui pilihan baharu struktur seperti berlian: NanoRod Karbon Terkumpul, dengan ketumpatan dan kekerasan beberapa peratus lebih besar daripada berlian kristal biasa. Bahan ACNR sebegini dijangka dapat digunakan dalam pelbagai nanoteknologi.

Berlian bersinar

Pada mulanya, orang tertarik kepada berlian hanya dengan kekerasannya yang luar biasa, dan ia dinilai lebih rendah daripada beberapa mineral lain. Hanya pada pertengahan abad ke-15, tukang emas istana Duke of Burgundy, Charles the Bold, Louis van Berkem yang terkenal, menghasilkan versi pertama yang dipanggil potongan berlian, yang memungkinkan untuk mendedahkan sepenuhnya kecemerlangan dan permainan warna berlian. Kilauan terang berlian yang dipotong adalah disebabkan oleh indeks biasannya yang tinggi (2.42), dan permainan pelbagai warna adalah disebabkan oleh penyebaran yang kuat (dengan

Adakah anda tahu bahan mana di planet kita yang dianggap paling kuat? Kita semua tahu dari sekolah bahawa berlian adalah mineral yang paling kuat, tetapi ia jauh dari yang paling kuat. Kekerasan bukanlah sifat utama yang mencirikan jirim. Sesetengah sifat boleh mengelakkan calar, manakala yang lain mungkin menggalakkan keanjalan. Nak tahu lebih lanjut? Berikut ialah penarafan bahan yang akan menjadi sangat sukar untuk dimusnahkan.

Berlian dalam segala kemuliaannya

Contoh klasik kekuatan, terperangkap dalam buku teks dan kepala. Kekerasannya bermakna ia tahan calar. Pada skala Mohs (skala kualitatif yang mengukur rintangan pelbagai mineral), skor berlian pada 10 (skala dari 1 hingga 10, dengan 10 sebagai bahan yang paling sukar). Berlian sangat keras sehingga berlian lain mesti digunakan untuk memotongnya.

Web yang boleh menghentikan bas udara

Selalunya disebut sebagai bahan biologi paling kompleks di dunia (walaupun dakwaan ini kini dipertikaikan oleh penciptanya), web Darwin lebih kuat daripada keluli dan mempunyai kekukuhan yang lebih besar daripada Kevlar. Beratnya tidak kurang hebatnya: seutas benang yang cukup panjang untuk mengelilingi Bumi hanya seberat 0.5 kg.

Aerographite dalam pakej biasa

Buih sintetik ini adalah salah satu bahan binaan paling ringan di dunia. Aerographite adalah kira-kira 75 kali lebih ringan daripada busa polistirena (tetapi lebih kuat!). Bahan ini boleh dimampatkan kepada 30 kali ganda saiz asal tanpa merosakkan strukturnya. Satu lagi perkara yang menarik: aerographite boleh menyokong 40,000 kali beratnya sendiri.

Kaca semasa ujian ranap

Bahan ini telah dibangunkan oleh saintis di California. Kaca aloi mikro mempunyai gabungan ketegaran dan kekuatan yang hampir sempurna. Sebabnya ialah struktur kimianya mengurangkan kerapuhan kaca, tetapi mengekalkan ketegaran paladium.

Gerudi tungsten

Tungsten karbida adalah sangat keras dan mempunyai ketegaran yang tinggi secara kualitatif, tetapi ia agak rapuh dan boleh dibengkokkan dengan mudah.

Silikon karbida dalam bentuk kristal

Bahan ini digunakan untuk membuat perisai untuk kereta kebal tempur. Malah, ia digunakan dalam hampir semua perkara yang boleh melindungi daripada peluru. Ia mempunyai penarafan kekerasan Mohs 9 dan juga mempunyai pengembangan haba yang rendah.

Struktur molekul boron nitrida

Kira-kira sekuat berlian, boron nitrida padu mempunyai satu kelebihan penting: ia tidak larut dalam nikel dan besi pada suhu tinggi. Atas sebab ini, ia boleh digunakan untuk memproses unsur-unsur ini (bentuk berlian nitrida dengan besi dan nikel pada suhu tinggi).

Kabel Dyneema

Dianggap sebagai serat terkuat di dunia. Anda mungkin terkejut dengan fakta ini: Dainima lebih ringan daripada air, tetapi ia boleh menghentikan peluru!

tiub aloi

Aloi titanium sangat fleksibel dan mempunyai kekuatan tegangan yang sangat tinggi, tetapi tidak mempunyai ketegaran yang sama seperti aloi keluli.

