Kergeim ja tugevaim metall. Kõige vastupidavam sulam. Avab kes ja millal
Titani avastasid 18. sajandi lõpus sõltumatud teadlased Inglismaalt ja Saksamaalt. Elementide perioodilisuse tabelis D.I. Mendelejev asus 4. rühmas aatomnumbriga 22. Üsna pikka aega ei näinud teadlased titaanis väljavaateid, kuna see oli väga habras. Kuid 1925. aastal suutsid Hollandi teadlased I. de Boer ja A. Van Arkel saada laboris puhast titaani, millest sai tõeline läbimurre kõigis tööstusharudes.
Titaani omadused
Puhas titaan osutus uskumatult tehnoloogiliseks. Sellel on plastilisus, madal tihedus, kõrge eritugevus, korrosioonikindlus, samuti tugevus kõrgete temperatuuridega kokkupuutel. Titaan on kaks korda tugevam kui teras ja kuus korda tugevam. Titaan on ülihelikiirusega lennunduses asendamatu. 20 km kõrgusel arendab see ju kiirust, mis ületab kolm korda helikiiruse. Sel juhul soojeneb lennuki kere temperatuur kuni 300°C. Sellistes tingimustes taluvad ainult titaanisulamid.
Titaanlaastud on tuleoht ja titaanitolm võib üldiselt plahvatada. Plahvatuse ajal võib leekpunkt ulatuda 400°C-ni.
Kõige vastupidavam planeedil
Titaan on nii kerge ja tugev, et selle sulameid kasutatakse lennukikerede ja allveelaevad, soomus- ja tankiraudrüüd ning neid kasutatakse ka tuumatehnoloogias. Selle metalli teine märkimisväärne omadus on selle passiivne toime eluskudedele. Sellest valmistatakse ainult osteoproteese. Poolvääriskivid ja ehted on valmistatud mõnest titaaniühendist.
Ka keemiatööstus pole titaani tähelepanuta jätnud. Paljudes agressiivsetes keskkondades metall ei korrodeeru. Titaandioksiidi kasutatakse valge värvi valmistamiseks, plasti ja paberi tootmisel ning toidulisandina E171.
Metalli kõvaduse skaalal on titaan plaatinametallide ja volframi järel teisel kohal.
Jaotus ja varud
Titaan on üsna tavaline metall. Selle näitaja järgi on see kümnendal kohal. Maakoor sisaldab umbes 0,57% titaani. Praegu teavad teadlased üle saja mineraali, mis sisaldavad metalli. Selle maardlad on hajutatud peaaegu üle kogu maailma. Titaani kaevandatakse Hiinas, Lõuna-Aafrikas, Venemaal, Ukrainas, Indias ja Jaapanis.
Edusammud
Teadlased on juba mitu aastat uurinud uut metalli, mida nimetati vedelaks metalliks. See leiutis väidetavalt on uus, kõige vastupidavam metall planeedil. Kuid seda pole veel tahkel kujul saadud.
Kui räägitakse sõna "metall", siis ilmselt igaüks kujutab oma ettekujutuses kõva, vastupidavat ja ülitugevat raudplekki, mida ei saa lihtsalt painutada ega katki teha. Metallid on aga väga erinevad. Ja kui teil on küsimus, milline metall on maailma tugevaim, siis anname teile usaldusväärse vastuse ja räägime teile sellisest metallist. See on hõbevalge materjal, mida nimetatakse titaaniks.
Kes ja millal avab?
Selle metalli avastamisega töötasid korraga kaks teadlast – inglane W. Gregory ja sakslane M. Klaptor. Nad avastasid selle elemendi XVIII sajandi lõpus, kuid kuueaastase intervalliga. Perioodilises tabelis ilmus titaan kahekümne teise seerianumbri all vahetult pärast seda, kui teadlased metalli avastasid. Kuid selle suure hapruse tõttu ei kasutatud titaani pikka aega. Ja 1925. aastal Hollandi füüsikud tegid tõelise avastuse, eraldades puhtaima titaani, mis ühendab endas palju eeliseid. Metalli on eristanud kõrge valmistatavus, suurepärane eritugevus, korrosioonikindlus ja uskumatu tugevus kõrgetel temperatuuridel.
