Was ist das stärkste Material der Welt? Das leichteste Material der Welt Das leichteste haltbare Material der Welt.

Eine einfach brillante Entdeckung wurde von chinesischen Wissenschaftlern gemacht. Sie waren es, die der Welt das leichteste Material der Erde offenbarten. Seine Masse ist so gering, dass es leicht auf den Blütenblättern der Blüte gehalten werden kann. Das erstaunliche Material enthält Graphenoxid und lyophilisierten Kohlenstoff. Graphenmaterial hat eine interessante schwammige Struktur und wiegt nur 0,16 mg/cm3. Dieser Aerogel-Struktur ist es zu verdanken, dass das Material das leichteste ist harte Materialien in der Welt. Für diese einzigartige Entdeckung werden bereits viele praktische und unglaubliche Entdeckungen vorhergesagt. Graphen ist in seiner nativen Form ein zweidimensionaler Kristall. Darüber hinaus ist es das dünnste handgefertigte Material der Welt. Stellen Sie sich vor, um eine Säulenhöhe von 1 Millimeter zu erreichen, müssten 3 Millionen Platten des Wundermaterials eins zu eins gefaltet werden. Aber eine solche Struktur ist auf den ersten Blick fragil, aber das ist sie überhaupt nicht.
Graphen ist außerdem unglaublich langlebig und stark. Ein Blatt aus einem solchen Material, eine Dicke Plastiktüte, kann problemlos das Gewicht eines Elefanten tragen. Aber das sind nicht alle Vorzüge von Graphen. Neben seiner erstaunlichen Stärke und Stärke ist es auch überraschend flexibel. Ohne Verlust oder Störung der Struktur kann das Material um 20 % der Gesamtgröße gedehnt werden. Darüber hinaus ist es Wissenschaftlern kürzlich gelungen, eine weitere einzigartige Eigenschaft von Graphen zu entdecken. Es kann zum Filtern von Wasser verwendet werden und dabei verschiedene schädliche Gase und Flüssigkeiten im Material einschließen.

Das leichteste Material der Welt 8. Januar 2014

Wenn Sie die neuesten Nachrichten der Welt verfolgen moderne Technologien, Das dieses Material wird für Sie keine große Neuigkeit sein. Es ist jedoch sinnvoll, sich das leichteste Material der Welt genauer anzusehen und ein paar weitere Details zu erfahren.

Vor weniger als einem Jahr wurde der Titel des leichtesten Materials der Welt einem Material namens Aerographit verliehen. Doch dieses Material konnte die Handfläche lange Zeit nicht halten; es wurde kürzlich von einem anderen Kohlenstoffmaterial namens Graphen-Aerogel übernommen. Erstellt Forschungsgruppe Im Labor der Abteilung für Polymerwissenschaft und -technologie der Zhejiang-Universität unter der Leitung von Professor Gao Chao hat das ultraleichte Graphen-Aerogel eine Dichte, die etwas geringer ist als die von Heliumgas und etwas höher als die von Wasserstoffgas.

Aerogele als Materialklasse wurden 1931 vom Ingenieur und Chemiker Samuel Stephens Kistler entwickelt und hergestellt. Seitdem erforschen und entwickeln Wissenschaftler verschiedener Organisationen solche Materialien, obwohl ihr Wert für sie zweifelhaft ist praktischer Nutzen. Ein aus mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren bestehendes Aerogel mit einer Dichte von 4 mg/cm3, „gefrorener Rauch“ genannt, verlor 2011 den Titel des leichtesten Materials und ging an ein metallisches Mikrogittermaterial mit einer Dichte von 0,9 mg/cm3 über. Und ein Jahr später ging der Titel des leichtesten Materials an ein Kohlenstoffmaterial namens Aerographit über, dessen Dichte 0,18 mg/cm3 beträgt.

