Какой самый легкий металл: Самый легкий металл, самые легкие металлы на планете

Содержание

Какой металл самый легкий?

В сознании многих людей металлы ассоциируются с чем-то тяжелым и твердым. Но в то же время есть металлические элементы, которые легче воды и не тонут в ней, а плавают на поверхности. Это происходит из-за больших размеров атомов и как следствие малой плотности. Так какой же металл самый легкий? Достаточно взглянуть на периодическую систему Менделеева, чтобы понять, что это литий. Он почти вдвое легче воды.

 

Основные свойства лития

 

Плотность лития составляет всего 0,543 грамма на сантиметр кубический. Металл входит в щелочную группу, которая характеризуется очень высокой химической активностью. Поэтому в природе литий образует сложные многоэлементные соединения, входящие в состав горных пород. При этом литий является самым неактивным щелочным металлом, так что достаточно устойчиво проявляет себя после выделение в чистом виде. Физические свойства самого легкого металла на Земле выглядят следующим образом: в нормальных условиях серебристо-белый металл, мягкий (можно резать ножом), ковкий и пластичный.

Температура плавления — 181 градус по Цельсию. Атомная масса — 6,941 грамм на моль.

 

 

Химические свойства характерны для металлов щелочной группы. Но литий, в отличие от остальных щелочных элементов при комнатной температуре медленно реагирует с кислородом и другими веществами. Зато при нагревании вступает в реакцию с газами, кислотами и основаниями. При нагревании до 300 градусов по Цельсию литий самовоспламеняется и горит красно-синим пламенем. В отличие от остальных элементов щелочной группы покрывается устойчивой оксидной пленкой и перестает реагировать с кислородом.

 

 

Литий не хранят в керосине, так как из-за малой плотности он плавает на поверхности. Для его длительного хранения используют петролейный эфир, парафин, газолин или минеральное масло. В качестве емкости применяют жестяные банки с герметично закрывающимися крышками. Литий является токсичным веществом и при попадании на открытые участки кожи вызывает зуд, раздражение и ожоги, поэтому при работе с ним необходимо использовать специальную защитную одежду.

Пары лития обжигают верхние дыхательные пути, так что нужно позаботиться и о защите органов дыхания.

 

Технология производства лития

 

Производство самого легкого металла в мире сводится к разложению его природных соединений. Это достаточно трудоемкая процедура ввиду большого количества составных элементов. Содержание лития в добываемом сырье в среднем составляет 21 грамм на одну тонну. В промышленном производстве используют три метода разложения соединений лития: известковый, сульфатный и сернокислотный. Первые два подразумевают спекание руды с оксидом/карбонатом кальция или сульфатом калия.

 

 

Протекает процедура при температуре 250-300 градусов. Затем полученную массу обрабатывают водой, получая карбонат или сульфат лития. После этого проводится процедура хлорирования с целью получения хлорида лития. И, наконец, окончательную процедуру разделения проводят при помощи электролиза расплава в присутствии хлорида калия или бария, которые понижают температуру плавления литиевого хлорида.

Чистый металл оседает на катоде, откуда его можно собирать для дальнейшей переработки.

 

 

 

Сернокислотный способ подразумевает растворение руды в серной кислоте с образованием сульфата лития. Дальнейшая процедура протекает по указанной выше схеме. Самый легкий металл применяется для производства эффективных полупроводников в сплавах с другими металлами, из него изготавливают аноды, используемые затем в процедурах электролиза, литий входит в состав ракетного топлива, в металлургии применяется в качестве сильного восстановителя менее активных металлов. В качестве различных соединений литий используется в производстве продукции для многих отраслей промышленности и народного хозяйства.

 

Алюминий

 

Если же брать самый крепкий и легкий металл, то им принято считать алюминий. Его плотность составляет 2,7 грамм на сантиметр кубический. Этот металл достаточно распространен в природе и получил широкое применение в промышленности. Многие сплавы алюминия прочнее стали и при этом гораздо легче нее. Уже сейчас использование алюминиевых конструкций в строительной сфере вышло на новый уровень.

 

 

К тому же этот элемент гораздо более стойко переносит воздействие коррозии и не требует для этого дополнительной закалки. Алюминий входит в состав авиационных сплавов, из которых изготавливают обшивку самолетов. Некоторые ученые предполагают, что в будущем его сплавы смогут полностью вытеснить сталь.

 

К тому же не прекращаются опыты по выделению новых элементов, сочетающих в себе положительные черты существующих веществ, но лишенные их природных недостатков. Так что возможно вскоре будет открыт новый самый легкий и прочный металл, который заявит о себе во всеуслышание.

Какой металл самый легкий?. Физика на каждом шагу



Какой металл самый легкий?. Физика на каждом шагу

ВикиЧтение

Физика на каждом шагу
Перельман Яков Исидорович

Какой металл самый легкий?

Техники называют «легкими» все те металлы, которые легче железа в два и более раз. Самый распространенный легкий металл, применяемый в технике, – алюминий, который легче железа втрое. Еще легковеснее металл магний: он легче алюминия в 1

1/2 раза. В последнее время техника стала пользоваться для изделий сплавом алюминия с магнием, известным под названием «электрон». Этот сплав, по прочности не уступающий стали, легче ее в четыре раза. Самый же легкий из всех металлов – литий – в технике пока еще не применяется. Литий не тяжелее еловой древесины; брошенный в воду, он не тонет.

