Самые твердые материалы в мире

Самые твердые материалы: виды, классификация, характеристики, интересные факты и особенности, химические и физические свойства

В своей деятельности человек использует различные качества веществ и материалов. И совсем не маловажным является их крепость и надежность. О самых твердых материалах в природе и созданных искусственно пойдет речь в этой статье.

Общепринятый эталон

Для определения прочности материала используется шкала Мооса – шкала оценки твердости материала по его реакции на царапание. Для обывателя самый твердый материал – это алмаз. Вы удивитесь, но этот минерал всего лишь где-то на 10-м месте среди самых твердых.

В среднем материал считают сверхтвердым, если его показатели выше 40 ГПа. Кроме того, при выявлении самого твердого материала в мире следует учитывать и природу его происхождения. При этом крепость и прочность часто зависят от воздействия внешних факторов на него.

Самый твердый материал на Земле

В данном разделе обратим внимание на химические соединения с необычной кристаллической структурой, которые намного прочнее алмазов и вполне могут его поцарапать. Приведем топ-6 самых твердых материалов созданных человеком, начиная с наименее твердого.

• Нитрид углерода – бора. Это достижение современной химии имеет показатель прочности 76 ГПа.
• Графеновый аэрогель (аэрографен) – материал в 7 раз легче воздуха, восстанавливающий форму после 90 % сжатия. Удивительно прочный материал, способный к тому же впитать количество жидкости или даже масла в 900 раз больше собственного веса. Этот материал планируется использовать при разливах нефти.
• Графен – уникальное изобретение и самый прочный материал во Вселенной. О нем ниже чуть подробнее.
• Карбин – линейный полимер аллотропного углерода, из которого делают супертонкие (в 1 атом) и суперпрочные трубки. Долгое время никому не удавалось построить такую трубку длиною более чем 100 атомов. Но австрийским ученым из Венского Университета удалось преодолеть этот барьер. Кроме того, если раньше карбин синтезировался в малых количествах и был очень дорогой, то сегодня появилась возможность синтезировать его тоннами. Это открывает новые горизонты для космотехники и не только.
• Эльбор (кингсонгит, кубонит, боразон) – это наноконструированное соединение, которое сегодня широко применяется в обработке металлов. Твердость – 108 ГПа.

• Фуллерит – вот какой самый твердый материал на Земле, известный человеку сегодня. Его прочность в 310 ГПа обеспечивается тем, что он состоит не из отдельных атомов, а из молекул. Эти кристаллы с легкостью поцарапают алмаз, как нож масло.

Чудо рук человеческих

Графен – еще одно изобретение человечества на основе аллотропных модификаций углерода. С виду – тонкая пленка толщиной в один атом, но в 200 раз прочнее стали, обладающая исключительной гибкостью.

Именно о графене говорят, что, чтобы его проткнуть, на кончике карандаша должен стоять слон. При этом его электропроводность выше кремния компьютерных чипов в 100 раз. Очень скоро он покинет лаборатории и войдет в повседневную жизнь в виде солнечных панелей, сотовых телефонов и чипов современных компьютеров.

Два очень редких результата аномалий в природе

В природе встречаются очень редкие соединения, которые обладают невероятной прочностью.

• Нитрид бора – вещество, кристаллы которого имеют специфическую вюрцитную форму. С приложением нагрузок соединения между атомами в кристаллической решетке перераспределяются, повышая прочность на 75 %. Показатель твердости – 114 ГПа. Образуется это вещество при вулканических извержениях, в природе его очень мало.
• Лонсдейлит (на главном фото) – соединение аллотропного углерода. Материал был обнаружен в воронке метеорита, считается, что он образовался из графита под воздействием условий взрыва. Показатель твердости – 152 ГПа. В природе встречается редко.

Чудеса живой природы

Среди живых существ на нашей планете есть такие, у которых имеется что-то совершенно особенное.

• Паутина Caerostris darwini. Нить, которую выделяет паук Дарвина, прочнее стали и тверже кевлара. Именно эта паутина была взята учеными НАСА на вооружение при разработке космических защитных костюмов.
• Зубы моллюска Морское блюдечко – их волокнистая структура сегодня изучается бионикой. Они настолько прочные, что позволяют моллюску отодрать водоросли, вросшие в камень.