Logam amorfus mudah berubah bentuk

Liquidmetal telah dibangunkan oleh Caltech. Walaupun namanya, logam ini tidak cair dan pada suhu bilik mempunyai tahap kekuatan dan rintangan haus yang tinggi. Apabila dipanaskan aloi amorfus boleh berubah bentuk.

Kertas masa depan mungkin lebih sukar daripada berlian

Ciptaan terbaru ini diperbuat daripada pulpa kayu dan lebih kuat daripada keluli! Dan jauh lebih murah. Ramai saintis menganggap nanoselulosa sebagai alternatif murah kepada kaca paladium dan gentian karbon.

tempurung piring

Kami menyebut sebelum ini bahawa labah-labah Darwin memutarkan beberapa bahan organik terkuat di Bumi. Namun begitu, gigi limpet itu ternyata lebih kuat daripada sarang. Gigi limpet sangat sukar. Sebab bagi ciri-ciri yang menakjubkan ini ialah tujuannya: mengumpul alga dari permukaan batu dan karang. Para saintis percaya bahawa pada masa hadapan kita boleh menyalin struktur berserabut gigi limpet dan menggunakannya dalam industri automobil, kapal dan juga industri penerbangan.

Peringkat roket di mana banyak komponen mengandungi keluli maraging

Bahan ini menggabungkan tahap kekuatan dan ketegaran yang tinggi tanpa kehilangan keanjalan. Aloi keluli jenis ini digunakan dalam aeroangkasa dan teknologi pembuatan industri.

Kristal osmium

Osmium sangat padat. Ia digunakan dalam pembuatan perkara yang memerlukan tahap kekuatan dan kekerasan yang tinggi (sentuhan elektrik, pemegang hujung, dll.).

Topi keledar Kevlar menghentikan peluru

Digunakan dalam segala-galanya daripada dram hingga jaket kalis peluru, Kevlar sinonim dengan keliatan. Kevlar ialah sejenis plastik yang mempunyai kekuatan tegangan yang sangat tinggi. Malah, ia adalah kira-kira 8 kali lebih besar daripada dawai keluli! Ia juga boleh menahan suhu sekitar 450 ℃.

Paip spektrum

Polietilena berprestasi tinggi adalah plastik yang benar-benar tahan lama. Benang yang ringan dan kuat ini boleh menahan ketegangan yang luar biasa dan sepuluh kali lebih kuat daripada keluli. Sama seperti Kevlar, Spectra juga digunakan untuk jaket kalis balistik, topi keledar dan kenderaan berperisai.

Skrin graphene fleksibel

Sekeping graphene (allotrope karbon) setebal satu atom adalah 200 kali lebih kuat daripada keluli. Walaupun graphene kelihatan seperti selofan, ia benar-benar menakjubkan. Bas sekolah memerlukan pengimbangan pada pensel untuk menembusi helaian A1 standard bahan ini!

Teknologi baru, mampu merevolusikan pemahaman kita tentang kekuatan

Nanoteknologi ini diperbuat daripada tiub karbon yang 50,000 kali lebih nipis daripada rambut manusia. Ini menjelaskan mengapa ia 10 kali lebih ringan daripada keluli tetapi 500 kali lebih kuat.

aloi mikrolattice kerap digunakan dalam satelit

Logam paling ringan di dunia, metal microlattice juga merupakan salah satu bahan struktur paling ringan di Bumi. Sesetengah saintis mendakwa bahawa ia adalah 100 kali lebih ringan daripada busa polistirena! Bahan berliang tetapi sangat kuat, ia digunakan dalam banyak bidang teknologi. Boeing telah menyebut menggunakannya dalam pesawat, terutamanya di lantai, tempat duduk dan dinding.

Model tiub nano

Karbon nanotiub (CNTs) boleh digambarkan sebagai "gentian berongga silinder lancar" yang terdiri daripada satu kepingan molekul bergulung tunggal grafit tulen. Hasilnya adalah bahan yang sangat ringan. Pada skala nano, tiub nano karbon mempunyai kekuatan 200 kali ganda daripada keluli.

Berus udara yang hebat sukar untuk digambarkan!

Juga dikenali sebagai graphene airgel. Bayangkan kekuatan graphene digabungkan dengan cahaya yang tidak dapat dibayangkan. Airgel adalah 7 kali lebih ringan daripada udara! Bahan yang luar biasa ini boleh pulih sepenuhnya daripada lebih 90% mampatan dan boleh menyerap sehingga 900 kali ganda beratnya dalam minyak. Diharap bahan ini dapat digunakan untuk membersihkan tumpahan minyak.