Der neue Träger des Titels „Leichtestes Material“, Graphen-Aerogel, entwickelt vom Team von Professor Chaos, hat eine Dichte von 0,16 mg/cm3. Um ein so leichtes Material herzustellen, verwendeten Wissenschaftler eines der erstaunlichsten und dünnsten Materialien aller Zeiten – Graphen. Das Team nutzte seine Erfahrung bei der Herstellung mikroskopischer Materialien wie „eindimensionaler“ Graphenfasern und zweidimensionaler Graphenbänder und beschloss, den zwei Dimensionen von Graphen eine weitere Dimension hinzuzufügen und dreidimensionales poröses Graphen zu schaffen. neues Material.

Anstelle der Schablonenherstellungsmethode, bei der ein Lösungsmittelmaterial zum Einsatz kommt und die normalerweise zur Herstellung verschiedener Aerogele verwendet wird, verwendeten die chinesischen Wissenschaftler eine Gefriertrocknungsmethode. Durch Gefriertrocknung einer Cooloidlösung bestehend aus einem flüssigen Füllstoff und Graphenpartikeln konnte ein poröser Schwamm auf Kohlenstoffbasis hergestellt werden, dessen Form der vorgegebenen Form nahezu vollständig folgte.

„Es besteht keine Notwendigkeit, Schablonen zu verwenden; die Größe und Form des ultraleichten Kohlenstoffmaterials, das wir herstellen, hängt nur von der Form und Größe des Behälters ab“, sagt Professor Chao. „Die Menge des produzierten Aerogels hängt nur von der Größe ab.“ der Behälter, der ein Volumen von Tausenden Kubikzentimetern haben kann.“

Das resultierende Graphen-Aerogel ist ein extrem starkes und elastisches Material. Es kann organische Materialien, einschließlich Öl, mit einem Gewicht von bis zum 900-fachen seines Eigengewichts mit hoher Absorptionsrate absorbieren. Ein Gramm Aerogel absorbiert 68,8 Gramm Öl in nur einer Sekunde, was es zu einem attraktiven Material für die Verwendung als Absorptionsmittel für Meeresöl und Erdölprodukte macht.

Graphen-Aerogel dient nicht nur als Ölabsorber, sondern kann auch in Energiespeichersystemen eingesetzt werden, für einige auch als Katalysator chemische Reaktionen und als Füllstoff für komplexe Verbundwerkstoffe.

Die leichtesten und extrem langlebigen Materialien werden als die Zukunft des Bauens bezeichnet. Diese Materialien werden dazu beitragen, energieeffizientere und umweltfreundlichere Objekte in allen Lebensbereichen der Menschen zu schaffen – von der Medizintechnik bis zum Transport.

Unter den vielen innovative Materialien, die vor nicht allzu langer Zeit nur Science-Fiction schienen, sind besonders fortschrittlich und vielversprechend:

3D-Graphen

Dieses ultradünne Graphen besteht aus reinem Kohlenstoff und gilt als eines der stärksten Materialien der Erde. Doch kürzlich gelang es Forschern des Massachusetts Institute of Technology, zweidimensionales Graphen in eine dreidimensionale Struktur umzuwandeln. Sie schufen ein neues Material mit schwammiger Struktur. Die Dichte von 3D-Graphen beträgt nur 5 Prozent der von Stahl, ist aber aufgrund seiner besonderen Struktur zehnmal stärker als Stahl.

Laut den Machern hat 3D-Graphen großes Potenzial für den Einsatz in vielen Bereichen.

Was seine Herstellungstechnologie betrifft, kann es auf andere Materialien angewendet werden, von Polymeren bis hin zu Strukturbeton. Dadurch entstehen nicht nur stärkere und leichtere Strukturen, sondern auch bessere Isoliereigenschaften. Darüber hinaus können poröse Strukturen in Filtersystemen für Wasser oder Abfälle aus Chemiefabriken eingesetzt werden.