Железная береза

Еще одно чудо природы – береза Шмидта. Ее древесина – самый твердый природный материал биологического происхождения. Растет она на Дальнем Востоке в заповеднике Кедровая Падь и внесена в Красную Книгу. Прочность сравнима с железом и чугуном. Но при этом не подвержена коррозии и гниению.

Повсеместному использованию древесины березы Шмидта, которую не пробивают даже пули, препятствует ее исключительная редкость.

Самый твердый из металлов

Это металл бело-голубого цвета — хром. Но его прочность зависит от его чистоты. В природе его содержится 0,02 %, что совсем не так мало. Добывают его из силикатных горных пород. Много хрома содержат и падающие на Землю метеориты.

Он коррозионностойкий, жаропрочный и тугоплавкий. Хром входит в состав многих сплавов (хромистая сталь, нихром), которые широко используются в промышленности и в антикоррозийных декоративных покрытиях.

Вместе прочнее

Один металл – это хорошо, но в некоторых сочетаниях возможно придание сплаву удивительных свойств.

Сверхпрочный сплав титана и золота – единственный крепкий материал, который оказался биосовместимым с живыми тканями. Сплав beta-Ti3Au настолько прочный, что его невозможно измельчить в ступке.

Уже сегодня ясно, что это будущее различных имплантатов, искусственных суставов и костей.

Подобными свойствами может обладать и сплав палладия, серебра и некоторых металлоидов. Над этим проектом сегодня работают ученые института Калтека.

Будущее по 20 долларов за моток

Какой самый твердый материал уже сегодня может купить любой обыватель? Всего за 20 долларов можно купить 6 метров ленты Braeön. С 2017 года она поступила в продажу от производителя Дастина Маквильямса. Химический состав и способ производства хранятся в строгом секрете, но качества ее поражают.

Лентой можно скрепить абсолютно все. Для этого ее необходимо обмотать вокруг скрепляемых деталей, разогреть обычной зажигалкой, придать пластичному составу нужную форму и все. После остывания стык выдержит нагрузку в 1 тонну.

И твердый, и мягкий

В 2017 году появилась информация о создании удивительного материала – самого твердого и самого мягкого одновременно. Этот метаматериал изобрели ученые из Университета Мичиган. Им удалось научиться управлять структурой материала и заставлять его проявлять различные свойства.

Например, при использовании его для создания автомобилей при движении кузов будет обладать жесткостью, а при столкновении – мягкостью. Кузов абсорбирует энергию соприкосновения и защитит пассажира.

Убийцы пластика: 10 материалов будущего

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.

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.

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.

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.

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

Наперегонки с природой: о попытках создать самый твердый материал

Спросите любого, какой материал самый твердый на Земле, и он, вероятно, ответит «алмаз». Или «бриллиант», но это тот же алмаз, только ограненный.

Название алмаза происходит от греческого слова «адамас», что означает «нерушимый» или «непобедимый», поэтому вы наверняка встречали и слово «адамант».

Твердость алмаза делает его невероятным режущим материалом — и красивым — и обеспечивает ему высокий спрос тысячи лет.

Современные ученые десятками лет искали более дешевые, более твердые и практичные альтернативы, и каждые несколько лет в новости просачивается новый «прочнейший в мире материал». Но так ли легко обойти алмаз по всем этим параметрам?

Несмотря на свою уникальную привлекательность, алмаз — это просто особая форма, или «аллотроп», углерода. В семействе углерода есть несколько аллотропов, включая углеродные нанотрубки, алмаз и графит. Все они состоят из атомов углерода, но именно различие в типах атомных связей обеспечивает эти материалы разной структурой и свойствами.

Внешняя оболочка каждого атома углерода имеет четыре электрона. В алмазе эти электроны разделяют четыре других атома углерода, что образует очень прочные химические связи и чрезвычайно жесткий четырехгранный кристалл. Именно это простое, но плотное расположение атомов делает алмаз одним из твердейших веществ на Земле.

Насколько твердый?

Твердость — важное свойство материалов, которое часто определяет возможности их использования, но его весьма непросто определить. В случае с минералами устойчивость к царапинам является мерой твердости по отношению к другим минералам.

