Самые лёгкие и прочные материалы на Земле. Самый легкий материал в мире Самые прочные материалы в мире

25 самых крепких известных материалов

Самые лёгкие и прочные материалы на Земле. Самый легкий материал в мире Самые прочные материалы в мире

Знаете ли вы, какой материал на нашей планете считается самым крепким? Со школы нам всем известно, что алмаз — крепчайший минерал, но он далеко не самый крепкий.

Твёрдость — не главное свойство, которым характеризуется материя. Одни свойства могут мешать появлению царапин, другие — способствовать эластичности.

Хотите знать больше? Перед вами рейтинг материалов, которые будет очень сложно разрушить.

Алмаз

Бриллиант во всей своей красе

Классический пример прочности, засевший в учебниках и головах. Его твёрдость означает устойчивость к царапинам.

В шкале Мооса (качественная шкала, которая измеряет сопротивление различных минералов) алмаз показывает результат в 10 (шкала идёт от 1 до 10, где 10 — самое твёрдое вещество).

Алмаз настолько твёрдый, что другие алмазы должны быть использованы для его резки.

Шёлк паука Дарвина

Паутина, способная остановить аэробус

Этот материал часто упоминается как самое сложное биологическое вещество в мире (хотя это утверждение сейчас оспаривается изобретателями), сеть паука Дарвина сильнее, чем сталь и обладает большим запасом жёсткости, чем кевлар. Её вес не менее замечателен: нить, достаточно длинная, чтобы окружить Землю, весит всего 0,5 кг.

Аэрографит

Аэрографит в обычной посылке

Эта синтетическая пена является одним из самых лёгких строительных материалов в мире. Аэрографит примерно в 75 раз легче пенополистирола (но намного сильнее!).

Этот материал может быть спрессован в 30 раз от его первоначального размера без ущерба для его структуры.

Ещё один интересный момент: аэрографит может выдержать массу в 40 000 раз больше собственного веса.

Палладиевое микролегированное стекло

Стекло во время краш-теста

Это вещество разработано учёными в Калифорнии. Микролегированное стекло имеет почти совершенное сочетание жёсткости и прочности. Причиной этого является то, что его химическая структура снижает хрупкость стекла, но сохраняет жёсткость палладия.

Карбид вольфрама

Вольфрамовое сверло

Карбид вольфрама невероятно твёрдый и имеет качественно высокую жёсткость, но он довольно хрупкий, его легко можно согнуть.

Карбид кремния

Карбид кремния в виде кристаллов

Этот материал используется в создании брони для боевых танков. Фактически он используется почти во всём, что может защищать от пуль. Он имеет рейтинг твёрдости Мооса 9, а также имеет низкий уровень теплового расширения.

Кубический нитрид бора

Молекулярная структура нитрида бора

Примерно такой же сильный, как алмаз, кубический нитрид бора имеет одно важное преимущество: он нерастворим в никеле и железе при высоких температурах. По этой причине его можно использовать для обработки этих элементов (алмазные формы нитридов с железом и никелем при высоких температурах).

Dyneema

Кабель из Dyneema

Считается самым сильным волокном в мире. Возможно, вас удивит факт: «дайнима» легче воды, но она может остановить пули!

Титановые сплавы

Трубка сплава

Титановые сплавы чрезвычайно гибкие и имеют очень высокую прочность на растяжение, но не имеют такой жёсткости, как стальные сплавы.

Аморфные сплавы

Аморфные металлы легко меняют форму

Liquidmetal разработан в компании Caltech. Несмотря на название, этот металл не является жидким и при комнатной температуре имеют высокий уровень прочности и износотойкости. При нагревании аморфные сплавы могут менять форму.

Наноцеллюлоза

Будущая бумага может быть тверже алмазов

Это новейшее изобретение создаётся из древесной массы, при этом обладая большей степенью прочности, чем сталь! И гораздо дешевле. Многие учёные считают наноцеллюлозу дешёвой альтернативой палладиевому стеклу и углеродному волокну.

Зубы моллюсков

Раковина блюдца

Ранее мы упоминали, что пауки Дарвина плетут нить одного из самых прочных органических материалов на Земле. Тем не менее зубы морского блюдечка оказались ещё сильнее, чем паутины. Зубы лимпетов чрезвычайно жёсткие.

Причина этих удивительных характеристик в назначении: сбор водорослей с поверхности горных пород и кораллов.

Учёные считают, что в будущем мы могли бы скопировать волокнистую структуру зубов лимпета и использовать её в автомобильной промышленности, кораблях и даже авиационной индустрии.

Мартенситностареющие стали

Ступень ракеты, в которой многие узлы содержат мартенситностареющие стали

Это вещество сочетает в себе высокий уровень прочности и жёсткости без потери эластичности. Стальные сплавы этого типа находят применение в аэрокосмических и промышленно-производственных технологиях.

Осмий

Кристалл осмия

Осмий чрезвычайно плотен. Его используют при изготовлении вещей, требующих высокого уровня прочности и твёрдости (электрические контакты, ручки для наконечников и т.д.).

