什么东西最硬(世界十大坚硬物质排行)

超硬材料在各个领域中具有广泛的应用,重要性自然不言而喻。不管上到航天飞机宇宙飞船,下到石油钻探深海潜艇,还是精密机床武器加工核能发电,凡是涉及到高精尖的领域都少不得它们的身影。各国科学家们在这个领域也是皓首研究你追我赶以求更多发现,因为这些领域牵涉到一个国家工业化现代化及可持续发展,对这些材料的广泛应用也是一个国家综合实力的象征。

Number 1 硫化碳炔(Carbyne)

次甲基自由基(Methylidyne radical)又碳炔,或称为一碳化一氢,是一个仅由一个碳原子跟一个氢原子构成的极不稳定气体或自由基,化学式为CH-,也称为甲炔基。

世界上最硬的十大物质大比拼,没有最硬只有更硬,钻石垫底

一碳化一氢

金刚石的稳定程度非常高因为他碳结构呈三角状,然而碳炔是在金刚石的基础上对结构进行深入的加工固牢,所以从目前科学的角度来看,碳炔是世界上最稳定,最坚硬的物体。碳炔硬度比钢高200多倍,是钻石40倍,是石墨烯抗拉强度的2倍。作为一种结构极其简单的物质,硫化碳炔由一串单原子组成。硫化碳炔的拉伸高度是金刚石的三倍,它的拉伸强度则是石墨烯的两倍,碳炔这种碳原子一维线性带状物的强度比任何材料都要坚硬和牢固,超强的硬度史无前例无人能敌。碳纳米管和石墨烯的硬度为4.5×108牛顿米/千克,而碳炔则能达到109牛顿米/千克。碳炔的强度。该材料具有无与伦比的强度,需要施加10纳米牛(nanoNewtons)的外力才能破坏其单链结构。如果转化为强度,可达6.0至7.5×107牛顿米/千克,超过了石墨烯的4.7至5.5×107牛顿米每/克,碳纳米管的4.3至5.0×107牛顿米/千克和金刚石的2.5至6.5×107牛顿米/千克。

Number 2 石墨烯(Graphene)

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石墨烯管

石墨烯是有史以来测试过的最强材料。石墨烯是一种平面单层紧密打包成一个二维(2D)蜂窝晶格的碳原子,并且是所有其他维度的石墨材料的基本构建模块。它可以被包装成零维(0D)的富勒烯,卷成了一维(1D)的纳米管或堆叠成三维(3D)的石墨。它的强度比钢铁还要高200倍,具有1 TPA(150,000,000 psi)时的拉伸模量(刚度)。 1 平方米的石墨烯吊床可以支撑4 公斤的猫,但重量只有一只猫的胡须,0.77 毫克。

Number 3 六边形钻石(Hexagonal Diamond)

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实验室制造的六边形钻石比天然钻石更硬

1967年美国通用电气公司生产出一种具有与钻石相似折射率和相似密度的晶体。但这种由碳原子组成的晶体不是等轴晶系矿物,而是具六边对称型。几乎同时,同样性质的矿物也在美国亚利桑那的陨石中发现。著名结晶学家dame kathleen lonsdale命名为朗斯代尔矿,英文名称lonsdaleite ,中文则译为六方钻石。硬质材料对于加工能力很有用,钻石长期以来一直用于钻头。六角形金刚石可能比立方形金刚石更硬,因此它可能是加工、钻孔或任何类型的立方形金刚石应用的绝佳替代品。它不但工业优势很明显,有朝一日六边形钻石有可能用于订婚戒指,目前实验室制造的立方钻石与天然钻石相比价值较低,但六边形钻石可能更新颖。

Number 4 纤锌矿型氮化硼(Wurtzite Boron Nitride)