Titaani peamised omadused
Maailma tugevaim metall, mille teadlased lõid 1925. aastal, on uskumatult plastiline, mis võimaldab sellest luua lehti, vardaid, teipi, torusid, traati ja fooliumi. Kõvaduse poolest on titaan neli korda kõvem kui raud ja vask ning ka selle parameetri poolest on titaan alumiiniumist kaksteist korda tugevam. Titaanist tooted säilitavad oma tugevuse ka kõrge temperatuuriga kokkupuutel. Titaanosad võivad ülisuure koormuse mõjul pikka aega töötada.
Samuti on Maa tugevaimal metallil suurepärased korrosioonivastased omadused. Näiteks merevette pandud titaanplaat ei puutunud kümne aasta jooksul roostega kokku. Elektri- ja raadioelektroonikainseneridel on selle metalli vastu suurenenud huvi – ja seda kõike seetõttu, et maailma tugevaimal metallil on märkimisväärne elektritakistus ja seda eristavad mittemagnetilised omadused.
Miks nimetatakse seda metalli "titaaniks"?
Selle nime päritolu kohta on kaks versiooni. Neist ühe järgi arvatakse, et hõbevalge metall sai nime haldjakuninganna Titania järgi, kes on tuntud saksa mütoloogiast. Ja kõik sellepärast, et materjal on lisaks suurele tugevusele ka uskumatult kerge. Teise versiooni järgi on metall oma nime saanud jumalanna Gaia võimsate laste – titaanide – järgi. Raske on hinnata, milline neist versioonidest on usutavam, kuid võib märkida, et igaüks neist on tähelepanuväärne ja sellel on koht, kus olla.
Titaani pealekandmine
Hõbeda metalli kasutamine on üsna laialt levinud. Seda kasutatakse sõjatööstuses (rakettide, soomuste ehitamine lennukid, allveelaevade kered jne), meditsiin (proteesimine), autotööstus, põllumajandustööstus, tootmine Mobiiltelefonid ja ehete tootmine.
Veelgi kergem ja vastupidavam
Üsna hiljuti rääkisid California teadlased maailmale, et nad on avastanud kõige kergema ja tugevaima metalli. See on vedel metall, mis saadakse grafeenoksiidi ja lüofiliseeritud süsiniku segust. Vedel metall on juba saanud ekspertidelt kõrgeid hinnanguid ning on end tõestanud ideaalse valu- ja roostevaba materjalina.
Uus metall on nii kerge, et lille kroonlehed hoiavad seda kergesti kinni. Nagu teate, eristub grafeen mitte ainult kerguse ja suure tugevuse, vaid ka suurepärase painduvuse poolest. Seetõttu arendavad teadlased täna arenguid ülikergete materjalide loomise suunas ja võib-olla ilmub lähitulevikus inimkonna ette veelgi ainulaadsemaid materjale.
Täna vaatleme maailma tugevamaid metalle ja arutame nende omadusi. Ja titaan avab "tugevuse reitingu".
Pole just kõige vastupidavam?
Metalli nimi tuleneb oletatavasti Vana-Kreeka kangelase Titani nimest. Seetõttu seostame seda metalli hävimatusega. Paljud peavad titaani maailma tugevaimaks metalliks. Tegelikkuses pole see aga kaugeltki nii.
Puhas titaan saadi esmakordselt 1925. aastal. Peal uus materjaläratas kohe tähelepanu mitmete omaduste tõttu. Titaani on hakatud tööstussektoris väga aktiivselt kasutama.
Täna on titaan nende seas 10. kohal looduslikud metallid levimuse järgi. Maakoores on umbes 700 miljonit tonni. See tähendab, et praegusest toorainest jätkub veel 150 aastaks.
Titaanil on suurepärased omadused. See on kerge ja vastupidav metall, mis on korrosioonikindel. Seda saab kergesti kuumtöödelda ja sellel on lai valik rakendusi. See suhtleb perioodilise tabeli teiste elementidega ainult kuumutamisel. Looduslikult leitud rutiili ja ilmeniidi maakides. Puhas titaan saadakse maagi paagutamisel klooriga.