Bangunan Utama Politeknik Massachusetts

Sehingga berita ini ditulis, saintis di MIT percaya mereka telah menemui rahsia untuk memaksimumkan kekuatan 2D graphene dalam 3D. Bahan mereka yang belum dinamakan mungkin mempunyai kira-kira 5% ketumpatan keluli, tetapi 10 kali ganda kekuatan.

Struktur molekul carbyne

Walaupun merupakan rantai tunggal atom, carbyne mempunyai dua kali kekuatan tegangan graphene dan tiga kali ganda kekukuhan berlian.

tempat kelahiran boron nitrida

Bahan semulajadi ini dihasilkan dalam bolong gunung berapi aktif dan 18% lebih kuat daripada berlian. Ia adalah salah satu daripada dua bahan semulajadi yang kini didapati lebih keras daripada berlian. Masalahnya ialah tidak banyak bahan ini, dan kini sukar untuk mengatakan dengan pasti sama ada pernyataan ini 100% benar.

Meteorit adalah sumber utama lonsdaleite

Juga dikenali sebagai berlian heksagon, bahan ini terdiri daripada atom karbon, tetapi ia hanya disusun secara berbeza. Bersama dengan wurtzite boron nitride, ia adalah salah satu daripada dua bahan semula jadi yang lebih keras daripada berlian. Malah, Lonsdaleite 58% lebih sukar! Walau bagaimanapun, seperti bahan sebelumnya, ia didapati dalam jumlah yang agak kecil. Kadang-kadang ia berlaku apabila meteorit grafit berlanggar dengan planet Bumi.

Masa depan semakin hampir, jadi menjelang akhir abad ke-21 kita boleh menjangkakan kemunculan bahan ultra-kuat dan ultra-ringan yang akan menggantikan Kevlar dan berlian. Dalam pada itu, seseorang hanya boleh kagum dengan perkembangan teknologi moden.

Semua orang tahu bahawa pada masa kini Berlian ialah standard kekerasan, i.e. Apabila menentukan kekerasan bahan, kekerasan berlian diambil sebagai asas. Dalam artikel kami, kami akan melihat sepuluh bahan paling sukar di dunia dan melihat betapa kerasnya mereka berbanding berlian. Bahan dianggap superhard jika penunjuknya melebihi 40 GPa. Ia mesti diambil kira bahawa kekerasan bahan mungkin berbeza-beza bergantung pada faktor luaran, khususnya daripada beban yang dikenakan padanya. Jadi, kami membentangkan sepuluh bahan paling sukar di dunia.

10. Boron suboksida

Boron suboksida terdiri daripada butiran berbentuk cembung dua puluh hedra. Butiran ini pula terdiri daripada dua puluh kristal polihedral, mukanya empat segi tiga. Boron suboksida mempunyai peningkatan kekuatan sebanyak 45 GPa.

9. Renium diborida

Rhenium diboride adalah bahan yang sangat menarik. Pada beban rendah ia berkelakuan seperti superhard, mempunyai kekuatan 48 GPa, dan di bawah beban kekerasannya berkurangan kepada 22 GPa. Fakta ini menyebabkan perbincangan hangat di kalangan saintis di seluruh dunia mengenai sama ada rhenium diboride harus dianggap sebagai bahan superhard.

8. Magnesium aluminium borida

Magnesium aluminium borida adalah aloi aluminium, magnesium dan boron. Bahan ini mempunyai geseran gelongsor yang sangat rendah. Sifat unik ini boleh menjadi rahmat sebenar dalam pengeluaran pelbagai mekanisme, kerana bahagian yang diperbuat daripada magnesium-aluminium borida boleh berfungsi tanpa pelinciran. Malangnya, aloi itu sangat mahal, yang pada masa ini menghalangnya daripada digunakan secara meluas. Kekerasan magnesium aluminium borida ialah 51 GPa.

7. Boron-karbon-silikon

Sebatian boron-karbon-silikon adalah sangat tahan terhadap suhu yang melampau dan serangan kimia. Kekerasan boron-karbon-silikon ialah 70 GPa.

6. Boron karbida

Boron karbida ditemui pada abad ke-18 dan mula digunakan hampir serta-merta dalam banyak industri. Ia digunakan dalam pemprosesan logam dan aloi, dalam pembuatan barangan kaca kimia, serta dalam tenaga dan elektronik. Digunakan sebagai bahan asas untuk plat perisai badan. Kekerasan boron karbida ialah 49 GPa, dan dengan menambahkan argon dalam bentuk ion, angka ini boleh ditingkatkan kepada 72 GPa.