Есть несколько способов измерить твердость, но обычно используется инструмент, который делает брешь в поверхности материала. Соотношение между площадью испытуемой поверхности и приложенной силой производит значение твердости. Чем тверже материал, тем выше значение. Испытание на твердость по Виккерсу задействует пирамиду с квадратной основой с алмазным навершием, чтобы сделать выбоину.

Проблема алмаза в том, что хотя он и является очень твердым, он также на удивление нестабилен. При нагревании алмаза в воздухе свыше 800 градусов по Цельсию его химические свойства меняются, что влияет на его силу и позволяет реагировать с железом, делая его непригодным для обработки стали.

Ограничения в использовании алмазов привели к растущему вниманию в разработке новых, химически стабильных, сверхпрочных материалов на замену.

Лучшие износостойкие покрытия позволят промышленным инструментам работать дольше от замены до замены частей и снизят зависимость от потенциально опасных для окружающей среды хладагентов.

Ученым удалось изобрести несколько потенциальных конкурентов алмазу.

Нитрид бора

Синтетический материал нитрид бора, впервые созданный в 1957 году, похож на уголь тем, что имеет несколько аллотропов.

В своей кубической форме (c-BN) его кристаллическая структура похожа на алмазную, но вместо атомов углерода состоит из связанных иначе атомов бора и азота.

c-BN химически и термально стабилен и широко используется сегодня в качестве сверхтвердого покрытия для станков в автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Однако кубический нитрид бора, в лучшем случае, второй по твердости материал в мире по шкале Виккерса — около 50 ГПа.

Его гексагональная форма (w-BN) изначально заявлялась еще более твердой, но эти результаты были основаны на теоретическом моделировании, которое прогнозировало на 18% выше твердости, чем у алмаза.

К сожалению, w-BN в природе редко встречается и его трудно произвести в достаточных количествах, чтобы провести эксперимент с надежными результатами.

Искусственный алмаз

Искусственные алмазы производятся с 1950-х годов и часто заявляются тверже природных алмазов из-за другой кристаллической структуры.

Их можно произвести путем подачи высокого давления и температуры к графиту, чтобы заставить его структуру перестроиться в тетраэдрический алмаз, но это дорого и долго.

Другой способ заключается в эффективном выстраивании алмаза из атомов углерода, извлеченных из нагретых углеводородных газов, но типы материалов, которые можно использовать в качестве подложки, ограничены.

Они намного меньше, чем крупные монокристаллы большинства природных алмазов, используемых для создания ювелирных изделий. Чем меньше размер зерна, тем больше у него граней и тем тверже материал.

Недавние исследования искусственного алмаза показали, что его твердость по Виккерсу может подниматься до 200 ГПа.

Q-углерод

Совсем недавно ученые из Университета штата Северная Каролина создали, как они описали, новую форму углерода, отличную от других аллотропов, и сообщили, что она тверже алмаза.

Эта новая форма была создана в процессе нагревания некристаллического углерода высокомощным быстрым лазерным импульсом до 3700 градусов с последующим быстрым охлаждением или «закалкой» его — отсюда Q, от «quenching» — с образованием алмазов микронных размеров.

Ученые обнаружили, что Q-углерода на 60% тверже алмазоподобного углерода (типа аморфного углерода с аналогичными алмазным свойствами). Исходя из этого, ученые решили, что Q-углерод будет прочнее самого алмаза, хотя это еще предстоит проверить экспериментально.

Q-углерод также обладает необычными магнитными свойствами и светится под действием света. И все же, его основным назначением было использование в качестве промежуточного шага в производстве крошечных искусственных алмазных частиц при комнатной температуре и давлении.

Эти наноалмазы слишком малы для ювелирного дела, но идеально выступают в качестве дешевого материала для покрытия режущих и полирующих инструментов.

Прописные истины, опровергнутые совсем недавно

Невероятные факты

С течением времени даже та информация, которая в течение очень долгого периода считалась правдой, может претерпевать кардинальные изменения.

К примеру, раньше полагали, что врачи не должны мыть руки перед проведением операции. Однако, наука развивается очень быстро, и развитие человека не стоит на месте.

Ниже представлены факты, знакомые вам со школьной скамьи. Но сегодня это устаревшая информация, которая была опровергнута.

1. Старый факт: Плутон – планета.

Новый факт: Плутон не является планетой.

До некоторых пор люди полагали, что после Урана существует ещё одна, девятая планета – Плутон. Такое мнение бытовало с конца 19 века.