Если сравнить между собою самый тяжелый и самый легкий металл – иридий и литий, то окажется, что первый весит больше второго в 40 с лишком раз.

Вот удельные веса некоторых легких металлов:

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

ГЛАВА 1. ТЕБЕ — МАЛО, МНЕ — В САМЫЙ РАЗ

ГЛАВА 1.

ТЕБЕ — МАЛО, МНЕ — В САМЫЙ РАЗ Среди множества причин, по которым я выбрала своей профессией физику, было желание сделать что?нибудь долговременное, даже вечное. Если, рассуждала я, мне предстоит вложить столько времени, энергии и энтузиазма в какое?то дело, то

С КАКОЙ ЦЕЛЬЮ ПРОВОДЯТСЯ ИЗМЕРЕНИЯ?

С КАКОЙ ЦЕЛЬЮ ПРОВОДЯТСЯ ИЗМЕРЕНИЯ? Измерения не могут быть идеальными. В научных исследованиях — как и при принятии любого решения — нам приходится определять для себя приемлемый уровень неопределенности. Только в этом случае можно двигаться вперед. К примеру, если вы

3. Самый большой в мире телескоп-рефрактор

3. Самый большой в мире телескоп-рефрактор Самый большой в мире телескоп-рефрактор установлен в 1897 году в Йеркской обсерватории университета в Чикаго (США). Его диаметр D = 102 сантиметра, а фокусное расстояние — 19,5 метра.

Представляете, сколько места ему надо в

Какой металл самый тяжелый?

Какой металл самый тяжелый? В обиходе свинец считается тяжелым металлом. Он тяжелее цинка, олова, железа, меди, но все же его нельзя назвать самым тяжелым металлом. Ртуть, жидкий металл, тяжелее свинца; если бросить в ртуть кусок свинца, он не потонет в ней, а будет держаться

Самый легкий металл в мире: плотность, вес, список

Хотя человек на примере отдельных столовых приборов неоднократно убеждался, что металлические предметы способны оказаться вовсе и не тяжелыми, все-таки металл представляется последнему в первую очередь как нечто, с трудом поддающееся разрушению под воздействием внешних сил, а оттого и по весу впечатляющее.

Однако в этой статье речь пойдет о самых легких металлах в мире: какими свойствами обладают, для чего используются и чем представляют интерес — об этом расскажет редакция 24СМИ.

3 отличается впечатляющей прочностью.

Также среди свойств металла, получившего статус самого твердого из используемых, выделяют отличную антикоррозионную устойчивость. Это справедливо и для сплавов, получаемых на основе титана, причем собственные прочностные характеристики последние сохраняют даже при температурах в 300 °C, что делает их незаменимыми в текущий период времени в авиации и ракетостроении.

Титан, фото http://mining-prom.ru/

Получивший название в честь титанов из древнегреческой мифологии металл входит в десятку самых распространенных в природе элементов, месторождения которого открыты на всех континентах, исключая Антарктиду. Причем Россия занимает по концентрации руд с содержанием рассматриваемого элемента второе место в мире после КНР.

Помимо уже упомянутых отраслей, титановые сплавы востребованы в кораблестроении, химической, автомобильной и оборонной промышленности, а также на пищевом производстве и в сельском хозяйстве. Благодаря собственной инертности титан без проблем способен контактировать с тканями живых организмов, не вызывая опасных для здоровья химических реакций, а потому активно используется в медицине, начиная с протезирования и изготовления имплантатов и заканчивая созданием хирургических инструментов. 3 и отличается наличием парамагнитных свойств, правда, слабых.

Хорошо проводит тепло и электричество, не поддается коррозионному воздействию, зато подвержен механическому, в том числе легко подвергается сгибанию. Сплавы на основе этого легкого металла характеризуются пластичностью, удовлетворительной прочностью и не поддаются коррозии, а также хорошо свариваются.

Алюминий, фото: https://ru.wikipedia.org/

По распространенности в мире алюминий стоит на первом месте среди металлов и на третьем среди химэлементов периодической таблицы, уступая только кислороду и кремнию. Добыча его ведется более чем в 15 странах, лидеры среди которых — Китай, Россия и Канада. Мировые запасы этого элемента в разы превышают текущую потребность в его применении.

Сфера использования алюминия и сплавов на основе этого материала обширна. Это и черная металлургия, и пиротехника, использовался даже для изготовления ювелирных украшений в тот период, когда представлял исключительную ценность из-за неотработанного техпроцесса. 3. Атомная масса — 9 углеродных единиц.

Открытый в конце XVIII века, в чистом виде впервые был получен только спустя 30 лет, в 1828 году. Название свое унаследовал от минерала берилла, который, в свою очередь, наименованием обязан индийскому городу Белуру, прославившемуся месторождением изумрудов — драгоценных камней, представляющих собой разновидность упомянутой породы.