Кевлар

Кевларовая каска остановила пулю

Используемый во всём, от барабанов до пуленепробиваемых жилетов, кевлар является синонимом твёрдости. Кевлар — это тип пластика, который обладает чрезвычайно высокой прочностью на растяжение. Фактически она примерно в 8 раз больше, чем у стальной проволоки! Он также может выдерживать температуры около 450 ℃.

Spectra

Трубы из материала Spectra

Высокоэффективный полиэтилен является действительно прочным пластиком. Эта лёгкая, прочная нить может выдерживать невероятное натяжение и в десять раз прочнее стали. Подобно кевлару, Spectra также используется для баллистических устойчивых жилетов, шлемов и бронетехники.

Графен

Гибкий экран из графена

Лист графена (аллотроп углерода) толщиной в один атом в 200 раз сильнее, чем сталь. Хотя графен похож на целлофан, он действительно поражает. Понадобится школьный автобус, балансирующий на карандаше, чтобы проткнуть стандартный лист А1 из этого материала!

Buckypaper

Новая технология, способная перевернуть наше представление о прочности

Эта нанотехнология изготовлена ​​из углеродных труб, которые в 50 000 раз тоньше человеческих волос. Это объясняет, почему он в 10 раз легче, чем сталь, но в 500 раз сильнее.

Металлическая микрорешётка

в сателлитах регулярно применяются сплавы из микрорешётки

Самый лёгкий в мире металл, металлическая микрорешётка также является одним из самых лёгких конструкционных материалов на Земле.

Некоторые учёные утверждают, что он в 100 раз легче пенополистирола! Пористый, но чрезвычайно сильный материал, он используется во многих областях техники.

Boeing упомянул об использовании его при изготовлении самолётов, в основном в полах, сидениях и стенах.

Углеродные нанотрубки

Модель нанотрубок

Углеродные нанотрубки (УНТ) можно описать как «бесшовные цилиндрические полые волокна», которые состоят из одного скатанного молекулярного листа чистого графита. В результате получается очень лёгкий материал. В наномасштабе углеродные нанотрубки имеют прочность в 200 раз больше, чем у стали.

Аэрографен

Фантастический аэрографен сложно даже описать!

Также известен как графеновый аэрогель. Представьте себе прочность графена в сочетании с невообразимой лёгкостью.

Аэрогель в 7 раз легче воздуха! Этот невероятный материал может полностью восстановиться после сжатия в более чем 90% и может поглощать до 900 раз больше собственного веса в масле.

Есть надежда, что этот материал можно будет использовать для ликвидации разливов нефти.

Неназванное вещество, находящееся в разработке в Массачусетском технологическом институте

Главный корпус политеха штата Массачусетс

На момент написания этой статьи учёные из Массачусетского технологического института полагали, что они обнаружили секрет максимизации 2-мерной прочности графена в 3-х измерениях. Их пока ещё неназванное вещество может иметь примерно 5% плотности стали, но в 10 раз больше прочности.

Карбин

Молекулярная структура карбина

Несмотря на то что он является единой цепочкой атомов, карбин имеет удвоенную прочность на растяжение от графена и в три раза большую жёсткость, чем алмаз.

Вюрцит нитрид бора

место рождения нитрида бора

Это природное вещество производится в жерле действующих вулканов и на 18% прочнее, чем алмаз. Это одно из двух веществ, встречающихся в природе, которые, как было установлено, в настоящее время превосходят алмазы по твёрдости. Проблема в том, что там не так много этого вещества, и сейчас трудно сказать наверняка, является ли это утверждение на 100% верным.

Лонсдейлит

Метеориты — главные источники лонсдейлита

Также известный как гексагональный алмаз, это вещество состоит из атомов углерода, но они просто расположены по-другому.

Наряду с вюрцитом нитридом бора это одно из двух природных веществ тверже алмаза. На самом деле Лондсдейлит 58% тверже! Однако, как и в случае с предыдущим веществом, он находится в относительно малых объёмах.

Иногда он возникает, когда графитовые метеориты, сталкиваются с планетой Землёй.

Будущее не за горами, поэтому к концу XXI века можно ожидать появление сверхпрочных и сверхлёгких материалов, которые придут на смену кевлару и алмазам. А пока остаётся только удивляться развитию современных технологий.

на канал чтобы не пропустить новые интересные статьи.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/59666d3c1410c35da0a45a1e/5b15fb1a3c50f776ea733c96

Топ 21 самых крепких и прочных материалов

Самые лёгкие и прочные материалы на Земле. Самый легкий материал в мире Самые прочные материалы в мире

Изучение веществ играет важную роль во многих сферах жизни человека. Благодаря открытиям ученых, совершенствуются технологии в медицине, строительстве, металлургии, космологии. В статье представлен список самых прочных и крепких материалов, известных на сегодня.

Алмаз

Фактом, что алмаз – один из самых твердых на планете, никого не удивишь. Действительно, этот драгоценный минерал заслуживает почетное место среди прочных. Впрочем, о еще одном свойстве стоит напомнить. По оценке шкалы Мооса, поцарапать алмаз возможно только используя другой такой же камень. То есть, реакция на механическое воздействие другим материалом равна нулю.