See on võimeline vastu pidama tohututele koormustele. Metalli eristab kõrge tugevus ja löögikindlus. Seda kasutatakse valmistamisel Sõiduk, raketid ja isegi allveelaevad. Titaan talub survet isegi suurel sügavusel.
See on populaarne ka meditsiinitööstuses. Sellel põhinevad proteesid ei suhtle keha kudedega ega allu korrosioonile. Kuid aastatega hakkab see kuluma, mis sunnib proteesi uue vastu välja vahetama.
Uued arengud
2016. aastal leidsid teadlased viisi, kuidas titaani omadusi parandada ja veelgi vastupidavamaks muuta. Uurimistöö põhieesmärk on leida vastupidavam ja kehakudedega kokkusobiv materjal. Ja siis meenus kuld, mida on proteesides kasutatud juba aastaid.
Titaani ja kulla sulam osutus pärast mitmeid katseid leida komponentide ideaalne suhe uskumatult vastupidavaks. 4 korda tugevam kui teised tänapäeval proteesides kasutatavad metallid.
Tantaal
Üks tugevamaid metalle. Nime sai Vana-Kreeka jumala Tantaluse järgi, kes vihastas Zeusi ja pandi põrgusse. Sellel on sinaka varjundiga hõbevalge värvus. See on graniidi ja aluselise magma iseloomulik element. Seda kaevandatakse mineraalsest koltaanist, mille suurimad leiukohad asuvad Brasiilias ja Aafrikas.
See avati juba 1802. aastal. Siis peeti seda kolumbiumi sordiks, kuid hiljem tehti kindlaks, et need on kaks erinevat sarnaste omadustega metalli. Vaid 100 aastat hiljem oli võimalik saada puhast tantaali. Selle maksumus on täna üsna kõrge - 150 dollarit 1 kg metalli kohta.
Tantaal on üsna suure tihedusega tulekindel metall. Keemilisest seisukohast on see stabiilne, kuna ei lahustu lahjendatud hapetes. Pulbri kujul põleb tantaal õhu käes hästi. Kasutatakse elektrolüütkondensaatorite, küttekehade valmistamiseks vaakumahjudes. Tantaalkondensaatorid pikendavad kasutusiga elektroonilised süsteemid kuni 10-12 aastat. Tähelepanuväärne on, et isegi juveliirid on sellele kasutust leidnud – need asendavad plaatinat.
Metallide tugevuskatse näitas, et tantaali ja volframi sulamil on peaaegu sajaprotsendiline tugevus.
Osmium on väga...
Osmium on veel üks uskumatult tugev metall. See on kantud ka kõige haruldasemate ja kallimate nimekirja. Seda leidub maakoores väikestes kogustes. See on klassifitseeritud hajutatuks, see tähendab, et sellel ei ole oma maardlaid. Seetõttu kaasnevad selle kaevandamisega tohutud raskused.
Osmium kuulub plaatinametallide rühma. Selle maksumus on umbes 10 000 dollarit grammi kohta. Hinna poolest on see kunstliku California järel teine. See koosneb mitmest isotoobist, mida on uskumatult raske eraldada. Kõige populaarsem isotoop on osmium-187. Selle grammi hind ulatub kuni 200 000 dollarini!
Osmium on metallide tiheduse rekordi omanik. Peale selle ta on kõrgtugevast metallist. Osmiumi sisaldavad sulamid muutuvad korrosioonikindlaks ning muutuvad tugevamaks ja vastupidavamaks. Metallist kasutatakse ka puhtal kujul, näiteks tehakse kalleid täitesulepead, mis praktiliselt ei kulu ja kirjutavad aastaid.
Kroom
Kroom, koobalt ja volfram on teadusele tuntud alates 1913. aastast ning neid ühendab üldnimetus - stelliidid. Nad jäävad kõvaks isegi temperatuuril 600 kraadi Celsiuse järgi.
Seda metalli leidub peamiselt Maa sügavates kihtides. Seda leidub ka kivimeteoriitides, mida peetakse meie vahevöö analoogideks. Tööstusliku väärtusega on ainult kroomitud spinellid. Paljud kroomi sisaldavad mineraalid on täiesti kasutud. Puhtaim kroom saadakse kontsentreeritud kroomi elektrolüüsil vesilahused või kroomsulfaadi elektrolüüs.
