Самый крепкий в мире материал: Создан самый крепкий сплав, известный человечеству — Naked Science

Топ 10 самых прочных металлов в мире

Опубликовано: 11 декабря

Использование металлов в повседневной жизни началось на заре развития человечества. В первую очередь была освоена медь, которая доступна в природе и легко поддается обработке. До сих пор археологи при раскопках находят различные медные изделия и домашнюю утварь. В процессе эволюции люди постепенно учились соединять различные металлы, получая все более прочные сплавы, пригодные для изготовления орудий труда, а позже и оружия. В наше время продолжаются эксперименты, благодаря которым можно выявить самые прочные металлы в мире.

10 Титан

Титан – высокопрочный твердый металл, который сразу же привлек к себе внимание. Свойствами титана являются: высокая удельная прочность; стойкость к высоким температурам; низкая плотность; коррозийная стойкость; механическая и химическая стойкость. Титан применяется в военной промышленности, медицине авиации, кораблестроении, и других сферах производства.

9 Уран

Самый известный элемент, который считается одним из самых прочных металлов в мире, и в нормальных условиях представляет собой слабый радиоактивный металл. В природе находится как в свободном состоянии, так и в кислых осадочных породах. Он достаточно тяжел, широко распространен повсеместно и обладает парамагнитными свойствами, гибкостью, ковкостью, и относительной пластичностью. Уран применяется во многих сферах производства.

8 Вольфрам

Известен как самый тугоплавкий металл из всех существующих, и относится к самым прочным металлам в мире. Представляет собой твердый переходный элемент блестящего серебристо-серого цвета. Обладает высокой прочностью, отличной тугоплавкостью, стойкостью к химическим воздействиям. Благодаря своим свойствам поддается ковке, и вытягивается в тонкую нить. Известен в качестве вольфрамовой нити накаливания.

7 Рений

Среди представителей данной группы считается переходным металлом высокой плотности серебристо-белого цвета. В природе встречается в чистом виде, однако встречается в молибденовом и медном сырье. Отличается высокой твердостью и плотностью, и имеет отличную тугоплавкость. Обладает повышенной прочностью, которая не теряется при многократных перепадах температур. Рений относится к дорогим металлам и имеет высокую стоимость. Используется в современной технике и электронике.

6 Осмий

Блестящий серебристо-белый металл со слегка голубоватым отливом, относится к платиновой группе и считается одним из самых прочных металлов в мире. Аналогично иридию имеет высокую атомную плотность высокую прочность и твердость. Поскольку осмий относится к платиновым металлам, имеет схожие с иридием свойства: тугоплавкость, твердость, хрупкость, стойкость к механическим воздействиям, а также к влиянию агрессивных сред. Нашел широкое применение в хирургии, электронной микроскопии, химической промышленности, ракетной технике, электронной аппаратуре.

5 Бериллий

Относится к группе металлов, и представляет собой элемент светло-серого цвета, обладающий относительной твердостью и высокой токсичностью. Благодаря своим уникальным свойствам бериллий применяется в самых различных сферах производства: ядерной энергетике; аэрокосмической технике; металлургии; лазерной технике; атомной энергетике. Из-за высокой твердости бериллий используется при производстве легирующих сплавов, огнеупорных материалов.

4 Хром

Следующим среди самых прочных металлов в мире является хром – твердый, высокопрочный металл голубовато-белого цвета, стойкий к воздействию щелочей и кислот. В природе встречается в чистом виде и широко применяется в различных отраслях науки, техники и производства. Хром используется для создания различных сплавов, которые используются при изготовлении медицинского, а также химического технологического оборудования. В соединении с железом образует сплав феррохром, который используется при изготовлении металлорежущих инструментов.

3 Тантал

Тантал является одним из самых прочных металлов в мире. Он представляет собой серебристый металл с высокой твердостью и атомной плотностью. Благодаря образованию на его поверхности оксидной пленки, имеет свинцовый оттенок. Отличительными свойствами тантала являются высокая прочность, тугоплавкость, стойкость к коррозии, воздействию агрессивных сред. Металл является достаточно пластичным металлом и легко поддается механической обработке. Сегодня тантал успешно используется: в химической промышленности; при сооружении ядерных реакторов; в металлургическом производстве; при создании жаропрочных сплавов.

2 Рутений

Рутений – серебристый металл, принадлежащий к платиновой группе. Его особенностью является наличие в составе мышечной ткани живых организмов. Ценными свойствами рутения являются высокая прочность, твердость, тугоплавкость, химическая стойкость, способность образовывать комплексные соединения. Рутений считается катализатором многих химических реакций, выступает в роли материала для изготовления электродов, контактов, острых наконечников.

1 Иридий

Самый прочный металл – иридий – серебристо-белый, твердый и тугоплавкий, который относится к платиновой группе. В природе высокопрочный элемент встречается крайне редко, и часто входит в соединение с осмием. Из-за своей природной твердости он плохо поддается механической обработке и обладает высокой стойкостью к воздействию химический веществ. Иридий с большим трудом реагирует на воздействие галогенов и перекиси натрия. Этот металл играет важную роль в повседневной жизни. Его добавляют к титану, хрому и вольфраму для улучшения стойкости к кислым средам, применяют при изготовлении канцелярских принадлежностей, используют в ювелирном деле для создания ювелирных изделий. Стоимость иридия остается высокой из-за ограниченного присутствия в природе.

Источник

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.

Самый крепкий металл в мире. Как называется самый крепкий металл в мире? Характеристики металла

Окружающий нас мир таит в себе еще множество загадок, но даже давно известные ученым явления и вещества не перестают удивлять и восторгать. Мы любуемся яркими красками, наслаждаемся вкусами и используем свойства всевозможных веществ, делающих нашу жизнь комфортнее, безопаснее и приятнее. В поисках самых надежных и крепких материалов человек совершил немало восторгающих открытий, и перед вами подборка как раз из 25 таких уникальных соединений!

25. Алмазы

Об этом точно знают если не все, то почти все. Алмазы – это не только одни из самых почитаемых драгоценных камней, но и один из самых твердых минералов на Земле. По шкале Мооса (шкала твёрдости, в которой оценка дается по реакции минерала на царапание) алмаз числится на 10 строчке. Всего в шкале 10 позиций, и 10-ая – последняя и самая твердая степень. Алмазы такие твердые, что поцарапать их можно разве что другими алмазами.

24. Ловчие сети паука вида Caerostris darwini

Фото: pixabay

В это сложно поверить, но сеть паука Caerostris darwini (или паук Дарвина) крепче стали и тверже кевлара. Эту паутину признали самым твердым биологическим материалом в мире, хотя сейчас у нее уже появился потенциальный конкурент, но данные еще не подтверждены. Паучье волокно проверили на такие характеристики, как разрушающая деформация, ударная вязкость, предел прочности и модуль Юнга (свойство материала сопротивляться растяжению, сжатию при упругой деформации), и по всем этим показателям паутина проявила себя удивительнейшим образом. Вдобавок ловчая сеть паука Дарвина невероятно легкая. Например, если волокном Caerostris darwini обернуть нашу планету, вес такой длинной нити составит всего 500 граммов. Таких длинных сетей не существует, но теоретические подсчеты просто поражают!

23. Аэрографит

Фото: BrokenSphere

Эта синтетическая пена – один из самых легких волокнистых материалов в мире, и она представляет собой сеть углеродных трубочек диаметром всего в несколько микронов. Аэрографит в 75 раз легче пенопласта, но при этом намного прочнее и пластичнее. Его можно сжать до размеров, в 30 раз меньших первоначального вида, без какого-либо вреда для его чрезвычайно эластичной структуры. Благодаря этому свойству аэрографитная пена может выдержать нагрузку, в 40 000 раз превышающую ее собственный вес.