Шёлк паука Дарвина

Фантастическое вещество, продуцируемое членистоногим Caerostris darwini, поражает воображение. Не зря ученые признали сеть паука самым твердым материалом на Земле из разряда биологических.

Правда, лидер недолго оставался таковым, но об этом позже. Специальные исследования показали высокую сопротивляемость волокна деформациям, ударам, растяжениям и сжатиям.

И это при том, что оно практически невесомое.

Благодаря методу модулирования, ученые предположили следующее. Чтобы шелком паука можно было обернуть Землю, потребуется всего лишь 500 граммов. Но такой сети в природе пока нет.

Аэрографит

Чтобы понять, насколько легка эта синтетическая пена, нужно взять в руку пенопласт. Так вот аэрографит весит в 75 раз меньше, но при этом в несколько раз прочнее. Кроме того, благодаря входящим в состав углеродным трубочкам, этот материал сжимается, уменьшаясь в соответствии с изначальным размером в 30 раз.

Высокая эластичность позволяет проводить такие манипуляции без потери основополагающих качеств. Учитывая эти особенности, ученые установили, что аэрографит с легкостью выдержит нагрузку, которая превысит вес материала в 40 тысяч раз.

Палладиевое микролегированное стекло

Вопреки стереотипам, стекло не всегда хрупкое и бьющееся. Благодаря группе ученых из Калифорнийского института, был разработан инновационный материал, который сочетает в себе мягкость и прочность. Секрет изобретения заключается в том, что кристаллическая структура позволила обойти свойства хрупкости стеклообразного вещества, при этом не снизив уровень выносливости.

Карбид вольфрама

Этот материал нельзя назвать абсолютно твердым, поскольку в некоторых случаях он подвержен разрушению. Однако в условиях больших нагрузок начинают проявляться мягкие свойства, которые обусловлены специальными полосами скольжения. В современном мире эта разработка успешно используется в строительстве, а точнее при изготовлении инструментов для сверления и бурения.

Карбид кремния

Химическое соединение вовсю применяют в военной технике. Благодаря повышенной тугоплавкости, оно участвует в изготовлении брони. А ввиду низкой стоимости материал используют в боевых танках. Кроме того, карбид кремния востребован в ювелирной сфере, а точнее для производства камней, которые имитируют алмазы.

Полиэтилен марки Dyneema

Еще один волшебный состав, поражающий набором полезных свойств. Износостойкий, он хвалится низким коэффициентом трения, а также показывает надежность в условиях критических температур. В своей группе этот высокомолекулярный полиэтилен считается самым прочным среди других волокнистых веществ.

Почему бьет током от всего

Ученые создали материал, который в несколько раз легче воды, однако способен отражать даже пули. Используют в судостроении. Из него изготавливают тросы, которые долгое время не требуют замены и не тонут в воде.

Кубический нитрид бора

По своим характеристикам этот материал схож с алмазом. По показателю твердости они идентичны. Но нитрид бора обладает дополнительными преимуществами. Так, в отличие от драгоценного камня, он устойчив к критически высоким температурам, не вступает в химические реакции ни с железом, ни с никелем. Благодаря этим характеристикам материал выгоден при производстве шлифовальных инструментов.

Титановые сплавы

Свойства титана известны каждому. А вот химические сплавы из этого материала демонстрируют сохранение феноменальной прочности даже в условиях сильного растяжения. Кроме того, полученный сплав обладает жаропрочностью и антикоррозийными характеристиками. Сфера применения материала обширна: авиа и ракетостроение, транспорт и много другое.

Аморфные сплавы

Получаются эти металлы в результате сверхбыстрого охлаждения, благодаря чему минуется процесс кристаллизации. Таким образом, металл становится твердым, однако сохраняет структуру, которая характерна для расплавленного состояния.

Чаще всего аморфные сплавы выпускаются в виде листов, проволок либо же порошка. Вышеуказанная особенность обусловила характерные свойства: устойчивость к коррозии, твердость и прочность. Сплавы используют в электротехнике при изготовлении трансформаторов.

Наноцеллюлоза

Ученые вывели этот материал из древесного волокна. И это тот случай, когда самое прочное дерево даст фору стали. Впрочем, первое еще и намного дешевле. Вообще, наноцеллюлозу называют главным конкурентом стекла и углеродного волокна. Разработчики уверены, что это материал будущего, который будет активно применяться при изготовлении брони и даже биотоплива.

Зубы моллюсков

Еще одно биологическое вещество, которое совсем недавно «заметили» ученые. И, проведя исследования, поняли, что в природе есть что-то, превышающее по показателям прочности упомянутые вначале сети паука Дарвина.

Секрет успеха зубов моллюска, считают ученые, заключается в особенностях питания. Ведь эти морские существа для того, чтобы отделить водоросли от скал, вынуждены изрядно потрудиться.