Metall kombinatsioonis terasega suurendab oluliselt selle tugevust ja lisab ka vastupidavust oksüdatsioonile. See parandab terase omadusi, vähendamata selle elastsust.
Ruteenium
See kuulub plaatina rühma ja on klassifitseeritud väärismetalliks. Nende nimekirjast peetakse ruteeniumi aga kõige vähem õilsaks... Selle avastas teadlane Karl-Ernst Klaus 1844. aastal. Tähelepanuväärne on see, et professor nuusutas ja maitses pidevalt oma uurimistöö tulemusi. Kord sai ta isegi põletushaavu suus, kui maitses üht enda avastatud ruteeniumiühendit.
Selle maailma varud on täna umbes 5000 tonni. Ruteenium pikka aega uuritakse, kuid paljud selle omadused on siiani teadmata. Probleem on selles, et ruteeniumi täielikuks puhastamiseks pole veel leitud võimalust. Tooraine saastumine takistab selle omaduste uurimist. Arstid on aga kindlad, et metalli kasutamine igapäevaelus võib suurendada elanikkonna haigestumist. Seetõttu tekitas ruteenium-106 isotoobi vabanemine Uuralites ajakirjanduses sellist vastukaja. Lõppude lõpuks on ruteenium-106 radioaktiivsed omadused.
Samas ületas selle väärtus 2017. aastal ootamatult kõiki plaatinametalle.
Iriidium on tugevaim metall
Just iriidiumil on suurim tugevus. Jah, selle tihedus on madalam kui osmium, kuid sellel on kõrgeim tugevustegur. Seda nimetatakse ka kõige haruldasemaks metalliks, kuid tegelikult on astiini sisaldus maakoores veelgi väiksem.
Iriidiumi uuriti väga hoolikalt. 70 aastat hiljem on selle peamised omadused – uskumatu tugevus ja korrosioonikindlus – saanud tuntuks kogu maailmas. Tänapäeval kasutatakse seda paljudes tööstusharudes. Lõviosa metalli ekspluatatsioonid keemiatööstus. Ülejäänud osa jaotatakse paljude muude valdkondade, sealhulgas meditsiini ja ehete vahel. Iriidium koos plaatinaga loob kvaliteetseid ja väga vastupidavaid ehteid.
Lapsepõlvest peale teame, et tugevaim metall on teras. Me seostame sellega kõike raudset.
Raudmees, raudne leedi, terase iseloom. Kui me hääldame neid fraase, peame silmas uskumatut tugevust, tugevust, kõvadust.
Pikka aega oli teras tootmises ja relvastuses peamine materjal. Kuid teras ei ole metall. Täpsemalt pole see täiesti puhas metall. Seda süsinikuga, milles on muid metallilisandeid. Kasutades lisaaineid, nt. muuta selle omadusi. Pärast seda töödeldakse seda. Terase tootmine on terve teadus.
Tugevaim metall saadakse sobivate sulamite sisestamisel terasesse. See võib olla kroom, mis annab kuumakindluse, nikkel, mis muudab terase kõvaks ja elastseks jne.
Mõnes piirkonnas on teras hakanud alumiiniumi asendama. Aeg läks, kiirused kasvasid. Alumiinium ei pidanud ka vastu. Pidin pöörduma titaani poole.
Jah, jah, titaan on kõige tugevam metall. Terase kõrgeks andmiseks tugevusomadused Nad hakkasid sellele titaani lisama.
See avastati 18. sajandil. Hapruse tõttu oli seda võimatu kasutada. Aja jooksul, olles saanud puhta titaani, hakkasid insenerid ja disainerid huvitama selle kõrge eritugevuse, madala tiheduse, korrosioonikindluse ja kõrgete temperatuuride vastu. Selle füüsiline tugevus ületab mitu korda raua tugevuse.
Insenerid hakkasid terasele titaani lisama. Tulemuseks on kõige vastupidavam metall, mis on leidnud rakendust ülikõrge temperatuuriga keskkondades. Sel ajal ei pidanud neile vastu ükski teine sulam.
Kui kujutate ette lennukit lendamas kolm korda kiiremini, kui võite ette kujutada, kuidas kattemetall kuumeneb. Lehtmetall Lennuki nahk soojeneb sellistes tingimustes kuni +3000C.