Бериллий, фото: https://ru.m.wikipedia.org/

Бериллий часто встречается в составе темноцветных минералов, а также в магматических породах. Месторождения, содержащие этот металл, расположены на территории Южной Америки и Африки. На евразийском континенте также ведется добыча, преимущественно в Индии, Казахстане и России, в границах которой находятся два месторождения — в Свердловской области и в Бурятии.

Металл применяют в легировании сплавов в качестве добавки, делающей получаемые материалы более твердыми, прочными и устойчивыми к коррозии. Слабое поглощение бериллием рентгеновского излучения позволяет применять его при создании детекторов гамма-лучей. 3 впервые был получен в чистом виде в 1808 году. Пластичен и легко поддается прессованию и резанию.

Характеризуется высокой температурой плавления (650 °C) и коррозионной стойкостью. При создании на основе магния сплавов механические характеристики металла существенно повышаются, что сильно расширяет область применения такого рода материалов.

Магний, фото: https://infonew.do.am/

Элемент входит в список наиболее распространенных на Земле и встречается как в коре, так и в морской воде, как правило, в составе солей и минералов. Природные месторождения самородного магния чрезвычайно редки — пара таких расположены на территории России, в Восточной Сибири, и Таджикистана. Лидером по производству магния на 2020-й считаются США.

Главным образом применяется для получения всевозможных сплавов, как легких, так и сверхлегких, сфера использования которых — это самолето- и автомобилестроение. Также благодаря горючим свойствам применяется в пиротехнике и при создании зажигательных и осветительных ракет в оборонной промышленности. 3, что меньше этого показателя у воды, так что чистый литий не тонет. Атомная масса элемента колеблется от 6,398 до 6,997 а. е. м. в зависимости от изотопа. Открыт в 1817-м, а в металлическом виде получен спустя всего год.

Характеризуется повышенной химической активностью и потому в природе легко образует сложносоставные соединения. Пластичен, хорошо обрабатывается прокаткой и прессом. Цвет — серебристый. При комнатной температуре с кислородом реагирует слабо. Воспламенение происходит при 300 °C.

Литий, фото: https://ru.m.wikipedia.org/

В природе встречается в породообразующих минералах и в отложениях озер с сильным содержанием солей. Среди разрабатываемых месторождений наиболее известны чилийские, австралийские и аргентинские, хотя встречаются таковые и на территории других стран, в том числе Китая. В России главное скопление пород с содержанием лития — в Мурманской области. В стране с 2017 года работает в формате эксперимента установка по добыче металла из руд с низким содержанием элемента, благодаря которой процедура возможна при незначительных финансовых и трудовых затратах.

Соли лития используются при создании лазерного оборудования и оптики, в качестве окислителей и восстановителей в химпроме, а также в медицине и различных отраслях промышленности, включая текстильную (как отбеливатели), пищевую (как консерванты) и косметическую. Литиевые сплавы применяются для изготовления высокоэффективных проводников, в том числе анодов, необходимых для электролиза.

Элемент применяется также при создании аккумуляторов, в том числе и щелочных, а не только твердотельных. В малых количествах литий потребен человеческому организму, поскольку участвует в обмене веществ, а также влияет на психоэмоциональную возбудимость и иммунную защиту.

Самый легкий и прочный металл. Самый прочный сплав. Кем и когда открыт

Металл люди начали использовать еще в древности. Самый доступный в природе и поддающийся обработке металл — медь. Медные изделия в виде домашней утвари находят археологи при раскопках древних поселений. По мере роста технического прогресса человек научился делать сплавы из различных металлов, которые пригодились ему при изготовлении предметов быта и оружия. Так и появился самый крепкий металл в мире.

Титан

Этот необычайно красивый серебристо-белого цвета металл был открыт почти одновременно в конце 18 столетия двумя учеными — англичанином У. Грегори и немцем М. Клапротом. По одной версии, титан получил свое название в честь персонажей древнегреческих мифов, могучих Титанов, по другой — от Титании, королевы фей из германской мифологии — из-за своей легкости. Однако тогда применение ему не нашли.


Затем в 1925 году физики из Голландии смогли выделить чистый титан и открыли множество его преимуществ. Это — высокие показатели технологичности, удельной прочности и устойчивости к влиянию коррозии, очень большая прочность при высоких температурах. Также имеет высокую антикоррозионную стойкость. Эти фантастические показатели сразу привлекли инженеров и конструкторов.

В 1940 году ученый Кроль получил чистый титан с помощью магниетермического метода, и с тех пор этот метод является основным. Добывается самый крепкий металл на земле во многих местах в мире — России, Украине, Китае, ЮАР и других.


Титан прочнее железа в два раза по механическим показателям, в шесть раз — алюминия. Сплавы титана являются на данный момент самыми прочными в мире, и поэтому нашли применение в военной (конструкции подводных лодок, ракет), кораблестроительной и авиационной промышленностях (на сверхзвуковых самолетах).

Этот металл также невероятно пластичен, поэтому из него можно изготовить любую форму – листы, трубы, проволоку, ленту. Широко используют титан для изготовления медицинских протезов (при этом он биологически идеально совместим с тканями организма человека), ювелирных изделий, спортивного инвентаря и др.