22. Палладиевое металлическое стекло

Фото: pixabay

Команда ученых их Калифорнийского технического института и Лаборатории Беркли (California Institute of Technology, Berkeley Lab) разработала новый вид металлического стекла, совместивший в себе практически идеальную комбинацию прочности и пластичности. Причина уникальности нового материала кроется в том, что его химическая структура успешно скрадывает хрупкость существующих стеклообразных материалов и при этом сохраняет высокий порог выносливости, что в итоге значительно увеличивает усталостную прочность этой синтетической структуры.

21. Карбид вольфрама

Фото: pixabay

Карбид вольфрама – это невероятно твердый материал, обладающий высокой износостойкостью. В определенных условиях это соединение считается очень хрупким, но под большой нагрузкой оно показывает уникальные пластические свойства, проявляющиеся в виде полос скольжения. Благодаря всем этим качествам карбид вольфрама используется в изготовлении бронебойных наконечников и различного оборудования, включая всевозможные резцы, абразивные диски, свёрла, фрезы, долота для бурения и другие режущие инструменты.

20. Карбид кремния

Фото: Tiia Monto

Карбид кремния – один из основных материалов, используемых для производства боевых танков. Это соединение известно своей низкой стоимостью, выдающейся тугоплавкостью и высокой твердостью, и поэтому оно часто используется в изготовлении оборудования или снаряжения, которое должно отражать пули, разрезать или шлифовать другие прочные материалы. Из карбида кремния получаются отличные абразивы, полупроводники и даже вставки в ювелирные украшения, имитирующие алмазы.

19. Кубический нитрид бора

Фото: wikimedia commons

Кубический нитрид бора – это сверхтвердый материал, по своей твердости схожий с алмазом, но обладающий и рядом отличительных преимуществ – высокой температурной устойчивости и химической стойкости. Кубический нитрид бора не растворяется в железе и никеле даже под воздействием высоких температур, в то время как алмаз в таких же условиях вступает в химические реакции достаточно быстро. На деле это выгодно для его использования в промышленных шлифовальных инструментах.

18. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ), марка волокон «Дайнима» (Dyneema)

Фото: Justsail

Полиэтилен с высоким модулем упругости обладает чрезвычайно высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения и высокой вязкостью разрушения (низкотемпературная надёжность). Сегодня его считают самым прочным волокнистым веществом в мире. Самое удивительное в этом полиэтилене то, что он легче воды и одновременно может останавливать пули! Тросы и канаты из волокон Дайнима не тонут в воде, не нуждаются в смазке и не меняют свои свойства при намокании, что очень актуально для судостроения.

17. Титановые сплавы

Фото: Alchemist-hp (pse-mendelejew.de)

Титановые сплавы невероятно пластичные и демонстрируют удивительную прочность во время растяжения. Вдобавок они обладают высокой жаропрочностью и коррозионной стойкостью, что делает их крайне полезными в таких областях, как авиастроение, ракетостроение, судостроение, химическое, пищевое и транспортное машиностроение.

16. Сплав Liquidmetal

Фото: pixabay

Разработанный в 2003 году в Калифорнийском техническом институте (California Institute of Technology), этот материал славится своей силой и прочностью. Название соединения ассоциируется с чем-то хрупким и жидким, но при комнатной температуре оно на самом деле необычайно твердое, износостойкое, не боится коррозии и при нагревании трансформируется, как термопласты. Основными сферами применения пока что являются изготовление часов, клюшек для гольфа и покрытий для мобильных телефонов (Vertu, iPhone).

15. Наноцеллюлоза

Фото: pixabay

Наноцеллюлозу выделяют из древесного волокна, и она представляет собой новый вид деревянного материала, который прочнее даже стали! Вдобавок наноцеллюлоза еще и дешевле. Инновация имеет большой потенциал и в будущем может составить серьезную конкуренцию стеклу и углеволокну. Разработчики считают, что этот материал вскоре будет пользоваться большим спросом в производстве армейской брони, супергибких экранов, фильтров, гибких батареек, абсорбирующих аэрогелей и биотоплива.

14. Зубы улиток вида «морское блюдечко»

Фото: pixabay

Ранее мы уже рассказали вам о ловчей сети паука Дарвина, которую некогда признали самым прочным биологическим материалом на планете. Однако недавнее исследование показало, что именно морского блюдечка – наиболее прочная из известных науке биологических субстанций. Да-да, эти зубки прочнее паутины Caerostris darwini. И это неудивительно, ведь крошечные морские создания питаются водорослями, растущими на поверхности суровых скал, и чтобы отделить пищу от горной породы, этим зверькам приходится потрудиться. Ученые полагают, что в будущем мы сможем использовать пример волокнистой структуры зубов морских блюдечек в машиностроительной промышленности и начнем строить автомобили, лодки и даже воздушные суда повышенной прочности, вдохновившись примером простых улиток.

13. Мартенситно-стареющая сталь

Фото: pixabay

Мартенситно-стареющая сталь – это высокопрочный и высоколегированный сплав, обладающий превосходной пластичностью и вязкостью. Материал широко распространен в ракетостроении и используется для изготовления всевозможных инструментов.

12. Осмий

Фото: Periodictableru / www.periodictable.ru

Осмий – невероятно плотный элемент, и благодаря своей твердости и высокой температуре плавления он с трудом поддается механической обработке. Именно поэтому осмий используют там, где долговечность и прочность ценятся больше всего. Сплавы с осмием встречаются в электрических контактах, ракетостроении, военных снарядах, хирургических имплантатах и применяются еще во многих других областях.

11. Кевлар

Фото: wikimedia commons

Кевлар – это высокопрочное волокно, которое можно встретить в автомобильных шинах, тормозных колодках, кабелях, протезно-ортопедических изделиях, бронежилетах, тканях защитной одежды, судостроении и в деталях беспилотных летательных аппаратов. Материал стал практически синонимом прочности и представляет собой вид пластика с невероятно высокой прочностью и эластичностью. Предел прочности кевлара в 8 раз выше, чем у стального провода, а плавиться он начинает при температуре в 450℃.

10. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности, марка волокон «Спектра» (Spectra)

Фото: Tomas Castelazo, www.tomascastelazo.com / Wikimedia Commons

СВМПЭ – это по сути очень прочный пластик. Спектра, марка СВМПЭ, – это в свою очередь легкое волокно высочайшей износостойкости, в 10 раз превосходящее по этому показателю сталь. Как и кевлар, спектра используется в изготовлении бронежилетов и защитных шлемов. Наряду с СВМПЭ марки дайнимо спектра популярна в судостроении и транспортной промышленности.

9. Графен

Фото: pixabay

Графен – это аллотропная модификация углерода, и его кристаллическая решетка толщиной всего в один атом настолько прочная, что она в 200 раз тверже стали. Графен с виду похож на пищевую пленку, но порвать его – практически непосильная задача. Чтобы пробить графеновый лист насквозь, вам придется воткнуть в него карандаш, на котором должен будет балансировать груз весом с целый школьный автобус. Удачи!

8. Бумага из углеродных нанотрубок

Фото: pixabay

Благодаря нанотехнологиям ученым удалось сделать бумагу, которая в 50 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Листы из углеродных нанотрубок в 10 раз легче стали, но удивительнее всего то, что по прочности они превосходят в целых 500 раз! Макроскопические пластины из нанотрубок наиболее перспективны для изготовления электродов суперконденсаторов.

7. Металлическая микрорешетка

Фото: pixabay

Перед вами самый легкий в мире металл! Металлическая микрорешетка – это синтетический пористый материал, который в 100 раз легче пенопласта. Но пусть его внешний вид не вводит вас в заблуждение, ведь эти микрорешетки заодно и невероятно прочные, благодаря чему они обладают большим потенциалом для использования во всевозможных инженерных областях. Из них можно изготавливать превосходные амортизаторы и тепловые изоляторы, а удивительная способность этого металла сжиматься и возвращаться в своё первоначальное состояние позволяет использовать его для накопления энергии. Металлические микрорешетки также активно применяются в производстве различных деталей для летательных аппаратов американской компании Boeing.