Генетическую обусловленность прочности вещества в будущем планируют использовать в машиностроительной промышленности.

Мартенситностареющая сталь

Еще один сплав, который отличается повышенной прочностью, а также низкой вязкостью и превосходной пластичностью. Получил широкое распространении в ракетных установках, а также при изготовлении строительных инструментов.

Осмий

С этим материал достаточно сложно работать, ведь даже при высокой температуре, он практически не плавится.

Механическая обработка тяжела и трудоемка, поэтому детали из осмия чаще всего изготавливают там, где в первую очередь ценится долговечность. Несомненно, это самый твердый металл, который используют в медицинской области.

К примеру, в изготовлении хирургических имплантатов. Осмий применяется и в военных снарядах, ракетостроении.

Почему хочется спать после еды

Кевлар

Это пластик, температура плавления которого 450℃. Впрочем, не только это обусловило востребованность кевлара в различных областях. Его используют в тормозных колодках, при изготовлении защитной одежды и даже в беспилотниках. А все потому, что кевлар невероятно прочен и эластичен. К примеру, если сравнить его со стальным проводом, то последний отстает в этих показателях в 8 раз.

Полиэтилен высокой плотности марки Spectra

Еще одно химическое соединение, которое напоминает прочный пластик. Это волокно, отличающееся выдающейся износостойкостью. В сравнении со сталью, ученые отмечают десятикратное преимущество. Как и кеврал, Spectra успешно применяется в бронежилетах и другой защитной амуниции. Вместе с Dyneema, Спектра популярна в строительстве судов и автомобильной промышленности.

Графен

Беря за основу сравнения всю ту же сталь, легко подсчитать, что графен с одноатомной толщиной решетки, превышает по критерию прочности металл в 200 раз. Это модификация углерода, что собственно и обуславливает такие показатели.

Внешний вид графена схож с кулинарной пленкой, правда, в отличие от привычного для хозяек инструмента, порвать ее невозможно.

Чтобы представить наглядно необходимые усилия для деформации вещества, потребуется мощь грузовика, сосредоточенная на карандаше.

Группа ученых в Массачусетском технологическом институте в режиме реального времени проводит исследования, чтобы усовершенствовать графен.

Из того, чего уже удалось добиться – преобразование в трехмерную структуру из двумерной, что, конечно же, феноменально отразится на прочности.

Кроме того, это скажется и на весе, ведь эта характеристика сыграет большую роль в различных областях применения инновационного материала. Кстати, пока эту субстанцию никак не назвали.

Углеродные нанотрубки

Рвется как бумага, как бы ни так. Развитие нанотехнологий позволило ученым выделить вещество тоньше волоса в 50 000 раз. Из таких углеродных нанотрубок производят листы, вес которых намного меньше стали, однако прочность показывает превосходящие качества в 10 раз. Перспективное направление инновационного Buckypaper – изготовление электродов для суперкондесаторов.

Металлическая микрорешётка

Это самый легкий металл во Вселенной. Если взять тот же невесомый пенопласт, то он будет тяжелее этого пористого материала в 100 раз. Но обманчивый внешний вид не должен вводить в заблуждение, ведь по показателю прочности материал даст фору графиту.

Используют его в инженерных областях, при изготовлении тепловых изоляторов и амортизаторов. Еще одно качество металла – способность без потери полезных свойств сжиматься и возвращаться в исходное положение. Эту особенность успешно применяют для накопления энергии. Интересно, что металлические решетки взяли на вооружения инженеры компании Boeing для изготовления самолетов.

Самые яркие объекты ночного неба

Аэрографен

Этот материал сложно сравнивать по показателям легкости с пенопластом. Гораздо проще взять за основу воздух. Графеновый аэрогель легче в 7 раз.

Ученые заменили жидкую фазу на газообразную, при этом добились жаропрочности, твердости и очень низкой теплопроводности.

Все эти свойства обусловили способность аэрографена впитывать огромное количество масла, а также восстанавливаться после сжатия.

Если задуматься о применении таких полезных качеств, то есть предположение, что в будущем с помощью него получиться ликвидировать разливы нефти. Действительно, очень важная разработка, которая успешно снизит последствия экологических катастроф.

Карбин

Все гениальное – просто. Карбин является очередной линейной цепочкой атомов углерода. Но, такая кристаллическая структура обуславливает отличительные свойства вещества. Показатели жесткости поражают – в 3 раза выше, чем у твердого алмаза. А прочности позавидует графен, карбин обогнал его по этому показателю в 2 раза.

Вюрцит нитрид бора

Полезное открытие, которое не так просто применить на практике. А все потому, что это крепкое природное вещество образуется самостоятельно. И не где-нибудь, а в вулканических извержениях.

Ученым удалось исследовать образец и они заявили, что твердость вюрцита превышает алмаз на 18%. Конечно, это не единственное превосходное качество. Однако добыча такого вещества усложняется условиями, что неудивительно.

Поэтому пока о полезном применении в важных областях речи не ведется.