В 1906 году известный учёный Персиваль Лоуэлл (Percival Lowell), который основал обсерваторию имени себя, дал старт научному проекту, главной целью которого было обнаружение загадочной планеты.

В 1923 году молодой исследователь Клайд Томбо (Clyde Tombaugh) обнаружил планету «Х». Ему было поручено внимательно изучать все движущиеся объекты и сравнивать их со снимками звёздного неба.

В результате 23-летний молодой человек представил на суд специалистов обсерватории Гарвардского колледжа свою находку.

Однако, в 2003 году, как рассказывают представители НАСА, одному астроному удалось обнаружить за пределами Плутона намного более крупный объект, которому он решил дать имя Эрис.

Это событие породило очень много спорных вопросов, главным из которых стал – благодаря чему планету можно назвать планетой? Но, более подробно проанализировав имеющуюся информацию, учёные пришли к выводу, что ни Эрис, ни Плутон в действительности не являются планетами.

Опровергнутые факты

2. Старый факт: Самый твёрдый на земле природный материал – это алмаз.

Новый факт: Самое твёрдое в мире вещество – это кубический нитрид бора.

На земле существуют два вещества, которые твёрже алмаза. Речь идёт о нитриде бора (прочнее алмаз на 18 процентов) и о лонсдейлите (твёрже драгоценного камня на 58 процентов).

Но эти вещества достаточно редко можно встретить в природе. Однако, если быть до конца честным, то авторы этого исследования не сумели пока полностью доказать свои вычисления на практике.

Таким образом, данное открытие истинно пока только в теории.

Стоит отметить, что есть ещё один претендент на звание твердейшего вещества. Исследователи уплотнили химические частицы нитрида бора с целью создания «супер твёрдого кубического нитрида бора».

Это было довольно просто, потому как они всего лишь разделили их на составные компоненты. В итоге это привело к тому, что женщины во всём мире стали заказывать обручальные кольца из этого материала, потому что такие кольца точно скрепят союз навеки.

Тайны египетских пирамид

3. Старый факт: Египетские пирамиды строили еврейские рабы.

Новый факт: Пирамиды в Египте построили наёмные рабочие.

В известном художественном фильме «Принц Египта» также поддерживается старая теория о строительстве пирамид рабами. О сооружении этих каменных строений невольными говорят и библейские тексты, однако, чётких описаний самих работ не было найдено.

Этот всемирно известный миф уходит своими корнями в 1977 год, когда бывший премьер – министр Израиля Менахем Бегин (Menachem Begin) нанёс Египту визит.

Как утверждает профессор одного из Иерусалимских университетов Амихай Мазар (Amihai Mazar), евреи не могли строить пирамиды, потому что на тот момент их как нации просто не существовало.

Египетские пирамиды строили не рабы

Их мало кто уважал, хоронили их без почестей и соблюдения каких-либо ритуалов.

4. Старый факт: Эволюционная связь человека с другими приматами потеряна навсегда.

Новый факт: Обнаружена «Ида».

Учёные говорят о том, что «Ида» — это важнейшее, ранее утраченное звено в цепочке эволюции от обезьяны до человека. В 2003 году немецкий палеонтолог Йорн Хурум (Jorn Hurum) и команда исследователей обнаружили очень хорошо сохранившиеся древние останки, возраст которых не менее 47 миллионов лет.

Останки назвали Идой. Этот древний примат и стал тем самым переходным недостающим звеном в эволюционном движении человекообразной обезьяны к человеку и к лемурам, являющимися дальними родственниками людей.

Самые важные археологические находки 21 века

По-научному Ида называется «Darwiniusmasillae», что дословно расшифровывается, как «существо Дарвина из Месселя». Скелет особи похож на скелет лемура, у неё также присутствуют общие с приматами черты, такие как расположенный отдельно большой палец, короткие конечности, полное отсутствие когтей.

Таким образом, Ида помогла заполнить огромный пробел, существовавший в теории эволюционного развития.

5. Старый факт: Сложить лист бумаги любого размера более, чем в семь раз невозможно.

Новый факт: Рекорд – 11 раз.