Karabiner

Im vergangenen Frühjahr gelang es einem Team österreichischer Forscher, Carbine zu synthetisieren, die stärkste aller Kohlenstoffformen. bekannte Materialien und übertrifft sogar Graphen.

Carbin besteht aus einer eindimensionalen Kette von Kohlenstoffatomen, die chemisch reaktiv ist, was die Synthese sehr schwierig macht. Es wird angenommen, dass das unflexible Material doppelt so stark ist wie Kohlenstoffnanoröhren. Carbin kann in der Nanomechanik, Nano- und Mikroelektronik eingesetzt werden.

Aerographit

Airgraphit ist ein synthetischer Schaum, der aus einem Netzwerk poröser Kohlenstoffröhren besteht. Dies ist eines der einfachsten Baumaterialien jemals geschaffen. Aerographit wurde von Forschern der Universität Kiel entwickelt und Technische Universität Hamburg. Aerographit kann in hergestellt werden verschiedene Formen Seine Dichte beträgt nur 180 g/m 3 und ist damit 75-mal leichter als expandiertes Polystyrol. Dieses Material kann in den Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden, um deren Gewicht zu reduzieren.

Airbrush

Es ist auch als Graphen-Aerogel bekannt leichtes Material mit einer Dichte von nur 0,16 mlg/cm 3, was 7,5-mal weniger als die Dichte von Luft ist. Darüber hinaus ist es ein sehr elastisches Material und kann bis zu 900-mal mehr Öl und Wasser aufnehmen, als es wiegt. Diese Eigenschaft von Airgraphen ist sehr wichtig: Es kann Ölverschmutzungen in den Ozeanen absorbieren.

Es hat ähnliche Eigenschaften, die bereits von Forschern aus Argonne getestet werden.

Und es war über 80 Jahre lang das leichteste Material, auch „gefrorener Rauch“ genannt.

Letztes Jahr wurde es durch ein anderes Material namens Aerographit ersetzt. Es handelt sich um einen synthetischen Schaum, der aus röhrenförmigen Kohlenstofffasern besteht. Seine Dichte erreicht 0,18 mg/cm3. Aber dieses Material hielt die Handfläche nicht lange.

Kürzlich wurde ein weiteres Material namens Graphen-Aerogel entwickelt.

Es wurde von einer Gruppe von Wissenschaftlern der Zhejiang-Universität erstellt. Seine Dichte ist geringer als die von Heliumgas und etwas höher als die von Wasserstoffgas. Seine Dichte beträgt 0,16 mg/cm3. Zur Herstellung wurde Graphen verwendet. Wissenschaftler verwendeten die Gefriertrocknungsmethode. Dadurch entstand ein kohlenstoffporöser Schwamm, der der vorgegebenen Form vollständig folgt. Das resultierende Graphen-Aerogel ist nicht nur das leichteste Material, sondern auch extrem stark und elastisch. Es ist in der Lage, organische Materialien aufzunehmen. Beispielsweise nimmt es in einer Sekunde 68,8 g Öl auf, wodurch es zur Beseitigung von Ölverschmutzungen in den Ozeanen eingesetzt werden kann.

„Es ist gut möglich, dass wir eines Tages, wenn es zu einer Ölkatastrophe kommt, dieses Material nutzen können, um es schnell aufzufangen. Aufgrund seiner Elastizität... kann Aerogel recycelt werden.“

Darüber hinaus kann es in Energiespeichersystemen sowie als Katalysator für eine Reihe chemischer Reaktionen eingesetzt werden.

Um zu demonstrieren, wie leicht das Material ist, platzierten Wissenschaftler es auf den Blütenblättern einer Kirschblüte.

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Unter Festigkeit versteht man die Fähigkeit von Werkstoffen, der Zerstörung durch den Einfluss äußerer Kräfte und Faktoren, die zu inneren Spannungen führen, nicht zu erliegen. Für Materialien mit hoher Festigkeit, weites Gebiet Anwendungen. In der Natur existiere ich nicht nur Hartmetalle und langlebige Holzarten, aber auch künstlich hergestellte hochfeste Materialien. Viele Menschen sind zuversichtlich, dass die meisten langlebiges Material In der Welt ist es ein Diamant, aber ist das wirklich so?