Tänapäeval kasutatakse titaani piiramatult kõikides tootmisvaldkondades. Need on meditsiin, lennukite tootmine, laevade tootmine.
On selge, et titaan peab lähitulevikus liikuma.
USA teadlased avastasid Austinis asuva Texase ülikooli laborites Maa kõige õhema ja vastupidavama materjali. Nad nimetasid seda grafeeniks.
Kujutage ette plaati, mille paksus on võrdne ühe aatomi paksusega. Kuid selline plaat on tugevam kui teemant ja juhib elektrivoolu sada korda paremini kui ränist valmistatud arvutikiibid.
Grafeen on kahjulike omadustega materjal. See lahkub peagi laborist ja võtab õigusega oma koha universumi kõige vastupidavamate materjalide hulgas.
On isegi võimatu ette kujutada, et jalgpalliväljaku katmiseks piisaks mõnest grammist grafeenist. See on metall. Sellisest materjalist torusid saab paigaldada käsitsi, ilma tõste- ja transpordimehhanisme kasutamata.
Grafeen, nagu teemant, on puhtaim süsinik. Selle paindlikkus on hämmastav. See materjal paindub kergesti, voldib ideaalselt ja rullub ideaalselt.
Puuteekraanide tootjad on juba hakanud seda lähemalt uurima, päikesepaneelid, Mobiiltelefonid ja lõpuks ülikiired arvutikiibid.
Meid ümbritsev maailm on endiselt tulvil palju saladusi, kuid isegi teadlastele pikka aega tuntud nähtused ja ained ei lakka hämmastamast ja rõõmustamast. Imetleme erksaid värve, naudime maitseid ja kasutame kõikvõimalike ainete omadusi, mis muudavad meie elu mugavamaks, turvalisemaks ja nauditavamaks. Kõige töökindlamaid ja tugevamaid materjale otsides on inimene teinud palju põnevaid avastusi ning siin on valik vaid 25 sellisest ainulaadsest ühendist!
25. Teemandid
Kui mitte kõik, siis peaaegu kõik teavad seda kindlasti. Teemandid pole mitte ainult üks auväärsemaid vääriskive, vaid ka üks kõvemaid mineraale Maal. Mohsi skaalal (kõvadusskaala, mis hindab mineraali reaktsiooni kriimustamisele) on teemant loetletud real 10. Skaalal on kokku 10 positsiooni ja 10. on viimane ja raskeim aste. Teemandid on nii kõvad, et neid saavad kriimustada ainult teised teemandid.
24. Ämblikuliigi Caerostris darwini võrkude püüdmine
Foto: pixabay
Seda on raske uskuda, kuid Caerostrise darwini ämbliku (või Darwini ämbliku) võrk on tugevam kui teras ja kõvem kui Kevlar. See võrk on tunnistatud maailma kõige kõvemaks bioloogiliseks materjaliks, kuigi nüüd on sellel juba potentsiaalne konkurent, kuid andmeid pole veel kinnitatud. Ämblikukiudu testiti selliste omaduste suhtes nagu purunemistugevus, löögitugevus, tõmbetugevus ja Youngi moodul (materjali omadus elastse deformatsiooni ajal venimisele ja kokkusurumisele vastu pidada) ning kõigi nende näitajate puhul näitas ämblikuvõrk end kõige hämmastavamalt. tee. Lisaks on Darwini ämblikuvõrk uskumatult kerge. Näiteks kui mähime oma planeedi Caerostris darwini kiuga, on nii pika niidi kaal vaid 500 grammi. Nii pikki võrke ei eksisteeri, kuid teoreetilised arvutused on lihtsalt hämmastavad!
23. Aerografiit
Foto: BrokenSphere
See sünteetiline vaht on üks kergemaid kiudmaterjale maailmas ja koosneb vaid mõne mikromeetrise läbimõõduga süsiniktorude võrgust. Aerografiit on vahtplastist 75 korda kergem, kuid samas palju tugevam ja paindlikum. Seda saab kokku suruda 30 korda esialgsest suurusest ilma, et see kahjustaks selle äärmiselt elastset struktuuri. Tänu sellele omadusele talub aerografiitvaht koormust kuni 40 000 korda tema enda kaalust.