Данный слух очень долго жил в научных кругах, а также в сфере искусства. Развеять его сумела обычная школьница из Калифорнии. Бритни Гэлливан (Britney Gallivan) и ещё несколько энтузиастов купили большущий рулон туалетной бумаги за 85 долларов и сумели сложить его 11 раз.

Умная девочка поняла, что те, кто пытался до неё опровергнуть старый факт, меняли направление сгиба бумаги. Ученица даже сумела вывести уравнение, составленное с учётом толщины и ширины конкретной бумаги.

В 2006 году Бритни выступила с докладом на конвенции учителей математики, а годом позже была награждена степенью в области экологии. Теперь она часто появляется в известной передаче канала Discovery «Разрушители легенд».

6. Старый факт: Единственное созданное человеком сооружение, заметное из космоса, — это Великая Китайская стена.

Новый факт: На самом деле многие сооружённые человеком строения видны кое-как из космоса. Но формально такие заявления никогда не являлись правдой. Такие слухи гуляют ещё с конца 30-х годов 20 века.

Несмотря ни на что китайский космонавт в 2003 году всё-таки сумел опровергнуть этот миф. По информации НАСА Ян Ливэй (Yang Liwei) подчеркнул, что так и не смог разглядеть Великую Китайскую стену из космоса.

После этого заявления в сети стали обнародоваться различные снимки, говорящие о том, что при определённых условиях всё-таки можно разглядеть очертания стены.

10 заблуждений о самых великих сооружениях мира

Домыслы о том, что с Луны тоже можно увидеть земные сооружения остались только нелепыми домыслами. По словам члена экипажа Апполон-12 космонавта Алана Бина (Alan Bean), единственное, что видно с Луны – это огромный голубой шар, погружённый в облака с жёлтыми пятнами пустынь и зелёными островами растительности.

Вполне вероятно, что говорившие о видимости земных объектов из космоса имели в виду земную орбиту, но это уже совсем другая история, которая к космическому пространству не имеет никакого отношения.

Биологические царства

7. Старый факт: Существует только пять классификаций биологических видов по царствам: растения, животные, грибы, бактерии и простейшие.

Новый факт: Сегодня все данные говорят о том, что биологических царств, как минимум, восемь.

Каждый год открываются новые виды живых существ. Чем их больше, тем сложнее отнести их к определённому царству. В добавлении к уже упомянутым царствам было выявлено царство «археи», которое раньше объединили с царством бактерий.

На первый взгляд может показаться, что древние бактерии (археи) выглядят точно также, как и другие одноклеточные (эубактерии). Но на самом деле при детальном рассмотрении, всё оказывается намного сложнее.

Есть очень сложные системы, делящие эубактерии на два крупных царства.

Перевод: Баландина Е. А.

Какой самый крепкий материал на земле — список прочнейших вещей мира

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.

Самые твердые материалы на Земле ТОП 10

Каждый из вас знает, что эталоном твердости на сегодня так и остается алмаз.

При определении механической твердости существующих на земле материалов твердость алмаза берется как эталон: при измерениях методом Мооса – в виде поверхностного образца, методами Виккерса или Роквелла – в качестве индентора (как более твердое тело при исследовании тела с меньшей твердостью). На сегодняшний день можно отметить несколько материалов, твердость которых приближается к характеристикам алмаза.

Сравниваются в данном случае оригинальные материалы, исходя из их микротвердости по методу Виккерса, когда материал считается сверхтвердым при показателях в более 40 ГПа. Твердость материалов может изменяться, в зависимости от характеристик синтеза образца или направления приложенной к нему нагрузки.

Колебания показателей твердости от 70 до 150 ГПа – общеустановленное понятие для твердых материалов, хотя эталонной величиной принято считать 115 ГПа. Давайте рассмотрим 10 самых твердых материалов, кроме алмаза, которые существуют в природе.

10. Субоксид бора (B6O) — твердость до 45 ГПа

Субоксид бора обладает способностями создавать зерна, имеющие форму икосаэдров. Образованные зерна при этом не являются обособленными кристаллами или разновидностями квазикристаллов, представляя собой своеобразные кристаллы-двойники, состоящие из двух десятков спаренных кристаллов-тетраэдров.

недостаточного количества атомов кислорода в субоксиде бора обеспечивает материалу характеристики, свойственные керамическим материалам. Данное вещество имеет качества химической инертности, повышенной прочности, устойчивости к истиранию при невысоких показателях плотности, а его монокристаллы обладают твердостью в 45 ГПа.