Allgemeine Informationen:

Eröffnungsdatum: Anfang der 60er Jahre;

Entdecker - Sladkov, Kudryavtsev, Korshak, Kasatkin;

Dichte – 1,9-2 g/cm3.

Kürzlich haben Wissenschaftler aus Österreich ihre Arbeiten zur Etablierung einer nachhaltigen Produktion von Carbin abgeschlossen, einer allotropen Form von Kohlenstoff, die auf der sp-Hybridisierung von Kohlenstoffatomen basiert. Seine Festigkeitsindikatoren sind 40-mal höher als die von Diamant. Informationen hierzu wurden in einer der Ausgaben der Fachzeitschrift „Nature Materials“ veröffentlicht.

Nach sorgfältiger Untersuchung seiner Eigenschaften erklärten die Wissenschaftler, dass seine Stärke mit keinem zuvor entdeckten und untersuchten Material vergleichbar sei. Der Produktionsprozess stieß jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten: Die Struktur von Carbin wird aus in langen Ketten gesammelten Kohlenstoffatomen gebildet, wodurch es während des Herstellungsprozesses zu zerfallen beginnt.

Um das festgestellte Problem zu beseitigen, haben Physiker der Wiener Staatsuniversität eine spezielle Schutzschicht entwickelt, in der Carbin synthetisiert wurde. Als Schutzbeschichtung Es wurden Schichten aus Graphen verwendet, übereinander gelegt und zu einer „Thermoskanne“ gerollt. Während Physiker hart daran arbeiteten, stabile Formen zu erreichen, entdeckten sie das elektrische Eigenschaften Material wird durch die Länge der Atomkette beeinflusst.

Forscher haben nicht gelernt, wie man Carbin ohne Schaden aus einer Schutzschicht extrahieren kann. Daher wird die Untersuchung des neuen Materials fortgesetzt. Wissenschaftler lassen sich nur von der relativen Stabilität der Atomketten leiten.

Carbyne ist eine wenig erforschte allotrope Modifikation von Kohlenstoff, deren Entdecker sowjetische Chemiker waren: A.M. Kudryavtsev, V.V. Kasatochkin. Informationen zum Ergebnis des Experiments mit ausführliche Beschreibung Die Entdeckung des Materials im Jahr 1967 erschien auf den Seiten einer der größten wissenschaftlichen Zeitschriften – „Berichte der Akademie der Wissenschaften der UdSSR“. 15 Jahre später erschien in der amerikanischen Fachzeitschrift Science ein Artikel, der Zweifel an den Ergebnissen sowjetischer Chemiker aufkommen ließ. Es stellte sich heraus, dass die der wenig untersuchten allotropen Modifikation von Kohlenstoff zugeordneten Signale mit dem Vorhandensein von Silikatverunreinigungen zusammenhängen könnten. Im Laufe der Jahre wurden ähnliche Signale im interstellaren Raum entdeckt.

Allgemeine Informationen:

Entdecker - Geim, Novoselov;

Wärmeleitfähigkeit – 1 TPa.

Graphen ist eine zweidimensionale allotrope Modifikation von Kohlenstoff, bei der die Atome zu einem hexagonalen Gitter zusammengefasst sind. Trotz der hohen Festigkeit von Graphen beträgt die Dicke seiner Schicht 1 Atom.