6. Углеродные нанотрубки

Фото: User Mstroeck / en.wikipedia

Выше мы уже рассказывали про сверхпрочные макроскопические пластины из углеродных нанотрубок. Но что же это за материал такой? По сути это свернутые в трубку графеновые плоскости (9-ый пункт). В результате получается невероятно легкий, упругий и прочный материал широкого спектра применения.

5. Аэрографен

Фото: wikimedia commons

Известный также как графеновый аэрогель, этот материал чрезвычайно легкий и прочный одновременно. В новом виде геля жидкая фаза полностью заменена на газообразную, и он отличается сенсационной твердостью, жаропрочностью, низкой плотностью и низкой теплопроводностью. Невероятно, но графеновый аэрогель в 7 раз легче воздуха! Уникальное соединение способно восстанавливать свою изначальную форму даже после 90% сжатия и может впитывать такое количество масла, которое в 900 раз превышает вес используемого для абсорбции аэрографена. Возможно, в будущем этот класс материалов поможет в борьбе с такими экологическими катастрофами, как разливы нефти.

4. Материал без названия, разработка Массачусетского технологического института (MIT)

Фото: pixabay

Пока вы читаете эти строки, команда ученых из MIT работает над усовершенствованием свойств графена. Исследователи заявили, что им уже удалось преобразовать двумерную структуру этого материала в трехмерную. Новая графеновая субстанция еще не получила своего названия, но уже известно, что ее плотность в 20 раз меньше, чем у стали, а ее прочность в 10 раз выше аналогичной характеристики стали.

3. Карбин

Фото: Smokefoot

Хоть это и всего лишь линейные цепочки атомов углерода, карбин обладает в 2 раза более высоким пределом прочности, чем графен, и он в 3 раза жестче алмаза!

2. Нитрид бора вюрцитной модификации

Фото: pixabay

Это недавно открытое природное вещество формируется во время вулканических извержений, и оно на 18% тверже алмазов. Впрочем, алмазы оно превосходит еще по целому ряду других параметров. Вюрцитный нитрид бора – одна из всего 2 натуральных субстанций, обнаруженных на Земле, которая тверже алмаза. Проблема в том, что таких нитридов в природе очень мало, и поэтому их непросто изучать или применять на практике.

1. Лонсдейлит

Фото: pixabay

Известный также как алмаз гексагональный, лонсдейлит состоит из атомов углерода, но в случае данной модификации атомы располагаются несколько иначе. Как и вюрцитный нитрид бора, лонсдейлит – превосходящая по твердости алмаз природная субстанция. Причем этот удивительный минерал тверже алмаза на целых 58%! Подобно нитриду бора вюрцитной модификации, это соединение встречается крайне редко. Иногда лонсдейлит образуется во время столкновения с Землей метеоритов, в состав которых входит графит.

С детских лет мы знаем, что самый прочный металл — это сталь. Все железное у нас ассоциируется ней.

Железный человек, железная леди, стальной характер. Произнося эти фразы, мы подразумеваем невероятную прочность, силу, твердость.

Продолжительное время в производстве и вооружении основным материалом была сталь. Но сталь — не металл. Если точнее, то не совсем чистый металл. Это с углеродом, в котором присутствуют и другие металлические добавки. Применяя добавки, т.е. изменяют ее свойства. После этого она подвергается обработке. Сталеварение — это целая наука.

Самый прочный металл получается при введении в сталь соответствующих лигатур. Это может быть хром, который придает и жаростойкость, никель, делающий сталь твердой и эластичной и т.д.

По некоторым позициям сталь начал вытеснять алюминий. Время шло, росли скорости. Не выдерживал и алюминий. Пришлось обратиться к титану.

Да-да, ведь титан — самый прочный металл. Для придания стали высоких прочностных характеристик в нее начали добавлять титан.

Его открыли в XVIII веке. Из-за хрупкости его применить было невозможно. Со временем, получив чистый титан, инженеры и конструкторы заинтересовались его высокой удельной прочностью, малой плотностью, стойкостью к коррозии и высоким температурам. Его физическая крепость превосходит прочность железа в несколько раз.

Инженеры стали добавлять титан в сталь. Получился самый прочный металл, который нашел применение в среде сверхвысоких температур. На то время их не выдерживал ни один другой сплав.

Если представить самолет, который летит в три раза быстрее, чем можно представить, как разогревается обшивочный металл. Листовой металл обшивки самолета в таких условиях разогревается до +3000С.

Сегодня титан применяют неограниченно во всех сферах производства. Это медицина, авиастроение, производство кораблей.

Со всей очевидностью можно сказать, что в скором будущем титану придется подвинуться.

Учеными из США, в лабораториях Техасского университета в городе Остин, открыт самого тонкого и самого прочного материала на Земле. Назвали его — графен.

Вообразите себе пластину, толщина которой равна толщине одного атома. Но такая пластина прочнее алмаза и в сто раз лучше пропускает электрический ток, чем компьютерные чипы из кремния.

Графен — материал с поражающими свойствами. Он скоро покинет лаборатории и по праву займет свое место среди самых прочных материалов Вселенной.

Даже невозможно себе представить, что нескольких граммов графена будет достаточно, чтобы покрыть поле для игры в футбол. Вот это металл. Трубы из такого материала можно будет укладывать вручную без применения подъемно-транспортных механизмов.

Графен, как и алмаз — это чистейший углерод. Его гибкость поражает. Такой материал легко сгибается, прекрасно складывается и отлично сворачивается в рулон.

К нему уже начали присматриваться производители сенсорных экранов, солнечных батарей, сотовых телефонов, и, наконец, суперскоростных компьютерных чипов.

Металлы использовались человеком еще на заре цивилизации. Одним из первых известных была медь, благодаря своей легкости в обработке и широкой распространенности. Археологи находили в процессе раскопок тысячи медных изделий. Прогресс не стоит на месте, и вскоре человечество научилось производить прочные сплавы, чтобы изготавливать оружие и сельскохозяйственные инструменты. По сей день эксперименты с металлами не прекращаются, так что стало возможным выявить, какой самый прочный металл в мире.

Итак, самый прочный металл ‒ это иридий. Получают его путем выпадения осадка от растворения платины в серной кислоте. По прошествии реакции вещество приобретает черный цвет, в дальнейшем в процессе различных соединений может менять цвет: отсюда и название, в переводе означающее «радуга». Иридий открыли в начале XIX века, и с тех пор было найдено всего два способа растворить его: расплавленная щелочь и перекись натрия.

Иридий очень редко встречается в природе, в составе земли его количество не превышает 1 к 1 000 000 000. Вследствие этого, одна унция материала стоит как минимум 1000 долларов.

Иридий широко применяется в разных сферах деятельности человека, особенно в медицине. Из него производят глазные протезы, слуховые аппараты, электроды для мозга, а также специальные капсулы, которые вживляют в раковые опухоли.

По теории ученых, столь малое количество вещества говорит о том, что оно имеет инопланетное происхождение, а именно, принесено каким-либо астероидом.

Другой самый крепкий металл в мире, наименование которого произошло от названия нашей страны. Впервые его обнаружили на Урале. Вернее там нашли платину, в составе которой русские ученые позднее выявили новый металл. Это было 200 лет назад.

Благодаря своей красоте рутений нередко применяется в ювелирном деле, но не в чистом виде, ведь он очень редок

Рутений относится к благородным металлам. Он обладает не только твердостью, но и красотой. По твердости он лишь немного уступает кварцу. Но при этом он весьма хрупкий, его легко раскрошить в порошок или разбить, уронив с высоты. Кроме того, это самый легкий и прочный металл, его плотность едва ли составляет тринадцать граммов на сантиметр в кубе.

При всем своем плохом сопротивлении ударам рутений прекрасно противостоит высоким температурам. Чтобы его расплавить, необходимо нагреть более чем до 2300 градусов. Если сделать это при помощи электрической дуги, вещество может перейти сразу в газообразное состояние, миновав стадию жидкости.

В составе сплавов его применение чрезвычайно широко, даже в космической механике, к примеру, сплавы металлов рутения и платины были избраны для изготовления топливных элементов для искусственных спутников Земли.