Лонсдейлит

А вот и второе природное вещество, которое трудно достать даже для исследований. Особенность лонсдейлита заключается в особом строении атомов. Если говорить химическим языком, то это вещество можно назвать алмазом гексагональным.

В отличие от своего предшественника, обнаруженного чуть ранее – вюрцита нитрид бора, лонсдейлит превосходит алмаз по твердости на 58%. К сожалению, встретить его в природе практически невозможно.

И если первая субстанция возникает при извержениях, то эта образуется при падении на Землю метеоритов.

В заключение

Легкие и прочные вещества  занимают особе место в разработках. Взять ту же военную сферу. Во времена Средневековья, чтобы защититься от врагов, рыцари надевали на себя тяжелые и громоздкие доспехи. Все это сказывалось на их действиях, сильно сковывая движения. Сегодня броня представляется собой тонкую нательную одежду, незаметную и ничем не мешающую бойцу.

Говоря о разработках, призванных повышать прочность, нельзя обойти и медицинскую тему. Изготовление имплантатов существенно улучшает качество жизни инвалидов. Авиа, ракетно и судостроение – все это обуславливает мощь государства.

Современные технологии, позволяющие повышать качество конструкций за счет использования инновационных материалов, играют большую роль.

Благодаря усилиям ученых, все, что казалось ранее невозможным и фантастичным, сегодня становится реальностью.

в тему

Стоит поделиться!

Источник: https://udipedia.net/samye-krepkie-i-prochnye-materialy-v-mire/

Самый прочный материал в мире – Карбин

Самые лёгкие и прочные материалы на Земле. Самый легкий материал в мире Самые прочные материалы в мире

Под определением прочность подразумевается способность материалов не поддаваться разрушению в результате воздействия внешних сил и факторов, приводящих к внутреннему напряжению.

У материалов, обладающих высокой прочностью, широкая область применения. В природе существую не только твердые металлы и прочные породы древесины, но и искусственно созданные высокопрочные материалы.

Многие люди уверены в том, что самый прочный материал в мире – это алмаз, но так ли это в действительности?

Общая информация:

  • Дата открытия – начало 60-х годов;
  • Первооткрыватели – Сладков, Кудрявцев, Коршак, Касаткин;
  • Плотность – 1,9-2 г/см3.

В недавнем времени научные сотрудники из Австрии завершили работу по налаживанию устойчивого изготовления карбина, являющегося аллотропной формой углерода на основе sp-гибридизации углеродных атомов. Показатели его прочности в 40 раз превзошли показатели алмаза. Информация об этом была размещена в одном из номеров научного печатного периодического издания “Nature Materials”.

Строение карбина

После тщательного изучения его свойств, ученые пояснили, что по прочности он не сравнится ни с одним ранее открытым и изученным материалом. Тем не менее в процессе производства возникли значительные трудности: структура карбина образована из атомов углерода, собранных в длинные цепочки, в результате чего он начинает разрушаться в процессе изготовления.

Для устранения выявленной загвоздки, физики из общественного университета в Вене создали специальное защитное покрытие, в котором и синтезировался карбин.

В качестве защитного покрытия использовались слои графена, положенные друг на друга и свернутые в «термос».

Пока физики прилагали все усилия для достижения стабильных форм, они выяснили, на электрические свойства материала влияет протяженность атомной цепочки.

Извлекать карбин из защитного покрытия без повреждений исследователи так и не научились, поэтому изучение нового материала продолжается, руководствуются ученые только лишь относительной устойчивостью атомных цепочек.

Карбин

Карбин – малоизученная аллотропная модификация углерода, первооткрывателями которой стали советские ученые-химики: А.М.Сладков, Ю.П.Кудрявцев, В.В.Коршак и В.И.Касаточкин.

Информация о результате проведения опыта с подробным описанием открытия материала в 1967 году появилась на страницах одного из крупнейших научных журналов – «Доклады академии наук СССР». Спустя 15 лет в американском научном журнале «Science» появилась статья, поставившая под сомнение результаты, которые получили советские химики.

Выяснилось, что присвоенные малоизученной аллотропной модификации углерода сигналы могли быть связаны с присутствием примесей силикатов. С годами подобные сигналы обнаружили в межзвездном пространстве.

Общая информация:

  • Первооткрыватели – Гейм, Новоселов;
  • Кристаллическая структура – гексагональная решетка;
  • Теплопроводность – 1 ТПа.

Графен представляет собой двумерную аллотропную модификацию углерода, в которой атомы объединены в гексагональную решетку. Несмотря на высокую прочность графена, толщина его слоя составляет 1 атом.

Первооткрывателями материала стали русские физики, Андрей Гейм и Константин Новоселов. В своей стране ученые не заручились финансовой поддержкой и приняли решение о переезде в Нидерланды и Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии. В 2010 году ученым присудили Нобелевскую премию.

Графен

На листе графена, площадь которого равняется одному квадратному метру, а толщина – одному атому, свободно держатся предметы массой до четырех килограмм. Помимо того, что графен высокопрочный материал, он еще и очень гибкий.