Die Entdecker des Materials waren die russischen Physiker Andrei Geim und Konstantin Novoselov. Die Wissenschaftler erhielten im eigenen Land keine finanzielle Unterstützung und beschlossen, in die Niederlande und in das Vereinigte Königreich Großbritannien und Nordirland zu ziehen. Im Jahr 2010 wurden Wissenschaftler mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Auf einer Graphenschicht, deren Fläche gleich eins ist Quadratmeter Bei einer Dicke von einem Atom können Gegenstände mit einem Gewicht von bis zu vier Kilogramm frei gehalten werden. Graphen ist nicht nur ein äußerst haltbares Material, sondern auch sehr flexibel. Aus einem Material mit solchen Eigenschaften wird es in Zukunft möglich sein, Fäden und andere Seilstrukturen zu weben, deren Festigkeit der Dicke in nichts nachsteht Stahlseil. Unter bestimmten Bedingungen kann das von russischen Physikern entdeckte Material Schäden an der Kristallstruktur verkraften.

Allgemeine Informationen:

Jahr der Eröffnung: 1967;

Farbe – braun-gelb;

Gemessene Dichte – 3,2 g/cm3;

Härte – 7-8 Einheiten auf der Mohs-Skala.

Die Struktur von Lonsdaleit, der in einem Meteoritenkrater entdeckt wurde, ähnelt der von Diamant; beide Materialien sind allotrope Modifikationen von Kohlenstoff. Höchstwahrscheinlich wurde Graphit, einer der Bestandteile des Meteoriten, durch die Explosion in Lonsdaleit umgewandelt. Zum Zeitpunkt der Entdeckung des Materials hatten Wissenschaftler keine Notiz davon hohe Leistung Es ist jedoch erwiesen, dass der Diamant, wenn er keine Verunreinigungen enthält, der hohen Härte des Diamanten in nichts nachsteht.

Allgemeine Informationen zu Bornitrid:

Dichte – 2,18 g/cm3;

Schmelzpunkt – 2973 Grad Celsius;

Kristallstruktur – sechseckiges Gitter;

Wärmeleitfähigkeit – 400 W/(m×K);

Härte – weniger als 10 Einheiten auf der Mohs-Skala.

Die Hauptunterschiede zwischen Wurtzit-Bornitrid, einer Verbindung aus Bor und Stickstoff, sind die thermischen und chemische Beständigkeit und Feuerbeständigkeit. Das Material kann verschiedene kristalline Formen haben. Graphit zum Beispiel ist das weichste, aber gleichzeitig stabilste Material, das in der Kosmetik verwendet wird. Sphaleritstruktur in Kristallgitterähnlich wie Diamanten, aber schlechter in der Weichheit, bei gleichzeitig besserer chemischer und thermischer Beständigkeit. Diese Eigenschaften von Wurtzit-Bornitrid ermöglichen den Einsatz in Anlagen für Hochtemperaturprozesse.

Allgemeine Informationen:

Härte – 1000 H/m2;

Festigkeit – 4 Gn/m2;

Das Jahr der Entdeckung von metallischem Glas war 1960.

Metallisches Glas ist ein Material mit hoher Härte und einer ungeordneten Struktur auf atomarer Ebene. Der Hauptunterschied zwischen der Struktur von metallischem Glas und gewöhnlichem Glas ist seine hohe elektrische Leitfähigkeit. Solche Materialien werden durch eine Festkörperreaktion, schnelle Abkühlung oder Ionenbestrahlung gewonnen. Wissenschaftler haben gelernt, amorphe Metalle zu erfinden, deren Festigkeit dreimal höher ist als die von Stahllegierungen.

Allgemeine Informationen:

Elastizitätsgrenze – 1500 MPa;

KCU – 0,4–0,6 MJ/m2.

Allgemeine Informationen:

Schlagfestigkeit von KST – 0,25-0,3 MJ/m2;

Elastizitätsgrenze – 1500 MPa;

KCU – 0,4–0,6 MJ/m2.