Также применяют его в химическом производстве за счет его антикоррозионных свойств, этот металл в агрессивной среде не корродирует. Так, в испытательных целях пластину титана поместили в морскую воду, и за 10 лет он даже не покрылся ржавчиной!

За счет своего высокого электросопротивления и свойств ненамагничивания он широко применяется в радиоэлектронике, например, в конструктивных деталях мобильных телефонов. Очень перспективно применение титана в области стоматологии, особенно важна его способность срастаться с костной тканью человека, что дает прочность и монолитность при протезировании. Широко его используют при изготовлении медицинских инструментов.


Уран

Природные окислительные свойства урана использовались еще в древности (1 век до н.э.) при изготовлении желтой глазури в керамических изделиях. Один из наиболее известных в мировой практике прочных металлов, он является слаборадиоактивным и используется при производстве ядерного топлива. ХХ век даже называли «веком Урана». Этот металл обладает парамагнитными свойствами.


Уран тяжелее железа в 2,5 раза, образует множество химических соединений, в производстве используют его сплавы с такими элементами, как олово, свинец, алюминий, ртуть, железо.

Вольфрам

Это не только самый крепкий металл в мире, но и очень редкий, который даже нигде не добывается, а получен был химическим путем еще в 1781 году в Швеции. Самый устойчивый к температурам металл в мире. Благодаря высокой тугоплавкости хорошо поддается ковке, при этом его вытягивают в тонкую ниточку.


Самое известное его применение — вольфрамовая нить накаливания в лампочках. Широко используется для производства специальных инструментов (резцов, фрез, хирургических) и в ювелирном производстве. За счет его свойства не пропускать радиоактивные лучи, из него производят контейнеры для хранения ядерных отходов. Месторождения вольфрама в России находятся на Алтае, Чукотке, Северном Кавказе.

Рений

Имя свое получил в Германии (река Рейн), где был открыт в 1925 году, сам металл имеет белый цвет. Добывается и в чистом виде (Курильские острова), и при добыче молибденового и медного сырья, но в очень малых количествах.


Самый крепкий металл на земле очень твердый и плотный, отлично плавится. Прочность высокая и не зависит от перепадов температуры, недостаток – высокая стоимость, ядовитый для человека. Используется в электронике и авиационной промышленности.

Осмий

Самый тяжелый элемент, например, килограмм осмия выглядит в виде шарика, легко помещающегося в руке. Относится к платиновой группе металлов, по цене превышает в разы золото. Название получил свое из-за плохого запаха при химической реакции, которую провел английский ученый С. Теннант в 1803 году.


Внешне выглядит очень красиво: блестящие серебристые кристаллы с синим и голубым отливом. Используют его обычно в виде добавки к другим металлам в промышленности (металлокерамические резцы повышенной прочности, лезвия медицинских ножей). Его немагнитные и прочные свойства используют при изготовлении высокоточных приборов.

Бериллий

Получен был химиком Полем Лебо в конце 19 века. Вначале этот металл прозвали «сладким», из-за его конфетного вкуса. Потом оказалось, что у него есть и другие привлекательные и оригинальные свойства, например, он не хочет вступать ни в какие химические реакции с другими элементами за редким исключением (галоген).


Самый крепкий металл в мире одновременно и твердый, и хрупкий, и легкий, к тому же высокотоксичный. Его исключительная прочность (к примеру, проволока диаметром 1 мм может выдержать вес человека) используется в лазерной и космической технике, атомной энергетике.

Новые открытия

Об очень прочных металлах можно еще и дальше рассказывать, но технический прогресс двигается вперед. Ученые из Калифорнии недавно объявили миру о появлении «ликвид-металла» (от слова «жидкий»), по прочности превосходящего титан. К тому же он оказался суперлегким, гибким и высокопрочным. Поэтому ученым предстоит создать и разработать способы применения нового металла, а в будущем, возможно, совершить еще много открытий.


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.

10.

  • 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

3.

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.

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.

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.

В мире есть много одинаковых по показателям твёрдости металлов, но не все они широко используются в промышленности. Причин тому может быть несколько: редкость и потому дороговизна или же радиоактивность, которая препятствует использованию в человеческих нуждах. Среди самых твёрдых металлов можно выделить 6 лидеров, покоривших мир своими особенностями.

Твёрдость металлов принято измерять по шкале Мооса. В основе метода измерения твёрдости – оценка устойчивости к царапинам другими металлами. Таким образом, было определено, что наивысшей твёрдостью обладают уран и вольфрам. Однако есть металлы, которые больше используются в разных сферах жизни, хоть их твердость и не наивысшая по шкале Мооса. Поэтому, раскрывая тему о самых твёрдых металлах, неправильно будет не упомянуть об известном титане, хроме, осмии и иридии.

На вопрос, какой самый твёрдый металл, любой человек, изучающий химию и физику в школе, ответит: «Титан». Конечно, существуют сплавы и даже самородки в чистом виде, которые превосходят его по прочности. Но среди используемых в быту и производстве титану нет равных.