Из материала с такими характеристиками в будущем можно будет плести нити и другие веревочные структуры, не уступающие в прочности толстому стальному канату.

При определенных условиях материал, открытый русскими физиками, может справляться с повреждениями в кристаллической структуре.

Вюрцитный нитрид бора

Общая информация о нитриде бора:

  • Плотность – 2,18 г/см3;
  • Температура плавления – 2973 градуса по Цельсию;
  • Кристаллическая структура – гексагональная решетка;
  • Теплопроводность – 400 Вт/(м×К);
  • Твердость – меньше 10 единиц по шкале Мооса.

Вюрцитный нитрид бора

Основные отличия вюрцитного нитрида бора, представляющего собой соединение бора с азотом, заключаются в термической и химической стойкости и огнеупорности. Материал может быть разной кристаллической формы.

К примеру, графитная самая мягкая, но при этом стабильная, именно она используется в косметологии. Сфалеритная структура в кристаллической решетке подобна алмазам, но уступает по показателям мягкости, обладая при этом лучшей химической и термической стойкостью.

Такие свойства вюрцитного нитрида бора позволяют использовать его в оборудовании для высокотемпературных процессов.

Общая информация:

  • Твердость – 1000 Гн/м2;
  • Прочность – 4 Гн/м2;
  • Год открытия металлического стекла – 1960.

Аморфные металлы

Металлическое стекло – материал с высоким показателем твердости, неупорядоченной структурой на атомарном уровне. Основное отличие структуры металлического стекла от обычного – высокая электропроводность.

Получают такие материалы в результате твердотельной реакции, быстрого охлаждения или ионного облучения.

Ученые научились изобретать аморфные металлы, показатели прочности которых в 3 раза больше, чем у стальных сплавов.

Мартенситно-стареющая сталь

Общая информация:

  • Ударная вязкость КСТ – 0,25-0,3 МДж/м2;
  • Предел упругости – 1500 Мпа;
  • KCU – 0,4-0,6 МДж/м2.

Мартенситно-стареющая сталь

Общая информация:

  • Ударная вязкость КСТ – 0,25-0,3 МДж/м2;
  • Предел упругости – 1500 Мпа;
  • KCU – 0,4-0,6 МДж/м2.

Мартенситно-стареющие стали – сплавы железа, обладающие высокой прочностью при ударах, при этом не теряющие тягучести. Несмотря на такие характеристики, материал не держит режущую кромку. Полученные путем термообработки сплавы – это низкоуглеродистые вещества, берущие прочность от интерметаллидов.

В состав сплава входит никель, кобальт и другие карбидообразующие элементы. Данная разновидность высокопрочной, высоколегированной стали легко поддается обработке, связано это с небольшим содержанием в ее составе углерода.

Материал с такими характеристиками нашел применение в аэрокосмической области, его используют в качестве покрытия ракетных корпусов.

Углерод-углеродные композиционные материалы

Общая информация:

  • Плотность – 1,3-2,1 т/м3;
  • Прочность углеродного волокна – 0,5-1 ГПа;
  • Модуль упругости углеродного высокопрочного волокна – 215 Гпа.

Углерод-углеродные композиционные материалы

Углерод-углеродные композиты – материалы, которые состоят из углеродной матрицы, а она в свою очередь армирована углеродными волокнами.

Основные характеристики композитов – высокая прочность, гибкость и ударная вязкость. Структура композиционных материалов может быть как однонаправленной, так и трехмерной.

Благодаря таким качествам композиты широко используются в различных областях, включая и аэрокосмическую отрасль.

Паутина паука Дарвина

Общая информация:

  • Официальный год открытия паука – 2010;

Ударная вязкость паутины – 350 МДж/м3.

Паутина паука Дарвина

Впервые паука, плетущего сети огромных размеров, обнаружили неподалеку от Африки, на островном государстве Мадагаскар. Официально этот вид пауков открыли в 2010 году.

Ученых, прежде всего, заинтересовали паутины, сплетенные членистоногим. Диаметр кругов на несущей нити может доходить до двух метров.

Показатели прочности паутины Дарвина превышают показатели прочности синтетического кевлара, используемого в авиационной и автомобильной промышленности.

Убийцы пластика: 10 материалов будущего

Самые лёгкие и прочные материалы на Земле. Самый легкий материал в мире Самые прочные материалы в мире

применение

Для супертонких гаджетов

С момента открытия графена было принято считать, что именно он изменит электронные технологии ближайшего будущего. Это подтверждалось огромным количеством патентных заявок на право его использования, поданных технологическими компаниями.

Однако в 2012 году в Германии синтезировали похожий, но более перспективный материал — силицен. Графен — это слой толщиной с атом углерода. Силицен — такой же слой из атомов кремния. Многие свойства у них схожи.

Силицен тоже обладает отличной проводимостью, что гарантирует повышение производительности при меньших теплозатратах. Однако
у силицена есть ряд неоспоримых преимуществ. Во-первых, он превосходит графен по структурной гибкости, его атомы могут выпирать из плоскости, что увеличивает спектр его применения.

