Крепче алмаза: 6 самых прочных материалов на Земле

Углерод — один из самых удивительных элементов в природе. Легчайший элемент, насчитывающий всего шесть протонов, способен формировать огромное множество комплексных связей. Например, кристаллические решетки алмазов, которые считаются одним из самых прочных материалов на земле. Но существуют и более прочные элементы — журнал Forbes рассказал о шести из них.

Вюртцитный нитрид бора

Кристаллы можно создавать не только на базе углерода: за основу можно взять и некоторые другие соединения. Например, нитрид бора, состоящий из пятого и седьмого элементов периодической таблицы. Он может быть аморфным, кубическим, гексагональным — или вюртцитным. Последняя форма является крайне редкой, и при этом крайне прочной: согласно последним симуляциям, она на 18% тверже алмаза. Правда, нюанс в том, что вюртцитный нитрид бора формируется во время вулканических извержений: из-за этого специалисты находили в природе очень маленькие объемы вещества.

Лонсдейлит

Представьте метеор себе метеор, полный углерода и графита, который пролетает через атмосферу нашей планеты и сталкивается с Землей. После этих слов на ум приходит пылающий огненный шар, но, на самом деле, нагревается только внешний слой метеора: его внутренности остаются прохладными на протяжении большей части полета. Но при столкновении давление внутри метеора спрессовывает графит в кристаллическую структуру. Результатом этой реакции становится лонсдейлит: материал с гексагональной решеткой на 58% прочнее алмаза. Реальные образцы лонсдейлита содержат в себе достаточно примесей, чтобы быть мягче алмазов, но если на землю вдруг попадет метеорит из чистого графита, то итоговый материал будет крепче любого земного аналога.

© Wikipedia

Дайнема

Дайнема — термопластический полимер полиэтилена, который отличается невероятно высоким молекулярным весом. Большинство молекул, известных науке, состоят из цепочек атомов весом в несколько тысяч атомных единиц. Однако сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности образует длинные цепочки атомов, которые весят миллионы единиц. Кроме того, благодаря длинным цепочкам полимеров дайнема является крайне прочным материалом. Если точнее, самым прочным термопластиком на сегодняшний день.

Палладиевое стекло

Каждый физический материал обладает двумя свойствами — прочностью и гибкостью. Первая определяет, какую силу может выдержать материал, прежде чем подвергнуться деформации. Вторая — какой объем энергии нужно потратить, чтобы сломать или расколоть его. Большинство керамических материалов прочные, но не слишком гибкие. Резина и другие эластичные вещества, напротив, поразительно гибкие, но совсем не прочные.

Многие стеклянные материалы достаточно хрупкие: они имеют высокую прочность, но низкую гибкость. Даже ударопрочное стекло, вроде Pyrex или Gorilla Glass, не хватает звезд с неба. Однако в 2011 году ученые создали новое металлическое стекло, состоящее из пяти элементов: фосфора, кремния, германия, серебра и палладия. Последний создает борозды для полос сдвига, что позволяет стеклу деформироваться, но не раскалываться.

Углеродные нанотрубки

Еще в конце XX века ученые знали о существовании невероятно прочной формы углерода — т.н. углеродных нанотрубок. При связке молекул углерода в гексагональную сетку складывается цилиндрическая структура, которая является самым прочным конструктом, известным человечеству. Диаметр каждой трубки составляет всего 2-4 нанометра, но каждая из них отличается великолепной прочностью и гибкостью. Для контекста, материал из углеродных нанотрубок может весть в 10 раз меньше стали, но при этом быть в сотни раз прочнее.

Графен

Наконец, графен можно назвать одним из самых революционных материалов, изобретенных в XXI веке. Он является базовым структурным элементом углеродных нанотрубок, и сейчас инженеры постоянно находят новые области для его применения. Если рассматривать соотношение толщины (один атом) и прочности, то графен находится вне конкуренции.