Первым на Земле этот металл открыл шведский ученый Экеберг. Но выделить его в чистом виде химику так и не удалось, с этим возникли трудности, поэтому он и получил название греческого героя мифов, Тантала. Активно использоваться тантал начал лишь в период Второй мировой войны.

Тантал ‒ твердый долговечный металл серебристого цвета, при обычной температуре проявляет мало активности, окисляется лишь при нагреве свыше 280°С, а плавится лишь при почти 3300 Кельвин.

Невзирая на свою прочность, тантал довольно пластичен, приблизительно как золото, и работа с ним не вызывает затруднений

Допускается использование тантала в качестве заменителя нержавеющих сталей, срок службы может отличаться на целых двадцать лет.

Также тантал применяется:

• в авиации для изготовления жаропрочных деталей;
• в химии в составе антикоррозийных сплавов;
• в ядерной энергетике, поскольку он крайне устойчив к парам цезия;
• медицине для изготовления имплантатов и протезов;
• в вычислительной технике для производства сверхпроводников;
• в военном деле для разного рода снарядов;
• в ювелирном деле, поскольку при окислении он может приобретать различные оттенки.

Этот металл считается биогенным, значит, способен положительно влиять на живые организмы. К примеру, количество хрома регулирует уровень холестерина. Если хрома в организме меньше шести миллиграммов, то это приводит к резкому увеличению холестерина в крови. Получить ионы хрома можно, к примеру, из перловки, утятины, печёнки или свёклы.
Хром тугоплавок, не реагирует на влагу и не окисляется (только при нагревании выше 600°С).

Металл активно используют для создания хромированных покрытий, зубных коронок

Этот долговечный металл ранее назывался глюцинием, потому что люди отметили его сладковатый вкус. Кроме того, у этого вещества еще много удивительных свойств. Он неохотно вступает в химические реакции. Чрезвычайно прочен: опытным путем установлено, что бериллиевая проволока толщиной в миллиметр способна удержать на весу взрослого человека. Для сравнения, алюминиевая проволока выдерживает лишь двенадцать килограммов.

Бериллий очень ядовит. При попадании в организм он способен заменять магний в костях, это состояние носит название бериллиоз. Он сопровождается сухим кашлем и отечностью легких, может привести к смерти. Ядовитость, пожалуй, единственный существенный недостаток бериллия для человека. В остальном же у него масса плюсов и масса способов применения: тяжелая промышленность, ядерное топливо, авиация и космонавтика, металлургия, медицина.

Бериллий очень легок, в сравнении с некоторыми щелочными металлами

Этот прочный металл еще более дорогой, чем иридий (а уступает лишь калифорнию). Однако применяется он в таких областях, где важнее результат, чем затраты на него: для производства медицинского оборудования в самые лучшие мировые клиники. Кроме того, может использоваться для изготовления электрических контактов, деталей измерительной техники и дорогих часов вроде «Ролекс», электронных микроскопов, военных боеголовок. Благодаря осмию они становятся прочнее и выдерживают более высокие температуры, вплоть до экстремальных.

Осмий не встречается в природе самостоятельно, только в паре с родием, так что после добычи предстоит задача разделить их атомы. Реже встречается осмий в «комплекте» с платиной, медью и некоторыми другими рудами.

В год на планете вырабатывается лишь несколько десятков килограммов вещества

Этот металл обладает очень прочной структурой. Сам он беловатого цвета, а при измельчении в порошок становится черным. Металл очень редок и добывается в совокупности с другими рудами и минералами. Концентрация рения в природе ничтожно мала.

Из-за невероятной дороговизны вещество используются лишь в случаях крайней необходимости. Ранее его сплавы благодаря своей жаростойкости использовались в авиации и ракетостроении, в том числе для оснащения сверхзвуковых истребителей. Именно эта сфера и была основным пунктом мирового потребления рения, сделав его материалом военно-стратегического назначения.

Из рения делают нити накаливания и пружины для измерительных приборов, самоочищающиеся контакты и специальные катализаторы, необходимые для получения бензина. Именно это в последние годы повысило спрос на рений в разы. Мировой рынок готов буквально сражаться за этот редкий металл.

Во всем мире есть лишь одно его полноценное месторождение, и находится оно в России, второе, гораздо меньше, — в Финляндии

Ученые изобрели новое вещество, которое по своим свойствам может стать прочнее известных металлов. Его назвали «Ликвид-металл». Эксперименты с ним начались совсем недавно, но он уже зарекомендовал себя. Вполне возможно, в скором времени «Ликвид-металл» потеснит так хорошо известные нам металлы.

Использование металлов в повседневной жизни началось на заре развития человечества, и первым металлом являлась медь, поскольку является доступной в природе и легко поддается обработке. Недаром археологи при раскопках находят различные изделия и домашнюю утварь из этого металла. В процессе эволюции люди постепенно учились соединять различные металлы, получая все более прочные сплавы, пригодные для изготовления орудий труда, а позже и оружия. В наше время продолжаются эксперименты, благодаря которым можно выявить самые прочные металлы в мире.

Открывает наш рейтинг титан – высокопрочный твердый металл, который сразу же привлек к себе внимание. Свойствами титана являются: высокая удельная прочность; стойкость к высоким температурам; низкая плотность; коррозийная стойкость; механическая и химическая стойкость

9 Уран
Самый известный элемент, который считается одним из самых прочных металлов в мире, и в нормальных условиях представляет собой слабый радиоактивный металл. В природе находится как в свободном состоянии, так и в кислых осадочных породах. Он достаточно тяжел, широко распространен повсеместно и обладает парамагнитными свойствами, гибкостью, ковкостью, и относительной пластичностью. Уран применяется во многих сферах производства.

8 Вольфрам

Известен как самый тугоплавкий металл из всех существующих, и относится к самым прочным металлам в мире. Представляет собой твердый переходный элемент блестящего серебристо-серого цвета. Обладает высокой прочностью, отличной тугоплавкостью, стойкостью к химическим воздействиям. Благодаря своим свойствам поддается ковке, и вытягивается в тонкую нить. Известен в качестве вольфрамовой нити накаливания.

Среди представителей данной группы считается переходным металлом высокой плотности серебристо-белого цвета. В природе встречается в чистом виде, однако встречается в молибденовом и медном сырье. Отличается высокой твердостью и плотностью, и имеет отличную тугоплавкость. Обладает повышенной прочностью, которая не теряется при многократных перепадах температур. Рений относится к дорогим металлам и имеет высокую стоимость. Используется в современной технике и электронике.

Блестящий серебристо-белый металл со слегка голубоватым отливом, относится к платиновой группе и считается одним из самых прочных металлов в мире. Аналогично иридию имеет высокую атомную плотность высокую прочность и твердость. Поскольку осмий относится к платиновым металлам, имеет схожие с иридием свойства: тугоплавкость, твердость, хрупкость, стойкость к механическим воздействиям, а также к влиянию агрессивных сред. Нашел широкое применение в хирургии, электронной микроскопии, химической промышленности, ракетной технике, электронной аппаратуре.

5 Бериллий
Относится к группе металлов, и представляет собой элемент светло-серого цвета, обладающий относительной твердостью и высокой токсичностью. Благодаря своим уникальным свойствам бериллий применяется в самых различных сферах производства: ядерной энергетике; аэрокосмической технике; металлургии; лазерной технике; атомной энергетике. Из-за высокой твердости бериллий используется при производстве легирующих сплавов, огнеупорных материалов.

4 Хром
Следующим в десятке самых прочных металлов в мире является хром – твердый, высокопрочный металл голубовато-белого цвета, стойкий к воздействию щелочей и кислот. В природе встречается в чистом виде и широко применяется в различных отраслях науки, техники и производства. Хром Используется для создания различных сплавов, которые используются при изготовлении медицинского, а также химического технологического оборудования. В соединении с железом образует сплав феррохром, который используется при изготовлении металлорежущих инструментов.

