Những vật liệu cứng nhất hành tinh

Nếu cho rằng kim cương là vật liệu cứng nhất trên hành tinh, bạn hoàn toàn sai lầm. Nhờ công nghệ tiên tiến, các nhà khoa học đã cho ra đời những "siêu vật liệu" nhân tạo có độ cứng vượt trội hơn nhiều.

Carbon là một trong những nguyên tố tuyệt vời nhất trong tự nhiên, với các tính chất hóa học và vật lý khác với các nguyên tố khác. Chỉ với 6 proton trong hạt nhân của nó, cacbon là nguyên tố nhẹ nhất có khả năng hình thành các liên kết hóa học phức tạp. Tất cả các dạng sống đã biết đều dựa trên cacbon, vì các nguyên tử cacbon có thể hình thành liên kết hóa học với tối đa bốn nguyên tử cùng một lúc.

So với graphene, kim cương vẫn còn kém xa.

Dưới áp suất cao, cacbon cũng có thể kết hợp với các nguyên tử cacbon khác để tạo thành cấu trúc mạng tinh thể ổn định. Nếu các điều kiện thích hợp, các nguyên tử cacbon cũng có thể tạo thành một cấu trúc cực kỳ bền và siêu cứng được gọi là kim cương.

Mặc dù kim cương được biết đến là chất cứng nhất trên thế giới, nhưng thực tế có 6 loại vật liệu còn tốt hơn cả kim cương. Tất nhiên, kim cương vẫn là một trong những vật liệu tự nhiên cứng nhất trên Trái đất, nhưng thật khó để so sánh với những vật liệu này.

Dưới đây là tóm tắt về 10 siêu vật liệu cứng nhất trên thế giới hiện nay, theo thứ thự tăng dần:

10. Tơ nhện: Tơ của loài nhện Darwin's Bark được coi là vật liệu sinh học cứng chắc nhất từng được biết đến từ trươc tới nay. Chúng thậm chí còn dai chắc hơn gấp 10 lần sợi Kevlar – loại vật liệu đang được con người sử dụng để làm áo chống đạn.

9. Silicon cacbua (SiC): (thường ở dạng moissanite) chỉ cứng hơn kim cương một chút. Các hạt cacbua silic đã được sản xuất trên quy mô lớn từ năm 1893. Silicon và carbon thuộc cùng một họ nguyên tố, và có thể tạo thành vật liệu cực kỳ cứng này ở áp suất cao nhưng nhiệt độ tương đối thấp thông qua một quá trình gọi là thiêu kết. Những vật liệu này không chỉ phù hợp với nhiều trường hợp đòi hỏi độ cứng cao như má phanh, ly hợp, giáp thân, giáp xe tăng, v.v., mà còn có đặc tính bán dẫn tuyệt vời, vì vậy chúng cũng đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất linh kiện điện tử.

8. Nanospheres/Nano-Kevlar: Các hạt nano tí hon có khả năng tự tập hợp này là vật liệu hữu cơ cứng nhất mà con người từng tạo ra được. Chúng có thể dẫn tới việc phát triển lớp áo giáp bọc cơ thể in ấn được.

7. Kim cương: Loại vật liệu tự nhiên cứng nhất trên thế giới này có khả năng chống trầy xước vô địch.

6. Wurtzite boron nitride: Đây là vật liệu được tạo ra trong các vụ phun trào núi lửa và về lí thuyết cứng hơn kim cương 18%. Tuy nhiên, trong thực tế, con người chưa từng thu được số lượng vật liệu này đủ lớn để phục vụ việc kiểm nghiệm giả thiết này.

5. Lonsdaleite: Kim cương thực chết là tinh thể thuộc hệ tinh thể lập phương, còn Lonsdaleit thuộc hệ tinh thể lục giác, thành phần của nó tương như như kim cương nhưng có thể cứng hơn kim cương tới 58%. Do đó, người ta còn gọi Lonsdaleit là kim cưng lục phương (một dạng thù hình của cacbon với ô mạng lục phương). Loại vật liệu này được hình thành khi các thiên thạch chứa than chì va chạm với vào Trái đất. Kết quả mô phỏng cho thấy, lonsdaleite có thể cứng hơn kim cương 58%, nhưng các nhà nghiên cứu cũng chưa kiểm nghiệm được điều này trong thực tế vì chúng quá hiếm.

4. Dyneema: Dyneema là một loại polyme polyetylen nhiệt dẻo có trọng lượng phân tử cực cao. Hầu hết các phân tử chúng ta biết chỉ có vài nghìn đơn vị khối lượng nguyên tử, nhưng chuỗi phân tử của polyetylen khối lượng phân tử siêu cao thì cực kỳ dài, và trọng lượng của một phân tử có thể lên tới hàng chục triệu đơn vị khối lượng nguyên tử. Với một chuỗi phân tử dài như vậy, sự tương tác giữa các phân tử sẽ được tăng cường đáng kể. Trên thực tế, vật liệu này có độ bền va đập cao nhất trong tất cả các loại nhựa nhiệt dẻo đã biết, được coi là vật liệu sợi mạnh nhất trên thế giới, vượt trội hơn tất cả các loại dây buộc và dây kéo trên thị trường, nhẹ hơn nước và có khả năng chống đạn.

3. Thủy tinh kim loại: Loại thủy tinh hợp kim này là sản phẩm kết hợp giữa độ cứng và sức bền. Nó được coi là vật liệu bền nhất trên Trái đất hiện nay.

2. Buckypaper: Vật liệu nano này ra đời từ các phân tử carbon hình ống, mỏng hơn 1 sợi tóc người tới 50.000 lần. So với thép, buckypaper cứng hơn 500 lần, nhưng nhẹ hơn 10 lần.

1. Graphene: Đây là một lớp carbon có độ dày 1 phân tử, cứng gấp 200 lần thép. Để chọc thủng một tấm graphene mỏng như giấy nhựa saran, bạn cần áp lực tạo bởi một con voi đứng cân bằng trên một cái bút chì.

HT (theo khoahoc.tv)