5. Karbon-boron nitrida

Karbon-boron nitrida adalah salah satu wakil pencapaian kimia moden ia telah disintesis secara relatif baru-baru ini Kekerasan karbon-boron nitrida ialah 76 GPa.

4. Kubonit berstruktur nano

Kubonit berstruktur nano mempunyai nama lain: kingsongit, borazon atau elbor. Bahan ini mempunyai nilai kekerasan yang hampir dengan berlian dan berjaya digunakan dalam industri dalam pemprosesan pelbagai logam dan aloi. Kekerasan kubonit berstruktur nano ialah 108 GPa.

3. Wurtzite boron nitrida

Struktur kristal bahan ini mempunyai bentuk wurtzite khas, yang membolehkan ia menjadi salah satu peneraju dalam kekerasan. Apabila beban dikenakan, ikatan antara atom dalam kekisi kristal diagihkan semula dan kekerasan bahan meningkat hampir 75%! Kekerasan boron nitrida wurtzite ialah 114 GPa.

2. Lonsdaleite

Lonsdaleite sangat serupa dalam struktur dengan berlian, kerana kedua-duanya adalah pengubahsuaian alotropik karbon. Lonsdaleite ditemui di dalam kawah meteorit, salah satu komponennya ialah grafit. Rupa-rupanya, dari beban yang disebabkan oleh letupan meteorit, grafit berubah menjadi lonsdaleite. Apabila ditemui, lonsdaleite tidak menunjukkan sebarang penunjuk kekerasan juara khas, tetapi terbukti bahawa jika tiada kekotoran di dalamnya, ia akan menjadi lebih keras daripada berlian! Kekerasan lonsdaleite yang terbukti adalah sehingga 152 GPa

1. Fullerite

Sudah tiba masanya untuk melihat bahan yang paling sukar di dunia - fullerite. Fullerite ialah kristal yang terdiri daripada molekul dan bukannya atom individu. Terima kasih kepada ini, fullerite mempunyai kekerasan yang luar biasa; ia boleh mencalarkan berlian dengan mudah, sama seperti plastik calar keluli! Kekerasan fullerite ialah 310 GPa.

Fullerite

Kami telah menyediakan senarai bahan yang paling sukar di dunia pada masa ini. Seperti yang dapat kita lihat, antaranya terdapat bahan yang cukup lebih keras daripada berlian dan, mungkin, penemuan baru menanti kita di hadapan yang akan membolehkan kita mendapatkan bahan dengan tahap kekerasan yang lebih tinggi!

Setiap daripada anda tahu bahawa berlian kekal sebagai standard kekerasan hari ini. Apabila menentukan kekerasan mekanikal bahan yang ada di bumi, kekerasan berlian diambil sebagai piawai: apabila diukur dengan kaedah Mohs - dalam bentuk sampel permukaan, oleh kaedah Vickers atau Rockwell - sebagai indentor (sebagai lebih keras). badan apabila mengkaji badan yang kurang kekerasan). Hari ini, terdapat beberapa bahan yang kekerasannya mendekati ciri-ciri berlian.

Bandingkan dalam kes ini bahan asli, berdasarkan kekerasan mikro mereka mengikut kaedah Vickers, apabila bahan itu dianggap superhard pada nilai lebih daripada 40 GPa. Kekerasan bahan boleh berbeza-beza bergantung pada ciri-ciri sintesis sampel atau arah beban yang dikenakan padanya.

Turun naik dalam nilai kekerasan dari 70 hingga 150 GPa adalah konsep umum yang ditetapkan untuk bahan pepejal, walaupun 115 GPa dianggap sebagai nilai rujukan. Mari kita lihat 10 bahan paling keras, selain berlian, yang wujud di alam semula jadi.

10. Boron suboksida (B 6 O) - kekerasan sehingga 45 GPa

Boron suboksida mempunyai keupayaan untuk mencipta butiran berbentuk seperti ikosahedron. Butiran yang terbentuk bukanlah kristal terpencil atau jenis kuasikristal, tetapi adalah kristal berkembar yang khas, yang terdiri daripada dua dozen kristal tetrahedral berpasangan.

10. Rhenium diboride (ReB 2) - kekerasan 48 GPa

Ramai penyelidik mempersoalkan sama ada bahan ini boleh diklasifikasikan sebagai jenis bahan superhard. Ini disebabkan oleh sifat mekanikal sendi yang sangat luar biasa.

Pergantian lapisan demi lapisan bagi atom yang berbeza menjadikan bahan ini anisotropik. Oleh itu, pengukuran kekerasan adalah berbeza dengan kehadiran pelbagai jenis satah kristalografi. Oleh itu, ujian rhenium diborida pada beban rendah memberikan kekerasan 48 GPa, dan dengan peningkatan beban kekerasan menjadi jauh lebih rendah dan kira-kira 22 GPa.