Бронзу в рейтинге заслуживает тантал, поскольку является одним из самых прочных металлов в мире. Он представляет собой серебристый металл с высокой твердостью и атомной плотностью. Благодаря образованию на его поверхности оксидной пленки, имеет свинцовый оттенок. Отличительными свойствами тантала являются высокая прочность, тугоплавкость, стойкость к коррозии, воздействию агрессивных сред. Металл является достаточно пластичным металлом и легко поддается механической обработке. Сегодня тантал успешно используется: в химической промышленности; при сооружении ядерных реакторов; в металлургическом производстве; при создании жаропрочных сплавов.

2 Рутений

Вторую строчку рейтинга самых прочных металлов в мире занимает рутений – серебристый металл, принадлежащий к платиновой группе. Его особенностью является наличие в составе мышечной ткани живых организмов. Ценными свойствами рутения являются высокая прочность, твердость, тугоплавкость, химическая стойкость, способность образовывать комплексные соединения. Рутений считается катализатором многих химических реакций, выступает в роли материала для изготовления электродов, контактов, острых наконечников.

1 Иридий
Рейтинг самых прочных металлов в мире возглавляет именно иридий – серебристо-белый, твердый и тугоплавкий металл, который относится к платиновой группе. В природе высокопрочный элемент встречается крайне редко, и часто входит в соединение с осмием. Из-за своей природной твердости он плохо поддается механической обработке и обладает высокой стойкостью к воздействию химический веществ. Иридий с большим трудом реагирует на воздействие галогенов и перекиси натрия. Этот металл играет важную роль в повседневной жизни. Его добавляют к титану, хрому и вольфраму для улучшения стойкости к кислым средам, применяют при изготовлении канцелярских принадлежностей, используют в ювелирном деле для создания ювелирных изделий. Стоимость иридия остается высокой из-за ограниченного присутствия в природе.

Наш мир полон удивительных фактов, которые интересны множеству людей. Не являются исключением и свойства различных металлов. Среди этих элементов, которых в мире насчитывается 94, есть самые пластичные и ковкие, есть также с высокой электропроводностью или с большим коэффициентом сопротивления. В этой статье речь пойдет о самых твердых металлах, а также об их уникальных свойствах.

Первенство в перечне металлов, отличающихся наибольшей твердостью, занимает иридий. Его открыл в начале XIX века химик из Англии Смитсон Теннант. Иридий обладает следующими физическими свойствами:

• имеет серебристо-белый цвет;
• температура его плавления – 2466 о С;
• температура кипения – 4428 о С;
• сопротивление – 5,3·10−8Ом·м.

Поскольку иридий является твердейшим металлом на планете, он с трудом поддается обработке. Но его все же применяют в различных промышленных сферах. К примеру, из него изготавливаются небольшие шарики, которые используются в перьях для ручек. Из иридия изготавливают комплектующие к космическим ракетам, некоторые детали для автомобилей и другое.

В природе встречается очень мало иридия. Находки этого металла являются своего рода свидетельством того, что в месте, где он был обнаружен, падали метеориты. Эти космические тела содержат значительное количество металла. Ученые полагают, что наша планета также богата иридием, но его залежи находятся ближе к ядру Земли.

Вторая позиция в нашем списке достается рутению. Открытие этого инертного металла серебристого цвета принадлежит русскому химику Карлу Клаусу, которое было сделано в 1844 году. Этот элемент относится к платиновой группе. Он является редким металлом. Ученым удалось установить, что всего на планете имеется примерно 5 тыс. тонн рутения. В год удается добыть примерно 18 тонн металла.

Из-за ограниченного количества и высокой стоимости рутений редко применяется в промышленности. Его используют в следующих случаях:

• его небольшое количество добавляют в титан, чтобы улучшить коррозийные свойства;
• из его сплава с платиной делают электрические контакты, отличающиеся высокой стойкостью;
• рутений часто используют в качестве катализатора для химических реакций.

Открытому в 1802 гуду металлу, названному танталом, достается третье место в нашем списке. Его обнаружил шведский химик А. Г. Экеберг. Долгое время считалось, что тантал тождественен ниобию. Но немецкому химику Генриху Розе удалось доказать, что это два разных элемента. Выделить тантал в чистом виде смог ученый Вернер Болтон из Германии в 1922 году. Это очень редкий металл. Больше всего залежей танталовой руды было обнаружено в Западной Австралии.

Благодаря своим уникальным свойствам, тантал является очень востребованным металлом. Он применяется в различных сферах:

• в медицине из тантала изготавливают проволоку и другие элементы, которые могут скреплять ткани и даже выступать заменителем кости;
• сплавы с этим металлом устойчивы к агрессивной среде, благодаря чему они используются при изготовлении авиакосмической техники и электроники;
• тантал также применяют для создания энергии в атомных реакторах;
• элемент широко применяется в химической промышленности.

Одним из самых твердых металлов является и хром. Его открыли в России в 1763 году в месторождении Северного Урала. Он имеет голубовато-белый цвет, хотя бывают случаи, что его считают черным металлом. Хром нельзя назвать редким металлом. Его залежами богаты следующие страны:

• Казахстан;
• Россия;
• Мадагаскар;
• Зимбабве.

Месторождения хрома есть и в других государствах. Этот металл широко применяется в различных отраслях металлургии, науки, машиностроения и других.

Пятая позиция в списке наиболее твердых металлов досталась бериллию. Его открытие принадлежит химику Луи Никола Воклену из Франции, которое было сделано в 1798 году. Этот металл имеет серебристо-белый цвет. Несмотря на свою твердость, бериллий является хрупким материалом, что сильно усложняет его обработку. Его применяют для создания высококачественных громкоговорителей. Он применяется для создания реактивного топлива, огнеупорных материалов. Металл широко используется при создании аэрокосмической техники и лазерных установок. Он также применяется в атомной энергетике и при изготовлении рентгенотехники.

В список твердейших металлов также входит осмий. Он является элементом, входящим в платиновую группу, и по своим свойствам схож с иридием. Этот тугоплавкий металл устойчив к воздействиям агрессивной среды, имеют большую плотность, и плохо поддается обработке. Открыл его ученый Смитсон Теннант из Англии в 1803 году. Этот металл широко применяется в медицине. Из него изготовлены элементы электрокардиостимуляторов, он также применяется при создании клапана легочного ствола. Он широко применяется также в химической промышленности и в военных целях.

Переходному серебристому металлу рению достается седьмая позиция в нашем списке. Предположение о существовании этого элемента были сделаны Д. И. Менделеевым в 1871 году, а открыть его удалось химикам из Германии в 1925 году. Уже через 5 лет после этого удалось наладить добычу этого редкого, прочного и тугоплавкого металла. На то время за год удавалось получить 120 кг рения. Сейчас количество ежегодной добычи металла увеличилось до 40 тонн. Он применяется для производства катализаторов. Из него также изготавливают электрические контакты, способные самоочищаться.

Серебристо-серый вольфрам является не только одним из наиболее твердых металлов, он также лидирует по тугоплавкости. Его удается расплавить только при температуре в 3422 о С. Благодаря такому свойству он используется для создания элементов накаливания. Сплавы из этого элемента обладают высокой прочностью и часто применяются в военных целях. Вольфрам также используется для производства хирургических инструментов. Из него также изготавливают контейнеров, в которых хранят радиоактивные материалы.

Одним из наиболее твердых металлов является уран. Его открыл в 1840 году химик Пелиго. Большой вклад в изучение свойств этого металла сделал Д. И. Менделеев. Радиоактивные свойства урана были выявлены ученым А. А. Беккерелем в 1896 году. Тогда химик из Франции выявленные излучения металла назвал лучами Беккереля. Уран часто встречается в природе. Странами, имеющими наибольшие месторождения урановой руды, являются Австралия, Казахстан и Россия.

Заключительное место в десятке твердейших металлов достается титану. Впервые этот элемент в чистом виде удалось получить химику Й. Я. Берцелиусу из Швеции в 1825 году. Титан является легким металлом серебристо-белого цвета, который отличается высокой прочностью и устойчивостью к коррозии и механическим воздействиям. Сплавы из титана применяются во многих отраслях машиностроения, медицины и химической промышленности.