Во-вторых, он полностью совместим с уже существующей электроникой, в основе которой — кремний. Это означает, что на его внедрение потребуется намного меньше времени и денег.

Лидером производства строительных, отделочных и упаковочных материалов из грибов является молодая компания Ecovative, основатели которой нашли золотую жилу в мицелии — вегетативном теле гриба. Выяснилось, что он обладает прекрасными цементирующими качествами.

Ребята из Ecovative смешивают его с кукурузной и овсяной шелухой, придают смеси необходимую форму и выдерживают её в темноте несколько дней. За это время грибной питательный орган перерабатывает пищу и связывает смесь в гомогенную массу, которую затем для прочности обжигают в печи.

В результате этих нехитрых манипуляций получается лёгкий, прочный, огне- и влагостойкий экологичный материал, внешне напоминающий пенопласт. На основе этой технологии в Ecovative сейчас разрабатывают материал для бамперов, дверей и приборных панелей автомобилей Ford.

Кроме того, они наладили производство небольших домов Mushroom Tiny House, полностью созданных на основе мицелия.    

Материалы из грибов

применение

Для экологичного строительства и производства мебели

Аэрогель

применение

Для теплоизоляции

Обычный гель состоит из жидкости, которой трёхмерный полимерный каркас сообщает механические свойства твёрдых тел: отсутствие текучести, способность сохранять форму, пластичность и упругость. В аэрогеле жидкость после высушивания материала до критической температуры заменяется газом.

Получается вещество с удивительными свойствами: рекордно низкой плотностью и теплопроводностью. Так, аэрогель на основе графена — самый лёгкий материал в мире. Несмотря на то что 98,2% его объёма составляет воздух, материал обладает огромной прочностью и выдерживает нагрузку в 2 000 раз больше собственного веса.

Аэрогель чуть ли не лучший на сегодня теплоизолятор, применяемый как в скафандрах NASA, так и в куртках для альпинистов толщиной всего 4 мм. Ещё одно его удивительное свойство — способность абсорбировать вещества в 900 раз больше собственного веса. Всего 3,5 кг аэрогеля могут абсорбировать тонну разлившейся нефти.

Благодаря его эластичности и термической стойкости абсорбированная жидкость может быть выдавлена, как из губки, а остаток просто выжжен или удален испарением.

Феррофлюид — это жидкий материал, способный изменять свою форму под воздействием магнитного поля. Этому свойству он обязан тем, что в нём содержатся микрочастицы магнетита или других железосодержащих минералов. Когда к ним подносят магнит, они притягиваются к нему и толкают вместе с собой молекулы жидкости.

Феррофлюид, вероятно, — самый доступный из всех представленных материалов: его можно купить в интернете или даже сделать самостоятельно. Феррофлюиды по теплоёмкости и теплопроводности превосходят все смазочно-охлаждающие материалы.

Сейчас их используют в качестве жидких уплотнителей вокруг вращающихся осей жёстких дисков и в качестве рабочей жидкости в поршнях гидравлической подвески. В ближайшем будущем NASA планирует использовать их в зеркалах телескопов для того, чтобы те умели подстраиваться под атмосферные турбулентности.

Плюс магнитные жидкости должны пригодиться при лечении рака. Их можно смешивать с противоопухолевыми препаратами и с помощью магнита точно вводить лекарство в поражённый участок, не вредя окружающим клеткам.  

Жидкий металл

применение

Для лечения рака

Самовосстанавливающиеся материалы

применение

Для долгой жизни вещей

Самовосстанавливающиеся материалы изобретают в различных областях: строительстве, медицине, электронике. Среди самых интересных разработок — защищённый от физических повреждений компьютер. Инженер Нэнси Соттос придумала снабжать провода микроскопическими капсулами с жидким металлом.

При разрыве капсула разбивается и заполняет трещину за секунды. Микробиолог Хэнк Джонкерс похожим способом продлевает срок службы дорог и зданий, подмешивая в цемент споры бактерий и питательные вещества для них.

Как только в цементе появляется трещина и в неё попадает вода, бактерии пробуждаются ото сна и начинают перерабатывать корм в прочный карбонат кальция, который заполняет трещины. Новшество затронуло и текстильную промышленность.

Американский учёный Марек Урбан создал прочный материал, который может самостоятельно заделывать полученные повреждения. Для этого на ткань необходимо направить концентрированный луч ультрафиолета.     

В ближайшем будущем материя сможет изменять свою форму, плотность, структуру и другие физические свойства программируемым образом. Для этого необходимо создание материала, которому присуща способность обработки информации.

На практике это будет выглядеть так: столик из IKEA будет собираться сам, как только его достанут из коробки, а вилка при необходимости будет легко превращаться в ложку. Уже сейчас в MIT создают предметы, которые могут менять форму.

Для этого сверхтонкие электронные платы соединяются с запоминающими форму сплавами — металлами, меняющими конфигурацию под воздействием тепла или магнитного поля. Платы выделяют тепло в заданных точках, в результате чего объект собирается в задуманную учёными структуру.