Чистый титан впервые был получен в 1925 году и тогда же был объявлен самым твёрдым металлом на Земле. Его сразу стали активно использовать в абсолютно разных сферах производства – от деталей ракет и воздушного транспорта до зубных имплантатов. Заслугой такой популярности металла стали несколько его главных свойств: высокая механическая прочность, стойкость к коррозиям и высоким температурам и низкая плотность. По шкале твёрдости металлов Мооса титан обладает степенью 4.5, что не является самым высоким показателем. Однако его популярность и задействованность в различных отраслях делает его первым по твёрдости среди часто используемых.

Титан самый твёрдый среди часто используемых в производстве металлов

Детальнее про применение титана в промышленности. Данный метал имеет широкий спектр использования:

  • Авиационная промышленность – детали планерной части самолётов, газовые турбины, обшивки, силовые элементы, детали шасси, заклёпки и т.д;
  • Космическая техника – обшивки, детали;
  • Кораблестроение – обшивка судов, детали насосов и трубопроводов, навигационные приборы, турбинные двигатели, паровые котлы;
  • Машиностроение – конденсаторы турбин, трубы, износостойкие элементы;
  • Нефтегазовая промышленность – трубы для бурения, насосы, сосуды высокого давления;
  • Автостроение – в механизмах клапанов и выхлопных систем, передаточных валов, болтов, пружин;
  • Строительство – наружная и внутренняя обшивка зданий, кровельные материалы, лёгкие крепежные приспособления и даже памятники;
  • Медицина – хирургические инструменты, протезы, имплантаты, корпусы для кардиологических приборов;
  • Спорт – спортивный инвентарь, туристические принадлежности, детали для велосипедов.
  • Товары народного потребления – ювелирные украшения, декоративные изделия, садовой инвентарь, наручные часы, кухонная утварь, корпуса электроники и даже колокола, а также добавляют в состав красок, белил, пластика и бумаги.

Можно увидеть, что титан востребован в абсолютно разных сферах промышленности за счет его физико-химических свойств. Пусть он и не самый твёрдый металл в мире по шкале Мооса, изделия из него куда прочнее и легче стали, меньше изнашиваются и более стойкие к раздражителям.


Титан считается самым твердым среди активно потребляемых металлов

Самым твёрдым в своем натуральном виде считается металл голубовато-белого цвета – хром. Он был открыт еще в конце 18 века и с тех пор широко используется в производстве. По шкале Мооса твёрдость хрома составляет 5. И не зря – им можно резать стекло, а при соединении с железом он способен резать даже металл. Также хром активно применяется в металлургии – его добавляют в сталь, чтобы улучшить ее физические свойства. Спектр использования хрома весьма разнообразен. Из него изготавливают стволы огнестрельного оружия, медицинское и химическое технологическое оборудование, бытовые принадлежности – кухонная утварь, металлические части мебели и даже корпусы подводных лодок.


Наивысшая твёрдость в чистом виде — хром

Хром используют в различных сферах, например, для производства нержавеющей стали, или для покрытия поверхностей – хромирования (техника, автомобили, детали, посуда). Часто этот метал используют при изготовлении стволов огнестрельного оружия. Также нередко этот металл можно встретить при производстве красителей и пигментов. Удивительным может показаться еще одна сфера его использования – это производство диетических добавок, а в создании технологического оборудования для химических и медицинских лабораторий без хрома никак нельзя обойтись.

Осмий и иридий – представители металлов платиновой группы, имеют почти одинаковую плотность. В своем чистом виде в природе встречаются невероятно редко, а чаще всего – в сплаве друг с другом. Иридий по природе своей обладает высокой твердостью, из-за чего плохо поддается металлообработке, как механической, так и химической.


Осмий и иридий обладают наивысшей плотностью

Активно применять иридий в промышленности стали сравнительно недавно. Раньше его использовали с осторожностью, поскольку его физико-химические характеристики были изучены не до конца. Теперь иридий используют даже в изготовлении ювелирных изделий (в качестве инкрустаций или в сплаве с платиной), хирургических инструментов и деталей для сердечных стимуляторов. В медицине металл просто незаменим: его биопрепараты могут помочь побороть онкологию, а облучение его радиоактивным изотопом может остановить процесс роста раковых клеток.

Две трети добываемого в мире иридия уходит в химическую промышленность, а остальное распределяется между другими отраслями производства – напыления в металлургической индустрии, товарах народного использования (элементы перьевых ручек, ювелирные изделия), медицине при производстве электродов, элементов кардиостимуляторов и хирургических инструментов, а также для улучшения физико-химических и механических свойств металлов.


Твёрдость иридия по шкале Мосса – 5

Осмий – серебристо-белый металл с голубоватым отливом. Он был открыт позже иридия на год, а сейчас его нередко находят в железных метеоритах. Помимо высокой твёрдости, осмий отличается своей дороговизной – 1 грамм чистого металла оценивается в 10 тысяч долларов. Еще одной его особенностью считается его вес – 1 литр расплавленного осмия равен 10 литрам воды. Правда, ученые еще не нашли применения этому свойству.