Самые прочные металлы в мире: топ-10

Содержание

Можете ли вы представить, что произошло, если бы наши предки не обнаружили важные металлы, такие как серебро, золото, медь и железо? Наверное, мы бы до сих пор жили в хижинах, используя камень в качестве основного инструмента. Именно крепость металла сыграла важную роль в формировании нашего прошлого и теперь работают как основа, на которой мы строим будущее.

Некоторые из них очень мягкие и буквально тают в руках, как самый активный металл в мире. Другие — настолько твердые, что их невозможно согнуть, поцарапать или сломать без применения спецсредств.

А если вам интересно, какие металлы самые твердые и прочные в мире, мы ответим на этот вопрос, учитывая различные оценки относительной твердости материалов (шкала Мооса, метод Бринелля), а также такие параметры как:

• Модуль Юнга: учитывает эластичность элемента при растяжении, то есть способность объекта к сопротивлению при упругой деформации.
• Предел текучести: определяет максимальный предел прочности материала, после которого он начинает проявлять пластичное поведение.
• Предел прочности при растяжении: предельное механическое напряжение, после которого материал начинает разрушаться.

10. Тантал

У этого металла сразу три достоинства: он прочный, плотный и очень устойчив к коррозии. Кроме того, этот элемент относится к группе тугоплавких металлов, таких как вольфрам. Чтобы расплавить тантал вам придется развести огонь температурой 3 017 °C.

Тантал в основном используется в секторе электроники для производства долговечных, сверхмощных конденсаторов для телефонов, домашних компьютеров, камер и даже для электронных устройств в автомобилях.

9. Бериллий

А вот к этому металлическому красавцу лучше не приближаться без средств защиты. Потому что бериллий высокотоксичен, и обладает канцерогенным и аллергическим действием. Если вдыхать воздух, содержащий пыль или пары бериллия, то возникнет заболевание бериллиоз, поражающее легкие.

Однако бериллий несет не только вред, но и благо. Например, добавьте всего 0,5 % бериллия в сталь и получите пружины, которые будут упругими даже если довести их до температуры красного каления. Они выдерживают миллиарды циклов нагрузки.

Бериллий применяют в аэрокосмической промышленности для создания тепловых экранов и систем наведения, для создания огнеупорных материалов. И даже вакуумная труба Большого Адронного Коллайдера сделана из бериллия.

8. Уран

Это естественное радиоактивное вещество очень широко распространено в земной коре, но сконцентрировано в определенных твердых скальных образованиях.

Один из самых твердых металлов в мире имеет два коммерчески значимых применения — ядерное оружие и ядерные реакторы. Таким образом, конечной продукцией урановой промышленности являются бомбы и радиоактивные отходы.

7. Железо и сталь

Как чистое вещество железо не такое твердое по сравнению с другими участниками рейтинга. Но из-за минимальных затрат на добычу оно часто комбинируется с другими элементами для производства стали.

Сталь — это очень прочный сплав из железа и других элементов, таких как углерод. Это наиболее часто используемый материал в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. И даже если вы не имеете к ним никакого отношения, то все равно используете сталь каждый раз, когда режете продукты ножом (если он, конечно, не керамический).

6. Титан

Титан — это практически синоним прочности. Он обладает впечатляющей удельной прочностью (30-35 км), что почти вдвое выше, чем аналогичная характеристика легированных сталей.

Будучи тугоплавким металлом, титан обладает высокой устойчивостью к нагреву и истиранию, поэтому является одним из самых популярным сплавов. Например, он может быть легирован железом и углеродом.

Если вам нужна очень твердая и при этом очень легкая конструкция, то лучше чем титан металла не найти. Это делает его выбором номер один для создания различных деталей в авиа- и ракетостроении и судостроении.

5. Рений

Это очень редкий и дорогой металл, который хотя и встречается в природе в чистом виде, обычно идет «довеском»-примесью к молибдениту.

Если бы костюм Железного человека был сделан из рения, он мог бы выдержать температуру в 2000 ° C без потери прочности. О том, что стало бы с самим Железным человеком внутри костюма после такого «фаер-шоу» мы умолчим.

Россия — третья страна в мире по природным запасам рения. Этот металл используется в нефтехимической промышленности, электронике и электротехнике, а также для создания двигателей самолетов и ракет.

4. Хром

По шкале Мооса, которая измеряет устойчивость химических элементов к царапинам, хром находится в пятерке лучших, уступая лишь бору, алмазу и вольфраму.

Хром ценится за высокую коррозионную стойкость и твердость. С ним легче обращаться, чем с металлами платиновой группы, к тому же он более распространен, поэтому хром является популярным элементом, используемым в сплавах, таких, как нержавеющая сталь.

А еще один из прочнейших металлов на Земле используется при создании диетических добавок. Конечно, вы будете принимать внутрь не чистый хром, а его пищевое соединение с другими веществами (например, пиколинат хрома).

3. Иридий

Как и его «собрат» осмий, иридий относится к металлам платиновой группы, и по внешнему виду напоминает платину. Он очень твердый и тугоплавкий. Чтобы расплавить иридий, вам придется развести костер температурой выше 2000 °C.

Иридий считается одним из самых тяжелых металлов на Земле, а также одним из самых устойчивых к коррозии элементов.

2. Осмий

Этот «крепкий орешек» в мире металлов относится к платиновой группе и обладает высокой плотностью. Фактически это самый плотный природный элемент на Земле (22,61 г/см3). По этой же причине осмий не плавится до 3033 ° C.

Когда он легирован другими металлами платиновой группы (такими как иридий, платина и палладий), он может использоваться во многих различных областях, где необходимы твердость и долговечность. Например, для создания емкостей для хранения ядерных отходов.

1. Вольфрам

Самый прочный металл, который только есть в природе. Этот редкий химический элемент также самый тугоплавкий из металлов (3422 ° C).

Впервые он был обнаружен в форме кислоты (триоксида вольфрама) в 1781 году шведским химиком  Карлом Шееле. Дальнейшие исследования привели двух испанских ученых — Хуана Хосе и Фаусто д’Эльхуяра — к открытию кислоты из минерала вольфрамита, из которого они впоследствии изолировали вольфрам с помощью древесного угля.

Помимо широкого применения в лампах накаливания, способность вольфрама работать в условиях сильной жары делает его одним из наиболее привлекательных элементов для оружейной промышленности. Во время Второй мировой войны этот металл сыграл важную роль в инициировании экономических и политических отношений между европейскими странами.

Вольфрам также используется для изготовления твердых сплавов, а в аэрокосмической промышленности — для изготовления ракетных сопел.

Таблица предела прочности металлов

Сплавы против металлов

Сплавы представляют собой комбинации металлов, и основной причиной их создания является получение более прочного материала. Наиболее важным сплавом является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода.

Чем выше прочность сплава — тем лучше. И обычная сталь тут не является «чемпионом». Особенно перспективными представляются металлургам сплавы на основе ванадиевой стали: несколько компаний выпускают варианты с пределом прочности до 5205 МПа.

А самым прочным и твердым из биосовместимых материалов на данный момент является сплав титана с золотом β-Ti3Au.

исследователей разработали один из самых прочных и легких известных материалов | Новости Массачусетского технологического института

Группа исследователей Массачусетского технологического института разработала один из самых прочных известных легких материалов путем сжатия и сплавления чешуек графена, двумерной формы углерода. Новый материал, имеющий форму губки с плотностью всего 5 процентов, может иметь прочность в 10 раз выше прочности стали.

В своей двумерной форме графен считается самым прочным из всех известных материалов. Но исследователям до сих пор было трудно перевести эту двухмерную прочность в полезные трехмерные материалы.

Новые результаты показывают, что решающий аспект новых трехмерных форм больше связан с их необычной геометрической конфигурацией, чем с самим материалом, который предполагает, что подобные прочные и легкие материалы могут быть изготовлены из различных материалов путем создания схожие геометрические элементы.