22. Pallaadiumi metallklaas
Foto: pixabay
California Tehnoloogiainstituudi (Berkeley Lab) teadlaste meeskond on välja töötanud uut tüüpi metallklaas, mis ühendab endas peaaegu ideaalse tugevuse ja elastsuse kombinatsiooni. Uue materjali unikaalsuse põhjus peitub selles, et selle keemiline struktuur peidab edukalt olemasolevate klaasmaterjalide haprust ja samal ajal säilitab kõrge vastupidavusläve, mis kokkuvõttes suurendab oluliselt selle sünteetilise struktuuri väsimustugevust.
21. Volframkarbiid
Foto: pixabay
Volframkarbiid on uskumatu kõva materjal kõrge kulumiskindlusega. IN teatud tingimused Seda ühendust peetakse väga rabedaks, kuid suure koormuse korral on sellel ainulaadsed plastilised omadused, mis avalduvad libisemisribade kujul. Tänu kõigile neile omadustele kasutatakse volframkarbiidi soomust läbistavate otste ja erinevate seadmete, sealhulgas igasuguste lõikurite, abrasiivketaste, puurite, lõikurite, puuriterade ja muude lõikeriistade valmistamisel.
20. Ränikarbiid
Foto: Tiia Monto
Ränikarbiid on üks peamisi lahingutankide tootmiseks kasutatavaid materjale. See ühend on tuntud oma madala hinna, silmapaistva tulekindluse ja kõrge kõvaduse poolest ning seetõttu kasutatakse seda sageli selliste seadmete või seadmete valmistamisel, mis peavad kuulid kõrvale tõrjuma, lõikama või lihvima muid vastupidavaid materjale. Ränikarbiidist saab suurepäraseid abrasiive, pooljuhte ja isegi ehteid, mis jäljendavad teemante.
19. Kuubiline boornitriid
Foto: wikimedia commons
Kuubikboornitriid on ülikõva materjal, mis on kõvaduse poolest sarnane teemandiga, kuid sellel on ka mitmeid eristavaid eeliseid – stabiilsus kõrgel temperatuuril ja keemiline vastupidavus. Kuubiline boornitriid ei lahustu rauas ja niklis isegi kõrge temperatuuriga kokkupuutel, teemant aga siseneb samadel tingimustel üsna kiiresti keemilistesse reaktsioonidesse. See on tegelikult kasulik selle kasutamiseks tööstuslikes lihvimistööriistades.
18. Ülikõrge molekulmassiga polüetüleen (UHMWPE), Dyneema kiu kaubamärk
Foto: Justsail
Kõrge mooduliga polüetüleenil on äärmiselt kõrge kulumiskindlus, madal hõõrdetegur ja kõrge purunemiskindlus (madala temperatuuri töökindlus). Tänapäeval peetakse seda maailma tugevaimaks kiuliseks aineks. Selle polüetüleeni kõige hämmastavam asi on see, et see on veest kergem ja suudab samal ajal kuulid peatada! Dyneema kiududest valmistatud kaablid ja köied ei vaju vees, ei vaja määrimist ega muuda oma omadusi märjana, mis on laevaehituses väga oluline.
17. Titaanisulamid
Foto: Alchemist-hp (pse-mendelejew.de)
Titaanisulamid on uskumatult plastilised ja neil on venitamisel hämmastav tugevus. Lisaks on neil kõrge kuuma- ja korrosioonikindlus, mis muudab need äärmiselt kasulikuks sellistes valdkondades nagu lennukitootmine, raketitööstus, laevaehitus, keemia-, toiduaine- ja transporditehnika.
16. Vedelmetalli sulam
Foto: pixabay
2003. aastal California Tehnoloogiainstituudis välja töötatud materjal on tuntud oma tugevuse ja vastupidavuse poolest. Ühendi nimi tähistab midagi rabedat ja vedelat, kuid toatemperatuuril on see tegelikult ülikõva, kulumiskindel, korrosioonikindel ja muundub kuumutamisel nagu termoplast. Peamisteks kasutusaladeks on seni kellade, golfikeppide ja mobiiltelefonide (Vertu, iPhone) kaante valmistamine.