Из-за редкости и высокой стоимости осмий задействуется только там, где никакой другой металл не может быть использован. Широкого применения ему так и не нашли, да и нет смысла в поисках, пока поставки металла не станут регулярными. Сейчас осмий используется для изготовления инструментов, требующих высокой точности. Изделия из него почти не изнашиваются и обладают значительной прочностью.


Показатель твёрдости осмия достигает 5.5

Один из наиболее знаменитых элементов, который является одним из самых твёрдых металлов в мире, – уран. Это металл светло-серого цвета, обладающий слабой радиоактивностью. Уран считается одним из самых тяжелых металлов – его удельный вес в 19 раз превышает вес воды. Он также обладает относительной пластичностью, ковкостью и гибкостью, парамагнитными свойствами. По шкале Мосса твёрдость металла составляет 6, что считается очень высоким показателем.

Раньше уран почти не использовался, а встречался только как рудный отход при добыче других металлов – радия и ванадия. На сегодняшний день уран добывается в месторождениях, основными источниками являются Скалистые горы США, Республика Конго, Канада и Южно-Африканский Союз.

Несмотря на радиоактивность, уран активно потребляется человечеством. Наиболее востребован в атомной энергетике – его используют как топливо для ядерных реакторов. Также уран применяется в химической промышленности и в геологии – для определения возраста горных пород.

Не пропустила невероятные показатели удельного веса и военная инженерия. Уран регулярно используется для создания сердечников бронебойных снарядов, которые, за счет высокой прочности, отлично справляются с поставленной задачей.


Уран является самым твёрдым металлом, но он радиоактивный

Увенчивает наш список самых твёрдых металлов на Земле блестящий серебристо-серый вольфрам. По шкале Мооса твердость вольфрама равна 6, как и у урана, но, в отличие от последнего, он не является радиоактивным. Природная твёрдость, однако, не лишает его гибкости, потому вольфрам идеально подходит для ковки разных металлических изделий, а его устойчивость к высоким температурам позволяет применять его в осветительных приборах и электронике. Потребление вольфрама не достигает больших оборотов, и главной тому причиной является его ограниченное количество в месторождениях.

Благодаря высоким показателям плотности вольфрам широко используется в оружестроении для производства тяжеловесов и артиллерийских снарядов. Вообще вольфрам активно используется в военной инженерии – пули, противовесы, баллистические ракеты. Следующим по популярности использования этого метала является авиация. Из него изготавливают двигатели, детали электровакуумных приборов. В строительстве используют режущие инструменты из вольфрама. Также он является незаменимым элементом при производстве лаков и светоустойчивых красок, огнестойких и водонепроницаемых тканей.


Вольфрам считается наиболее тугоплавким и прочным

Изучив свойства и сферы потребления каждого металла, сложно однозначно сказать, какой же самый твердый металл в мире, если брать во внимание не только показатели шкалы Мооса. Каждый из представителей имеет ряд преимуществ. Например, титан, не обладающий сверхвысокой твердостью, прочно занял первое место среди самых используемых металлов. А вот уран, твердость которого достигает наивысшей отметки среди металлов, не так популярен из-за слабой радиоактивности. А вольфрам, который не излучает радиации и имеет наивысшую прочность и очень хорошие показатели податливости, не может быть активно использован из-за ограниченных ресурсов.

Когда речь заходит о самом прочном металле в мире, наверняка, многие рисуют в воображении грозного воина в доспехах и с мечом из дамасской стали. Однако сталь далеко не самый крепкий металл в мире, поскольку ее получают посредством сплава железа с углеродом и другими добавками. Самым же твердым из чистых металлов считается титан !
О происхождение названия этого металла существует две различные версии. Одни говорят, что вещество серебристого цвета стали так называть в честь королевы фей Титании (из германской мифологии). Ведь кроме того что это очень прочный металл, он еще и поразительно легкий. Другие склоняются к тому, что металл получил свое название благодаря Титанам – сильным и могучим детям богини Земли Геи. Как бы там ни было, обе версии выглядят довольно красиво и поэтично, и имеют право на существование.

Открыт был титан сразу двумя учеными: германцем М.Г.Клаптором и англичанином У. Грегор. Такое открытие, с разницей в шесть лет, было сделано в конце XVIII века, после чего вещество сразу же добавили в таблицу Менделеева. Там оно заняло 22-й порядковый номер.

Правда, из-за своей хрупкости металл долгое время не использовался. Лишь в 1925 году, пройдя ряд опытов, химикам удалось получить чистый титан, который стал настоящим прорывом в истории человечества. Металл оказался очень технологичным с малой плотностью, высокой удельной прочностью и коррозийной стойкостью, а также высокой прочностью при больших температурах.

По показателям механической прочности титан и в шесть раз прочность алюминия. Вот почему перечень возможного применения титана безграничен. Он применяется в медицине для остепротезирования, в военной промышленности (для создания корпуса подводных лодок, брони в авиации и ядерной техники). Также металл зарекомендовал себя в спортивном и ювелирном деле, производстве мобильных телефонов.

Видео:

К слову, по распространению на земле самый крепкий металл в мире занимает десятую позицию. Его месторождения находятся в , ЮАРе, Китае, Украине, Японии, Индии.