10. Диборид рения (ReB2) — твердость 48 ГПа

Многие исследователи ставят под сомнение вопрос, может ли этот материал причисляться к материалам сверхтвердого типа. Это вызвано весьма необычными механическими свойствами соединения.

Послойное чередование разных атомов делает этот материал анизотропным. Поэтому измерение показателей твердости получаются разными при наличии разнотипных кристаллографических плоскостей. Таким образом, испытаниями диборида рения при малых нагрузках обеспечивается твердость в 48 ГПа, а при увеличении нагрузки твердость становится намного меньше и составляет приблизительно 22 ГПа.

8. Борид магния-алюминия (AlMgB14) — твердость до 51 ГПа

Состав представляет собой смесь алюминия, магния, бора с невысокими показателями трения скольжения, а также высокой твердостью. Эти качества могли бы стать находкой для производства современных машин и механизмов, работающих без смазки. Но использование материала в такой вариации пока что считается непомерно дорогим.

AlMgB14 — специальные тоненькие пленки, создающиеся при помощи лазерного напыления импульсного типа, имеют способность обладать микротвердостью до 51 ГПа.

7. Бор-углерод-кремний — твердость до 70 ГПа

Основа такого соединения обеспечивает сплаву качества, подразумевающие оптимальную устойчивость к химическим воздействиям негативного типа и высокой температуре. Такой материал обеспечивается микротвердостью до 70 ГПа.

6. Карбид бора B4C (B12C3) — твердость до 72 ГПа

Еще один материал – карбид бора. Вещество достаточно активно стало использоваться в разных сферах промышленности практически сразу же после его изобретения в 18 веке.

Микротвердость материала достигает 49 ГПа, но доказано, что и этот показатель можно увеличить посредством добавления ионов аргона в строение кристаллической решетки – до 72 ГПа.

5. Нитрид углерода-бора — твердость до 76 ГПа

Исследователи и ученые со всего мира давно пытаются синтезировать многосложные сверхтвердые материалы, в чем уже были достигнуты ощутимые результаты. Компонентами соединения являются атомы бора, углерода и азота – близкие по размерам. Качественная твердость материала доходит до 76 ГПа.

4. Наноструктурированный кубонит — твердость до 108 ГПа

Материал еще называется кингсонгитом, боразоном или эльбором, а также обладает уникальными качествами, успешно используемыми в современной промышленности. При показателях твердости кубонита в 80-90 ГПа, близких к алмазному эталону, сила закона Холла-Петча способна обусловить их значительный рост.

Это означает, что при уменьшении размеров кристаллических зерен увеличивается твердость материала – существуют определенные возможности увеличения до 108 ГПа.

3. Вюртцитный нитрид бора — твердость до 114 ГПа

Вюрцитная кристаллическая структура обеспечивает высокие показатели твердости данному материалу. При локальных структурных модификациях, во время приложения нагрузки конкретного типа, связи между атомами в решетке вещества перераспределяются. В этот момент качественная твердость материала становится больше на 78 %.

2. Лонсдейлит — твердость до 152 ГПа

Лонсдейлит является аллотропной модификацией углерода и отличается явной схожестью с алмазом. Обнаружен твердый природный материал был в метеоритном кратере, образовавшись из графита – одного из компонентов метеорита, однако рекордной степенью прочности он не обладал.

Учеными было доказано еще в 2009 году, что отсутствие примесей способно обеспечить твердость, превышающую твердость алмаза. Высокие показатели твердости способны обеспечиваться в этом случае, как и в случае с вюртцитным нитридом бора.

1. Фуллерит — твердость до 310 ГПа

Полимеризованный фуллерит считается в наше время самым твердым материалом, известным науке. Это структурированный молекулярный кристалл, узлы которого состоят из целых молекул, а не из отдельных атомов.

Твердость фуллерита составляет до 310 ГПа, и он способен поцарапать алмазную поверхность, как обычный пластик. Как видите, алмаз это больше не самый твёрдый природный материал в мире, науке доступны более твердые соединения.

Пока это самые твердые материалы на Земле, известные науке. Вполне возможно, в скором времени нас ждут новые открытия и прорыв в области химии/физики, что позволит добиться более высокой твердости.