Результаты были опубликованы сегодня в журнале Science Advances в статье Маркуса Бюлера, главы Департамента гражданской и экологической инженерии (CEE) Массачусетского технологического института и профессора инженерии McAfee; Чжао Цинь, ученый-исследователь из Центральной и Восточной Европы; Ган Соб Чон, аспирант; и Мин Чжон Кан Мэн, 16 лет, недавний выпускник.

Группа инженеров Массачусетского технологического института успешно разработала новый трехмерный материал с плотностью в пять процентов больше плотности стали и в десять раз большей прочностью, что делает его одним из самых прочных известных легких материалов.

Другие группы предполагали возможность создания таких легких конструкций, но лабораторные эксперименты до сих пор не соответствовали предсказаниям, а некоторые результаты показали прочность на несколько порядков меньше, чем ожидалось. Команда Массачусетского технологического института решила разгадать загадку, проанализировав поведение материала вплоть до уровня отдельных атомов в структуре. Им удалось создать математическую основу, которая очень точно соответствует экспериментальным наблюдениям.

Двумерные материалы — в основном плоские листы толщиной всего в один атом, но могут быть неопределенно большими в других измерениях — обладают исключительной прочностью, а также уникальными электрическими свойствами. Но из-за их необычайной тонкости «они не очень полезны для создания трехмерных материалов, которые можно было бы использовать в транспортных средствах, зданиях или устройствах», — говорит Бюлер. «Что мы сделали, так это реализовали желание перевести эти 2-D материалы в трехмерные структуры».

Команде удалось сжать небольшие чешуйки графена, используя комбинацию тепла и давления. В результате этого процесса образовалась прочная, стабильная структура, форма которой напоминает форму некоторых кораллов и микроскопических существ, называемых диатомовыми водорослями. Эти формы, которые имеют огромную площадь поверхности по отношению к их объему, оказались удивительно прочными. «После того, как мы создали эти трехмерные структуры, мы хотели увидеть, где предел — какой самый прочный материал мы можем изготовить», — говорит Цинь. Для этого они создали множество трехмерных моделей, а затем подвергли их различным испытаниям. В вычислительном моделировании, которое имитирует условия нагружения при испытаниях на растяжение и сжатие, проводимых на разрывной машине, «один из наших образцов имеет 5-процентную плотность стали, но в 10 раз большую прочность», — говорит Цинь.

Бюлер говорит, что то, что происходит с их трехмерным графеновым материалом, состоящим из искривленных поверхностей при деформации, напоминает то, что происходит с листами бумаги. Бумага имеет небольшую прочность по длине и ширине и может легко мяться. Но когда ему придают определенную форму, например, сворачивают в трубку, прочность по всей длине трубки внезапно становится намного выше, и она может выдерживать значительный вес. Точно так же геометрическое расположение чешуек графена после обработки естественным образом образует очень прочную конфигурацию.

Новые конфигурации были созданы в лаборатории с использованием многокомпонентного 3D-принтера с высоким разрешением. Они были подвергнуты механическим испытаниям на растяжение и сжатие, а их механическая реакция под нагрузкой была смоделирована с использованием теоретических моделей группы. Результаты экспериментов и моделирования точно совпали.

Новые, более точные результаты, основанные на атомистическом вычислительном моделировании, проведенном командой Массачусетского технологического института, исключили возможность, предложенную ранее другими группами: возможно сделать трехмерные графеновые структуры настолько легкими, что они на самом деле будут легче, чем воздуха и может использоваться в качестве прочной замены гелия в воздушных шарах. Текущая работа показывает, однако, что при такой низкой плотности материал не будет иметь достаточной прочности и разрушится от давления окружающего воздуха.

Но исследователи говорят, что в конечном итоге могут быть осуществимы и многие другие возможные применения материала для использования, требующего сочетания чрезвычайной прочности и легкого веса. «Вы можете использовать настоящий графеновый материал или использовать геометрию, которую мы обнаружили с другими материалами, такими как полимеры или металлы», — говорит Бюлер, чтобы получить аналогичные преимущества прочности в сочетании с преимуществами в стоимости, методах обработки или других свойствах материала (таких как прозрачность или электропроводность).

«Сам материал можно заменить чем угодно, — говорит Бюлер. «Геометрия является доминирующим фактором. Это то, что может быть перенесено во многие вещи».

Необычные геометрические формы, которые графен естественным образом образует под воздействием тепла и давления, напоминают шар Nerf — круглый, но с дырками. Эти формы, известные как гироиды, настолько сложны, что «на самом деле их изготовление с использованием обычных производственных методов, вероятно, невозможно», — говорит Бюлер. Команда использовала 3D-печатные модели конструкции, увеличенные в тысячи раз по сравнению с их естественными размерами, для целей тестирования.

Исследователи говорят, что для настоящего синтеза одна из возможностей состоит в том, чтобы использовать полимерные или металлические частицы в качестве шаблонов, покрыть их графеном путем химического осаждения из паровой фазы перед обработкой под давлением и нагреванием, а затем химически или физически удалить полимерные или металлические фазы, чтобы оставить Трехмерный графен в форме гироида. Для этого вычислительная модель, приведенная в текущем исследовании, служит ориентиром для оценки механического качества результатов синтеза.

Та же самая геометрия может быть применена даже к крупномасштабным конструкционным материалам, предполагают они. Например, бетон для такой конструкции, как мост, может быть изготовлен с такой пористой геометрией, обеспечивающей сравнимую прочность при небольшом весе. Этот подход будет иметь дополнительное преимущество, заключающееся в обеспечении хорошей изоляции из-за большого количества замкнутого воздушного пространства внутри него.

Поскольку форма пронизана очень маленькими порами, этот материал также может найти применение в некоторых системах фильтрации для обработки воды или химических веществ. По словам исследователей, математические описания, полученные этой группой, могут облегчить разработку различных приложений.

«Это вдохновляющее исследование механики трехмерной сборки графена», — говорит Хуацзянь Гао, профессор инженерии в Университете Брауна, который не участвовал в этой работе. «Сочетание вычислительного моделирования с экспериментами на основе 3D-печати, используемое в этой статье, представляет собой новый мощный подход к инженерным исследованиям. Впечатляет то, что законы масштабирования, изначально выведенные из наномасштабного моделирования, вновь проявляются в макромасштабных экспериментах с помощью 3D-печати», — говорит он.

Эта работа, по словам Гао, «показывает многообещающее направление объединения прочности двумерных материалов и возможностей дизайна материальной архитектуры».

Исследование проводилось при поддержке Управления военно-морских исследований, Инициативы многопрофильных университетов Министерства обороны и Североамериканского центра исследований передовых материалов BASF.

Новая трехмерная графеновая структура — самый прочный и легкий материал

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали новый графеновый материал, который является одним из самых прочных в мире, но при этом имеет легкую форму.

Новый графеновый материал в 10 раз прочнее стали при плотности всего 5%.

Исследователи Массачусетского технологического института разработали легкий материал, взяв небольшие чешуйки графена, ранее считавшегося одной из самых прочных форм материала в мире, и сжав их и сплавив в сетчатую структуру, которая сохраняет не только прочность материала, но и графен. остается пористым.

Маленькие чешуйки графена были сжаты за счет сочетания тепла и давления; с помощью этого процесса получается сверхпрочная, стабильная структура «коралловой формы» с огромной площадью поверхности по отношению к ее объему.

Новый материал был изготовлен в лабораториях Массачусетского технологического института с использованием многокомпонентного 3D-принтера с высоким разрешением. Затем он был подвергнут механическим испытаниям на растяжение и сжатие и измерена его механическая реакция при нагрузке. Результаты показали, что симуляции, созданные с помощью теоретических моделей исследовательской группы Массачусетского технологического института, близко совпадают с результатами живых экспериментов.

3D-графен меняет правила игры

Команда инженеров Массачусетского технологического института успешно разработала новый трехмерный графеновый материал с плотностью в пять процентов больше плотности стали и в десять раз большей прочностью — изображение предоставлено Массачусетским технологическим институтом и Youtube.