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纤锌矿型氮化硼

纤锌矿型氮化硼(wBN)和人们熟悉的立方氮化硼(zBN)一样﹐都是自然界没有的人造超硬材料,具有十分优良的性能;密度高、硬度大、对铁族金属及其合金的化学惰性远远好于金刚石,具有良好的电绝缘性,以及具有仅次于金刚石而高于金属铜的导热性。 纤锌矿型氮化硼由氮和硼结合而成,在高压下形成。它这种材料的结构也很像钻石,但它是由其他一些原子而不是碳组成的。这种材料也是自然发现的,所以不能浪费在实验室里。它是在高温高压的火山喷发过程中形成的。它可以承受比金刚石多 18% 的应力,这是由于柔性键的重新定向以及比金刚石更复杂的结构。经过重新定向过程后,它变得比钻石坚硬 80%。

Number 5 金属玻璃(Metallic Glass)

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液态金属

在好莱坞电影《终结者》中具有不死之身的未来战士给观众留下了深刻的印象,他无坚不摧,而且破碎后能够像液体一样自然流动然后自动修复成原来的样子。 科幻电影中的神奇现象在现实生活中也有他对应的材料。 这就是金属玻璃(metallic glass),也称为液态金属(liquid metal)或 非晶态合金是一种由钯的微合金制成的玻璃,大部分是直接由液态急冷冻而成的,生产成本低,是一种有广阔应用前景的新型材料。它的特性是具有极高的强度的同时又没有玻璃那么脆,而且密度不高,质量比很多合金都要轻。

Number 6 马氏体时效钢(Maraging Steel)

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马氏体时效钢

马氏体钢是通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢,通俗地说,是一类可硬化的不锈钢。淬火后硬度较高,不同回火温度具有不同强韧性组合,主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异,马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同,还可分为马氏体不锈钢、马氏体和或半马氏体沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。它是由无碳马氏体为基体组成,经过较长的热处理,有着高强度韧性且延展性的钢。常被应用于航空航天和模具制造等方面。

Number 7 锇金属(Osmium)

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锇金属

锇金属非常坚硬,在高温下可保持光泽。锇的压缩性非常低,因此体积模量非常高,在395和462 GPa之间,与钻石的443 GPa相约。在压力为4 GPa的情况下,锇的硬度也比较高。由于坚硬易碎,蒸气压低(铂系元素中最低),熔点极高(所有元素中第四高),所以固体锇很难塑形,生产过程十分困难。锇也属于稀有金属,可用来制造超高硬度的合金,适合制作极端耐久性硬度物品。

Number 8 碳复合材料(Carbon Composite Material)

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碳纤维复合材料

碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比钢高。

Number 9 蜘蛛丝(Spider Silk)

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丛林中的蜘蛛网

蜘蛛丝具有极强的机械性能。极高的抗拉强度。抗拉强度是指材料在拉伸条件下的最大承载能力。蜘蛛丝的抗拉强度(高达1.4 GPa),与高等级合金钢相当(0.45-2 GPa),甚至可以达到芳纶纤维,如凯夫拉纤维的一半(3 GPa)。但是金属丝或凯夫拉纤维几乎不可伸长,而蜘蛛丝可伸长自然状态下本身长度的40%,在高湿的环境下可伸长本身长度的5倍。很多人可能都认为,蜘蛛网是一个比较脆弱的物体,那只是因为我们在日常生活中看到的蜘蛛网太小。这种由蛋白质组成的动物纤维,具高强度及韧性。当很多蜘蛛网交合在一起时,所形成的蜘蛛网的硬度就会比普通的钢材要大十倍,可用于军事装备如避弹衣等。

Number 10 金刚石(Diamond)

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璀璨夺目的金刚石

金刚石晶体中每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外4个相邻的碳原子形成共价键,每四个相邻的碳原子均构成正四面体。因此未经打磨过的金刚石晶体外形往往为正八面体。金刚石中的C-C键很强,所有的价电子都参与了共价键的形成,不存在自由电子,所以金刚石硬度非常高。日常中可以看到被做成钻头,用作物体切割、研磨、抛光等。

不久的将来,经过科学家们的研究和不懈努力一定会发现或者合成更加坚硬的物质,它们会帮助人类创造更加美好的未来。

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