Хотя, судя по последним открытиям в области химии, со временем титану придется отдать титул супер-металла другому представителю. Не так давно ученые изобрели вещество прочнее металла. Это «ликвид-металл», или в перевод – «жидкий». Чудо-вещество успело себя зарекомендовать как нержавеющее и безупречное для литья. И хотя человечеству еще стоит много работать, чтобы научиться сполна использовать новый металл, возможно, будущее будет принадлежать именно ему.

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.

Самый легкий металл | Блог о металлообработке

Как правило, металлы прочны, но если необходимо изготовить изделие с малым весом, рекомендуется использовать современные полимеры. Однако ученые считают, что рано списывать этот материал со счетов при создании легких конструкций. Например, литий – превосходящий некоторые виды пластика по прочности, куда легче многих полимеров. Но и им дело не ограничивается!

Не так давно в калифорнийской лаборатории Ирвина был разработан материал, вес которого более чем в 100 раз меньше веса пенополистирола. Исследователи утверждают, что вещество является не только самым легким сплавом, но и вообще наиболее легким материалом из всех существующих.

С целью демонстрации преимуществ вещества ученые сделали серию интересных снимков, на которых их разработка лежит на… пушинках одуванчика, причем они не двигаются. Материал получил название «микролаттис» – сейчас его активно используют в строительстве самолетов, автомобилей и даже космических кораблей.

Секрет легкости заключается в необычной конструкции. Внутри вещества нет практически ничего – один лишь воздух. Ячеистая структура и 99 % воздуха – вот состав металла. Толщина стенок ячеек гораздо меньше, чем у человеческого волоса. Для изготовления применяется никель и другие элементы – в зависимости от состава будут меняться и свойства вещества.

По словам авторов разработки, для изготовления сверхлегкого металла им пришлось подвергнуть стандартные материалы высокому давлению. В таких условиях удается сплавлять даже те вещества, которые раньше не демонстрировали сродства.

Разработкой заинтересовались не только представители аэрокосмической отрасли, но и производители высокотехнологичных приспособлений. Возможно, следующее поколение продукции Apple будет создано с применением сверхлегкого микролаттиса. Исследователи изучают перспективы его применения в сфере создания энергонакопителей – способность материала поглощать энергию по-настоящему удивляет.

Лёгкие металлы информация о цветных легких металлах, легкий металл — металлургия легких металлов

Лёгкие металлы ,Лёгкие металлы и легкие сплавы металлов.

легкие металлы, легкий металл. Металлы платиновой группы (МПГ, Платиновая группа, Платиновые металлы, Платиноиды) — коллективное обозначение шести переходных металлических элементов (рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина), имеющих схожие физические и химические свойства, и, как правило, встречающихся в одних и тех же месторождениях. В связи с этим, имеют схожую историю открытия и изучения, добычу, производство и применение. Металлы платиновой группы являются благородными и драгоценными металлами. В природе, чаще всего встречаются, в полиметаллических (медно-никелевых) рудах, а также в месторождениях золота и платины. Иногда, металлы платиновой группы подразделяют на две триады: рутений, родий и палладий — лёгкие платиновые металлы и платина, иридий и осмий — тяжёлые платиновые металлы.

В Старом Свете платина не была известна, однако цивилизации Анд (инки и чибча) добывали и использовали её с незапамятных времён Итальянский химик Джилиус Скалигер в 1835 году открыл неразложимость платины и таким образом доказал, что она является независимым химическим элементом.

В 1803 английский учёный Уильям Хайд Волластон открыл палладий и родий.
В 1804 английский учёный С. Теннант открыл иридий и осмий.
В 1808 русский учёный А. Снядицкий, исследуя платиновую руду, привезенную из Южной Америки, извлек новый химический элемент, названный им вестием.
В 1844 профессор Казанского университета К. К. Клаус всесторонне изучил этот элемент и назвал его в честь России рутением.

Все платиновые металлы светло-серые и тугоплавкие, платина и палладий пластичны, осмий и рутений хрупкие. Красивый внешний вид благородных металлов обусловлен их инертностью.

Платиновые металлы обладают высокой каталитической активностью в реакциях гидрирования, что обусловлено высокой растворимостью в них водорода. Палладий способен растворить до 800—900[2] объёмов водорода, платина — до 100.
Все платиновые металлы химически довольно инертны, особенно платина. Они растворяются лишь в «царской водке» с образованием хлоридных комплексов.

Нас находят по запросам:
самый легкий металл
самые легкие металлы
легкие цветные металлы
металлургия легких металлов
легкий серебристо белый металл
легкие и тяжёлые металлы
сплав легких металлов
легкий прочный металл
легкие металлы металлургия
металлургия легких металлов

Самый легкий металл и из чего он сделан

В Калифорнии удалось разработать самый легкий металл на сегодняшний день. Он получил название «микролаттис». В октябре 2017 года его официально включили в книгу рекордов Гиннеса, то есть материал уникален!

Слово металл у многих ассоциируется с чем-то тяжелым. Микролаттис ломает этот стереотип. Он настолько легок, что цветок одуванчика не деформируется при столкновении с ним. По своей структуре, этот металл схож с человеческой костью, так как внутри он полый. Его производители заявляют, что этот легкий сплав может стать основой самолетостроения.