8. Magnesium aluminium borida (AlMgB 14) - kekerasan sehingga 51 GPa

Komposisi ini adalah campuran aluminium, magnesium, boron dengan geseran gelongsor rendah, serta kekerasan yang tinggi. Kualiti ini boleh menjadi rahmat untuk pengeluaran mesin dan mekanisme moden yang beroperasi tanpa pelinciran. Tetapi menggunakan bahan dalam variasi ini masih dianggap sangat mahal.

AlMgB14 - filem nipis khas yang dicipta menggunakan pemendapan laser berdenyut, mempunyai keupayaan untuk mempunyai kekerasan mikro sehingga 51 GPa.

7. Boron-karbon-silikon - kekerasan sehingga 70 GPa

Asas sebatian sedemikian menyediakan aloi dengan kualiti yang membayangkan rintangan optimum terhadap pengaruh kimia negatif dan suhu tinggi. Bahan ini disediakan dengan kekerasan mikro sehingga 70 GPa.

6. Boron karbida B 4 C (B 12 C 3) - kekerasan sehingga 72 GPa

Bahan lain ialah boron karbida. Bahan ini mula digunakan secara aktif dalam pelbagai bidang industri hampir sejurus selepas penciptaannya pada abad ke-18.

Kekerasan mikro bahan mencapai 49 GPa, tetapi telah terbukti bahawa angka ini boleh ditingkatkan dengan menambahkan ion argon pada struktur kekisi kristal - sehingga 72 GPa.

5. Karbon-boron nitrida - kekerasan sehingga 76 GPa

Penyelidik dan saintis dari seluruh dunia telah lama mencuba untuk mensintesis bahan superhard yang kompleks, dengan hasil yang nyata telah dicapai. Komponen sebatian ialah atom boron, karbon dan nitrogen - saiz yang sama. Kekerasan kualitatif bahan mencapai 76 GPa.

4. Kubonit berstruktur nano - kekerasan sehingga 108 GPa

Bahan ini juga dipanggil kingsongite, borazon atau elbor, dan juga mempunyai kualiti unik yang berjaya digunakan dalam industri moden. Dengan nilai kekerasan kubonit 80-90 GPa, hampir dengan standard berlian, kuasa undang-undang Hall-Petch boleh menyebabkan peningkatan yang ketara.

Ini bermakna apabila saiz butiran kristal berkurangan, kekerasan bahan meningkat - terdapat kemungkinan tertentu untuk meningkatkannya sehingga 108 GPa.

3. Wurtzite boron nitride - kekerasan sehingga 114 GPa

Struktur kristal wurtzite memberikan kekerasan yang tinggi kepada bahan ini. Dengan pengubahsuaian struktur tempatan, semasa penggunaan jenis beban tertentu, ikatan antara atom dalam kekisi bahan diagihkan semula. Pada masa ini, kekerasan kualiti bahan meningkat sebanyak 78%.

2. Lonsdaleite - kekerasan sehingga 152 GPa

Lonsdaleite ialah pengubahsuaian alotropik karbon dan mempunyai persamaan yang jelas dengan berlian. Bahan semula jadi pepejal ditemui dalam kawah meteorit, terbentuk daripada grafit, salah satu komponen meteorit, tetapi ia tidak mempunyai tahap rekod kekuatan.

Para saintis telah membuktikan pada tahun 2009 bahawa ketiadaan bendasing boleh memberikan kekerasan melebihi kekerasan berlian. Nilai kekerasan yang tinggi boleh dicapai dalam kes ini, seperti dalam kes boron nitrida wurtzite.

1. Fullerite - kekerasan sehingga 310 GPa

Fullerite berpolimer dianggap pada zaman kita sebagai bahan paling sukar yang diketahui sains. Ini adalah kristal molekul berstruktur, nod yang terdiri daripada molekul keseluruhan dan bukannya atom individu.

Fullerite mempunyai kekerasan sehingga 310 GPa, dan ia boleh mencalarkan permukaan berlian seperti plastik biasa. Seperti yang anda lihat, berlian bukan lagi bahan semula jadi yang paling sukar di dunia;

Setakat ini, ini adalah bahan paling sukar di Bumi yang diketahui sains. Kemungkinan besar penemuan dan penemuan baharu dalam bidang kimia/fizik akan menanti kita tidak lama lagi, yang membolehkan kita mencapai kekerasan yang lebih tinggi.