15. Nanotselluloos
Foto: pixabay
Nanotselluloos on isoleeritud puidukiust ja on uut tüüpi puitmaterjal, mis on isegi terasest tugevam! Lisaks on nanotselluloos ka odavam. Innovatsioonil on suur potentsiaal ja see võib tulevikus tõsiselt konkureerida klaasi ja süsinikkiuga. Arendajad usuvad, et selle materjali järele on peagi suur nõudlus sõjaliste soomuste, ülipaindlike ekraanide, filtrite, painduvate akude, absorbeerivate aerogeelide ja biokütuste tootmisel.
14. Linnutigude hambad
Foto: pixabay
Varem rääkisime teile Darwini ämbliku püüdmisvõrgust, mida kunagi tunnistati planeedi tugevaimaks bioloogiliseks materjaliks. Hiljutine uuring näitas aga, et limpet on kõige vastupidavam teadusele teadaolev bioloogiline aine. Jah, need hambad on tugevamad kui Caerostris darwini võrk. Ja see pole üllatav, sest pisikesed mereelukad toituvad karmide kivimite pinnal kasvavatest vetikatest ja selleks, et eraldada toitu kivi, peavad need loomad kõvasti tööd tegema. Teadlased usuvad, et tulevikus on meil võimalik kasutada inseneritööstuses merekäpade hammaste kiulise struktuuri näidet ning hakata lihtsate tigude eeskujust inspireerituna ehitama autosid, paate ja isegi ülitugevaid lennukeid.
13. Martensiiteras
Foto: pixabay
Martensiitteras on ülitugev ja kõrge sulam, millel on suurepärane elastsus ja sitkus. Materjali kasutatakse laialdaselt raketiteaduses ja sellest valmistatakse kõikvõimalikke tööriistu.
12. Osmium
Fotod: Periodictableru / www.periodictable.ru
Osmium on uskumatult tihe element ning selle kõvadus ja kõrge sulamistemperatuur muudavad selle töötlemise keeruliseks. Seetõttu kasutatakse osmiumi seal, kus hinnatakse kõige enam vastupidavust ja tugevust. Osmiumisulameid leidub elektrikontaktides, raketiseadmetes, sõjalistes mürskudes, kirurgilistes implantaatides ja paljudes muudes rakendustes.
11. Kevlar
Foto: wikimedia commons
Kevlar on ülitugev kiud, mida leidub autorehvides, piduriklotsides, trossides, proteesides ja ortopeedilistes toodetes, soomusvestides, kaitseriiete kangastes, laevaehituses ja mehitamata õhusõidukite osades. Materjalist on saanud peaaegu tugevuse sünonüüm ja see on uskumatult suure tugevuse ja elastsusega plastik. Kevlari tõmbetugevus on 8 korda suurem kui terastraadil ja see hakkab sulama temperatuuril 450 ℃.
10. Ülikõrge molekulmassiga suure tihedusega polüetüleen, Spectra kiu kaubamärk
Foto: Tomas Castelazo, www.tomascastelazo.com / Wikimedia Commons
UHMWPE on sisuliselt väga vastupidav plast. Spectra, UHMWPE kaubamärk, on omakorda kõrgeima kulumiskindlusega kerge kiud, mis on selle näitaja poolest 10 korda parem kui teras. Nagu Kevlar, kasutatakse Spectrat soomusvestide ja kaitsekiivrite valmistamisel. Dynimo Spectrum kaubamärk on koos UHMWPE-ga populaarne laevaehitus- ja transporditööstuses.
9. Grafeen
Foto: pixabay
Grafeen on süsiniku allotroop ja selle vaid ühe aatomi paksune kristallvõre on nii tugev, et see on 200 korda kõvem kui teras. Grafeen näeb välja selline toidukile, kuid selle purustamine on peaaegu võimatu ülesanne. Grafeenlehe läbistamiseks peate sellesse torgama pliiatsi, millele peate tasakaalustama koorma, mis kaalub terve koolibussi. Edu!
8. Süsinik-nanotoru paber
Foto: pixabay
Tänu nanotehnoloogiale on teadlastel õnnestunud valmistada paberit, mis on 50 tuhat korda õhem kui juuksekarv. Süsiniknanotorude lehed on 10 korda kergemad kui teras, kuid kõige hämmastavam on see, et need on tervelt 500 korda tugevamad kui teras! Makroskoopilised nanotoruplaadid on superkondensaatori elektroodide valmistamiseks kõige lootustandvamad.