Новый графеновый материал решает извечную проблему: хотя графен в его 2D-форме считался одним из самых прочных из всех известных материалов, предыдущим исследователям было трудно перевести эту 2D-силу в полезные 3D-материалы.

В то время как двумерные материалы, такие как графен, были чрезвычайно прочными, из-за их тонкости их нельзя было использовать в качестве трехмерных материалов для создания больших структур, таких как здания.

Новый материал решает эту проблему, сохраняя эту прочность в трехмерном объекте, открывая путь для их использования при создании больших структур.

Об этих выводах недавно сообщалось в статье — Механика и конструкция легкой трехмерной графеновой сборки — , написанной главой Департамента гражданской и экологической инженерии Массачусетского технологического института (CEE) Маркусом Бюлером, а также научным сотрудником CEE. Чжао Цинь, аспирант Ган Соб Чжун и недавний выпускник Мин Чжон Кан Мэн.

Бюлер подчеркнул тот факт, что новый материал может изменить правила игры.

«Они (2D-материалы) не очень полезны для создания 3D-материалов, которые можно было бы использовать в транспортных средствах, зданиях или устройствах», — сказал он. «Что мы сделали, так это реализовали желание перевести эти 2-D материалы в трехмерные структуры».

Потенциальные области применения нового графенового материала

Бюлер заявил, что новый материал, разработанный исследователями из Массачусетского технологического института, может иметь ряд потенциальных применений для объектов, требующих одновременно исключительной прочности и легкости.

Эти вещи включают в себя новый материал, применяемый к крупномасштабным конструкционным материалам с использованием геометрии, обнаруженной исследовательской группой Массачусетского технологического института.

Бетон для крупномасштабной конструкции, такой как мост или здание, может быть изготовлен с такой пористой геометрией, с новым трехмерным материалом, обеспечивающим совместимую необходимую прочность при незначительном весе.

Новый материал может также использоваться в некоторых системах фильтрации воды или химической обработки благодаря своей форме с множеством крошечных пор.

Стиль превыше вещества

Однако, несмотря на то, что графеновый материал оказался очень прочным, новые выводы исследовательской группы Массачусетского технологического института показывают, что решающий аспект новых трехмерных форм больше связан с их необычной геометрической конфигурацией, чем с сам материал.

Это говорит о том, что такие же прочные и легкие материалы, как и графен, могут быть изготовлены из различных материалов путем создания сходных геометрических элементов.

«Вы можете использовать настоящий графеновый материал или использовать геометрию, которую мы обнаружили с другими материалами, такими как полимеры или металлы», — сказал он. «Сам материал можно заменить чем угодно, главное — геометрия. Это то, что может быть перенесено во многие вещи».

Однако, в то время как другие исследовательские группы намекали на возможность создания других легких, но прочных конструкций, им не удалось достичь этой гипотетической цели в ходе лабораторных испытаний.

Сплавив графен в пористую трехмерную форму, команда Массачусетского технологического института разгадала тайну преобразования такого прочного двухмерного материала в легкий трехмерный объект, при этом ключ к его разработке был получен путем анализа поведения материала до уровня отдельных атомов в структуре, создавая математическую основу, которая точно соответствует экспериментальным наблюдениям.

Профессор технических наук Университета Брауна Хуацзянь Гао (Huajian Gao) сказал, что исследование Массачусетского технологического института, результатом которого стала новая трехмерная форма графена, было вдохновляющим.

«Это вдохновляющее исследование механики сборки трехмерного графена», — сказал он. «Сочетание вычислительного моделирования с экспериментами на основе 3D-печати, используемое в этой статье, представляет собой новый мощный подход к инженерным исследованиям».

«Впечатляет то, что законы масштабирования, изначально выведенные из наномасштабного моделирования, вновь проявляются в макромасштабных экспериментах с помощью 3D-печати. Эта работа показывает многообещающее направление объединения прочности 2D-материалов и возможностей проектирования архитектуры материалов».

Исследование Массачусетского технологического института, в ходе которого был разработан новый трехмерный материал, было поддержано Управлением военно-морских исследований, Междисциплинарным университетским научно-исследовательским институтом Министерства обороны и Североамериканским центром исследований передовых материалов BASF. 10 самых прочных металлов на Земле производители руды.

Визуализация крупнейших в мире производителей железной руды

Первоначально это было опубликовано на Elements. Подпишитесь на бесплатную рассылку, чтобы каждую неделю получать красивые визуализации мегатенденций в области природных ресурсов по электронной почте.

Железная руда составила примерно 93% из 2,7 миллиардов тонн металлов, добытых в 2021 году.

Она используется в основном (98%) для производства стали, а оставшиеся 2% становятся магнитами, автозапчастями и катализаторами.

Используя данные Геологической службы США, приведенная выше инфографика перечисляет крупнейших мировых производителей железной руды в 2021 году9.0003

Железная руда Пилбара и Карахас

Железо является четвертым по распространенности элементом на планете после кислорода, кремния и алюминия и составляет около 5% земной коры.

Австралия произвела 35% железной руды, добытой в прошлом году. Почти 90% выявленных ресурсов железной руды в стране находятся в Западной Австралии, особенно в регионе Пилбара .

Этот большой и засушливый регион известен своими аборигенами, а также красной землей, полученной в результате химической реакции железа с воздухом и водой. Три основных производителя железной руды в Пилбаре также входят в число ведущих горнодобывающих компаний мира: BHP Group, Rio Tinto Ltd и Fortescue Metals.

Бразилия является вторым по величине производителем после Австралии, где на железную руду приходится 80% экспорта горнодобывающей промышленности страны.

Крупнейшая публичная компания Бразилии, Vale, является крупнейшим в мире производителем железной руды и никеля. Компания управляет шахтой Carajas , крупнейшей шахтой по добыче железной руды в мире. Расположенный в штате Пара, на севере страны, рудник работает открытым способом и, по оценкам, содержит примерно 7,2 миллиарда метрических тонн железной руды.

Вместе Австралия и Бразилия доминируют в мировом экспорте железной руды, на каждую из которых приходится около одной трети от общего объема экспорта.

Китай является крупнейшим потребителем железной руды, используемой в сталелитейной промышленности.

Несмотря на то, что Китай является третьим по величине производителем, Китай по-прежнему импортирует около 80% потребляемой ежегодно железной руды. В прошлом году страна привезла 1,12 миллиарда тонн товара.

Роль железной руды в зеленой экономике

Ожидается, что спрос на железную руду в ближайшие годы возрастет, поскольку сталь играет решающую роль в производстве и распределении энергии.

Сталь широко используется в сельском хозяйстве, солнечной и ветровой энергетике, а также в инфраструктуре гидроэлектростанций.

Кроме того, сталь используется для производства трансформаторов, генераторов и электродвигателей, а также кораблей, грузовиков и поездов.

Продолжить чтение

Энергия

Периодическая таблица элементов, находящихся под угрозой исчезновения

90 различных элементов образуют строительные блоки для всего на Земле. Некоторые из них используются и вскоре могут оказаться под угрозой исчезновения.

Программа для авторов

Периодическая таблица элементов, находящихся под угрозой исчезновения

Строительные блоки для всего на Земле состоят из 90 различных природных элементов.

Эта визуализация, сделанная Европейским химическим обществом (EuChemS), показывает периодическую таблицу этих 90 различных элементов, выделяя, какие из них в изобилии, а какие находятся под серьезной угрозой с 2021 года.

На графике площадь каждого элемента связана с числом атомов в нем в логарифмическом масштабе. Цветовая кодировка показывает, достаточно ли каждого элемента или элемент становится дефицитным, на основе текущих уровней потребления .

Хотя эти элементы технически не иссякают, а вместо этого трансформируются (за исключением гелия, который поднимается вверх и покидает атмосферу Земли), некоторые из них расходуются исключительно быстро, до такой степени, что вскоре могут стать крайне дефицитными.