Maraging-Stähle sind Eisenlegierungen, die eine hohe Schlagzähigkeit aufweisen, ohne ihre Duktilität zu verlieren. Trotz dieser Eigenschaften hält das Material nicht innovativ, auf dem neuesten Stand. Durch Wärmebehandlung gewonnene Legierungen sind kohlenstoffarme Stoffe, die ihre Festigkeit aus intermetallischen Verbindungen beziehen. Die Legierung enthält Nickel, Kobalt und andere karbidbildende Elemente. Diese Sorte Hochfester, hochlegierter Stahl ist aufgrund des geringen Kohlenstoffgehalts in seiner Zusammensetzung leicht zu verarbeiten. Ein Material mit diesen Eigenschaften findet Anwendung in der Luft- und Raumfahrt; es wird als Beschichtung für Raketengehäuse verwendet.

Osmium

Allgemeine Informationen:

Jahr der Eröffnung – 1803;

Die Gitterstruktur ist sechseckig;

Wärmeleitfähigkeit – (300 K) (87,6) W/(m×K);

Schmelzpunkt – 3306 K.

Zur Platingruppe gehört ein glänzendes, bläulich-weißes Metall mit hoher Festigkeit. Osmium mit hoher Atomdichte, außergewöhnlicher Feuerfestigkeit, Sprödigkeit, hoher Festigkeit, Härte und Beständigkeit gegen mechanische Beanspruchung Und aggressiver Einfluss Umfeld, weit verbreitet in der Chirurgie, Instrumentierung, chemischen Industrie, Elektronenmikroskopie, Raketentechnik und elektronische Geräte.

Allgemeine Informationen:

Dichte – 1,3-2,1 t/m3;

Die Festigkeit von Kohlefaser beträgt 0,5–1 GPa;

Der Elastizitätsmodul hochfester Kohlenstofffasern beträgt 215 GPa.

Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe sind Materialien, die aus einer Kohlenstoffmatrix bestehen, die wiederum mit Kohlenstofffasern verstärkt ist. Hauptmerkmale von Verbundwerkstoffen – hohe Festigkeit, Flexibilität und Schlagfestigkeit. Struktur Verbundwerkstoffe kann entweder unidirektional oder dreidimensional sein. Aufgrund dieser Eigenschaften werden Verbundwerkstoffe häufig verwendet verschiedene Bereiche, einschließlich der Luft- und Raumfahrtindustrie.

Allgemeine Informationen:

Das offizielle Entdeckungsjahr der Spinne ist 2010;

>Die Schlagfestigkeit des Vlieses beträgt 350 MJ/m3.

Zum ersten Mal wurde in der Nähe von Afrika, auf dem Inselstaat Madagaskar, eine Spinne entdeckt, die riesige Netze webt. Diese Spinnenart wurde 2010 offiziell entdeckt. Wissenschaftler interessierten sich vor allem für die von Arthropoden gesponnenen Netze. Der Durchmesser der Kreise auf dem Stützfaden kann bis zu zwei Meter betragen. Die Stärke von Darwins Netz übertrifft die von synthetischem Kevlar, das in der Luftfahrt- und Automobilindustrie verwendet wird.

Allgemeine Informationen:

Wärmeleitfähigkeit – 900–2300 W/(m×K);

Schmelzpunkt bei einem Druck von 11 GPa – 3700–4000 Grad Celsius;

Dichte – 3,47–3,55 g/cm3;

Brechungsindex – 2,417-2,419.

Diamant bedeutet aus dem Altgriechischen übersetzt „unzerstörbar“, doch Wissenschaftler haben neun weitere Elemente entdeckt, die ihm in puncto Stärke überlegen sind. Trotz der endlosen Existenz von Diamanten in einer gewöhnlichen Umgebung, wann hohe Temperatur und Inertgas kann es zu Graphit werden. Diamant ist das Referenzelement (auf der Mohs-Skala), das einen der höchsten Härtewerte aufweist. Für ihn, wie für viele Edelsteine, zeichnet sich durch Lumineszenz aus und lässt es leuchten, wenn es Sonnenlicht ausgesetzt wird.