7. Metallist mikrovõrk
Foto: pixabay
See on maailma kergeim metall! Metallist mikrovõrk on sünteetiline poorne materjal, mis on vahtplastist 100 korda kergem. Aga las ta välimusÄrge laske end petta, need mikrovõrgud on ka uskumatult tugevad, andes neile suure potentsiaali kasutada kõikvõimalikes insenerivaldkondades. Nendest saab valmistada suurepäraseid amortisaatoreid ja soojusisolaatoreid ning metalli hämmastav võime kokku tõmbuda ja naasta algsesse olekusse võimaldab seda kasutada energia salvestamiseks. Metallist mikrovõrke kasutatakse aktiivselt ka lennukite erinevate osade tootmisel Ameerika firma Boeing.
6. Süsiniknanotorud
Foto: kasutaja Mstroeck / en.wikipedia
Süsinik-nanotorudest valmistatud ülitugevatest makroskoopilistest plaatidest oli eespool juba juttu. Aga mis materjal see on? Põhimõtteliselt on need torusse rullitud grafeenitasandid (9. punkt). Tulemuseks on uskumatult kerge, vetruv ja vastupidav materjal, millel on lai valik rakendusi.
5. Airbrush
Foto: wikimedia commons
See materjal, mida tuntakse ka kui grafeeni aerogeeli, on samal ajal äärmiselt kerge ja tugev. Uut tüüpi geel asendab vedela faasi täielikult gaasilise faasiga ning seda iseloomustab sensatsiooniline kõvadus, kuumakindlus, madal tihedus ja madal soojusjuhtivus. Uskumatult on grafeenaerogeel õhust 7 korda kergem! Unikaalne ühend suudab taastada oma algse kuju ka pärast 90% kokkusurumist ja suudab imada õlikoguse, mis on 900 korda suurem absorbtsiooniks kasutatud aerografeeni massist. Võib-olla aitab see materjalide klass tulevikus võidelda keskkonnakatastroofidega, nagu naftareostus.
4. Pealkirjata materjal, mille on välja töötanud Massachusettsi Tehnoloogiainstituut (MIT)
Foto: pixabay
Seda lugedes töötab MIT-i teadlaste meeskond grafeeni omaduste parandamise nimel. Teadlaste sõnul on neil juba õnnestunud selle materjali kahemõõtmeline struktuur kolmemõõtmeliseks muuta. Uus grafeenaine pole veel oma nime saanud, kuid juba on teada, et selle tihedus on 20 korda väiksem kui terasel ja tugevus 10 korda suurem kui terasel.
3. Karbiin
Foto: Smokefoot
Kuigi see on ainult lineaarsed süsinikuaatomite ahelad, on karbüünil 2 korda suurem tõmbetugevus kui grafeenil ja see on 3 korda kõvem kui teemant!
2. Boornitriidi vurtsiidi modifikatsioon
Foto: pixabay
See äsja avastatud looduslik aine tekib vulkaanipursete käigus ja on 18% kõvem kui teemandid. Siiski on see paljude muude parameetrite poolest parem kui teemandid. Wurtsite boornitriid on üks kahest Maal leiduvast looduslikust ainest, mis on teemandist kõvem. Probleem on selles, et selliseid nitriide on looduses väga vähe ja seetõttu pole neid lihtne uurida ega praktikas rakendada.
1. Lonsdaleite
Foto: pixabay
Tuntud ka kui kuusnurkne teemant, lonsdaleiit koosneb süsinikuaatomitest, kuid selles modifikatsioonis on aatomid paigutatud veidi erinevalt. Sarnaselt wurtsiitboornitriidiga on lonsdaleiit looduslik aine, mille kõvadus on parem kui teemant. Pealegi on see hämmastav mineraal teemandist lausa 58% kõvem! Nagu wurtsite boornitriid, on see ühend äärmiselt haruldane. Mõnikord tekib lonsdaleiit grafiiti sisaldavate meteoriitide kokkupõrkel Maaga.