Так, из плоских металлических листов удалось собрать робота-насекомое. Важным направлением программируемой материи является клэйтроника, занимающаяся разработкой нанороботов, которые могут вступать в контакт друг с другом и создавать 3-D объекты, с которыми может взаимодействовать пользователь.

Клэйтроника сможет предложить реалистичное чувство связности на больших расстояниях, называемое «парио». Благодаря ему можно будет услышать, увидеть и потрогать нечто, расположенное на другом конце света.

Клэйтроника

применение

Для производства вещей, способных
менять форму по требованию

Бактериальная целлюлоза

применение

Для экологичного производства одежды 

Сьюзан Ли основала компанию BioCouture в 2003 году для того, чтобы продвигать идеи биодизайна в мире моды. Она научилась выращивать ткани для производства одежды в своей собственной ванной, имея под рукой только дрожжи, бактерии и подслащенный зелёный чай.

Если весь этот компот оставить бродить на несколько недель, получается бактериальная целлюлоза — прочный материал, который напоминает полупрозрачную кожу. Пока материал влажный, ему можно придать любую трёхмерную форму.

Чтобы вещи не напоминали по цвету чайный гриб, Сьюзан добавляет в него натуральные красители, например индиго, обладающий противомикробными свойствами. Главный плюс такой одежды в том, что материал для её изготовления можно брать из отходов предприятий пищевой промышленности.

Бактериальная целлюлоза может пригодиться не только в производстве биоодежды, её также планируют использовать для создания кровеносных сосудов и замены костной ткани, а сейчас используют для заживления ран.   

Исследовательница Марин Савва сумела создать настольный биореактор для производства вегетарианской еды. Этот 3D-биопринтер использует различные питательные вещества, содержащиеся в микроводорослях, в качестве «чернил». Устройство получило название Algaerium, от слова algae, что означает «водоросль».

В основе «домашней пищевой фермы» лежит принцип струйной печати. Устройство позволяет комбинировать питательные вещества, содержащиеся в различных видах микроводорослей, и создавать продукты питания в зависимости от потребности человека.

Микроводоросли Chlorella, Spirulina и Haematococcus — это не просто еда, а богатые витаминами и минералами «суперфуды», которые могут обеспечить полноценный здоровый рацион питания. Мясо из домашних биореакторов тоже уже на подходе.

Процесс производства мяса в пробирке включает в себя получение мышечных клеток животных и применение белка, который позволяет клеткам вырастать в большие куски мяса.

Для этого биологическая матрица коллагена засеивается мышечными клетками, которые затем заливаются питательным раствором, что вынуждает их размножаться. А в августе 2013 года был представлен первый гамбургер, содержащий 140 граммов искусственно культивированного мяса. Говорят, не очень вкусного.  

Суперфуд из биопринтера

применение

Для производства полезной
пищи на дому

Метаматериал

применение

Для производства вещей-невидимок

Свойства метаматериалов обусловлены искусственно созданной структурой, которую они воспроизводят. Разработчики метаматериалов при их синтезировании имеют возможность выбора размера структур, их формы и других параметров, в результате чего можно получить характеристики, не встречающиеся в природе.

В 2000 году исследователь Дэвид Смит  изготовил метаматериал с отрицательным показателем преломления. Поведение света в нём оказалось настолько странным, что теоретикам пришлось переписать книги по электромагнитным свойствам веществ.

Сейчас экспериментаторы используют свойства метаматериалов для создания суперлинзы, позволяющей получать изображения с деталями меньше длины волны используемого света. С их помощью можно было бы делать микросхемы с наноскопическими элементами и записывать на оптические диски огромные объёмы информации.

Метаматериалы обладают отрицательным показателем преломления, поэтому они идеальны для маскировки объектов. Наноструктуры, придающие материалу отрицательный коэффициент преломления, искривляют световые волны, пустив их по контуру предмета, что делает его невидимым.

Учёным удалось воплотить принцип в реальность, правда, успехи пока ограничиваются микроволновым диапазоном.

Каменную бумагу придумала компания Ogami. Внешне она мало чем отличается от обычной. Вместо дерева и полимеров её производят из нетоксичной смолы и карбоната кальция, который встречается в природе в виде минералов — кальцита, известняка, мрамора.

Эти компоненты легко получить из каменных карьеров и даже отходов строительства. Для производства бумаги минерал измельчают до состояния порошка.

Производственный процесс не требует расхода воды, применения хлора, кислот и нефтяных продуктов, которые и делают отходы традиционного бумажно-целлюлозного производства ядовитыми. Хотя по фактуре каменная бумага почти ничем не отличается от древесной, у неё есть ряд замечательных дополнительных свойств.

Она не боится воды, её сложнее порвать. Её можно многократно использовать, так как стирая написанное, вы не ухудшаете её структуру. На каменной бумаге уже была напечатана первая книга — «Little Pig Looks for Rain» на тайваньском. 

Бумага из камня

применение

Для экологичного производства бумаги

  Matthew Boerjan

Источник: https://www.the-village.ru/village/business/newprof/152443-materialy-buduschego

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.