Состав металла

На 99.99% микролаттис состоит из пустого воздушного пространство, что и делает его таким легким. Он имеет ячеистую структуру из пересекающихся фосфорных трубок, то есть полый полностью. Их толщина всего 80 нанометров, что равно 0.001% от толщины человеческого волоса. По факту, это самый легкий и прочный металл в мире. Он способен выдерживать нагрузки, несравнимые со своим весом, то есть многократно превышающие его. К тому же ученные утверждают, что волокна материала можно дополнять разными металлами и сплавами, включая чистый карбон, благодаря которому структура будет более гибкой и получит новые полезные свойства.

Преимущества микролаттиса

Самый легкий металл в мире, также имеет ряд особенностей, благодаря которым его может ждать огромный потенциал в будущем.

  • Возможность добавления в сплав микролаттиса примесей других металлов. Это позволит модифицировать материал и также придавать ему новые свойства.
  • Возможность корректировать прочность структуры, воздействуя на металл при помощи ультрафиолетовых лучей.
  • Самый прочный и легкий металл в мире, обладает еще и изолирующими свойствами. Ученые утверждают, что его можно будет использовать еще и для защиты двигателя автомобиля, еще и в промышленных нейтрализаторах. Так же при создании  органов, например, легкого.
  • Дешевый способ производства. Благодаря простоте и дешевизне изготовления, по мнению аналитиков, самый легкий металл на Земле, конечно, со временем войдет в повседневное использование.

В конце концов, жесткие правила внутри отрасли производства промышленных металлов, тормозят распространение микролаттиса на массовом рынке. Но будем надеяться, что  его внедрение – дело ближайших лет.

Какой металл самый легкий?

Вы можете думать о металлах как о тяжелых или плотных. Это верно для большинства металлов, но некоторые из них легче воды, а некоторые почти такие же легкие, как воздух. Взглянем на самый легкий металл в мире.

Легчайшие элементарные металлы

Самым легким или наименее плотным металлом, который является чистым элементом, является литий, плотность которого составляет 0,534 г / см 3 . Это делает литий почти вдвое плотнее воды, поэтому, если бы литий не был таким реактивным, кусок металла плавал бы на воде.

Два других металлических элемента менее плотны, чем вода. Калий имеет плотность 0,862 г / см 3 , а натрий имеет плотность 0,971 г / см 3 . Все остальные металлы в таблице Менделеева плотнее воды.

Хотя литий, калий и натрий достаточно легкие, чтобы плавать на воде, они также обладают высокой реакционной способностью. При помещении в воду они горят или взрываются.

Водород — самый легкий элемент, потому что он состоит просто из одного протона, а иногда и из нейтрона (дейтерия).При определенных условиях он образует твердый металл, имеющий плотность 0,0763 г / см 3 . Это делает водород наименее плотным металлом, но он обычно не считается претендентом на звание «самый легкий», потому что в природе он не существует как металл на Земле.

Самый легкий металлический сплав

Хотя элементарные металлы могут быть легче воды, они тяжелее некоторых сплавов. Самый легкий металл — это решетка из никель-фосфорных трубок (Microlattice), разработанная исследователями из Калифорнийского университета в Ирвине.Эта металлическая микрорешетка в 100 раз легче, чем кусок пенополистирола (например, пенополистирола). Одна известная фотография показывает решетку, покоящуюся на одуванчике, который пустил семена.

Несмотря на то, что сплав состоит из металлов с обычной плотностью (никель и фосфор), материал очень легкий. Это связано с тем, что сплав имеет ячеистую структуру, состоящую на 99,9% из открытого воздушного пространства. Матрица состоит из полых металлических трубок, каждая толщиной около 100 нанометров или примерно в тысячу раз тоньше человеческого волоса.Расположение трубок придает сплаву внешний вид, похожий на пружину матрасного ящика. Хотя конструкция в основном представляет собой открытое пространство, она очень прочная из-за того, как может распределять вес. Софи Спэнг, одна из ученых-исследователей, которые помогли разработать Microlattice, сравнивает сплав с человеческими костями. Кости крепкие и легкие, потому что они в основном полые, а не твердые.

Список 10 самых легких металлов на Земле — Вес вещей

Когда люди думают о металле, они часто думают о тяжелом. металлы, а не легкие металлы, потому что это металл, о котором думает большинство людей они больше всего общаются в повседневной жизни.Но правда в том, что легчайшие металлы на земле часто спрятаны прямо у нас под носом.

Итак, какие 10 самых легких металлов на Земле? 10 самых легких Металлы на Земле следующие, от самых легких до самых тяжелых:

  • Литий 0,53 г / см 3
  • Калий 0,89 г / см 3
  • Натрий 0,97 г / см 3
  • Рубидий 1,53 г / см 3 Литий 0,53 г / см 3
  • Кальций 1,54 г / см 3
  • Магний 1.74 г / см 3
  • Бериллий 1,85 г / см 3
  • Цезий 1,93 г / см 3
  • Стронций 2,64 г / см 3 \
  • Алюминий 3,62 г / см 3

Хотя все эти легкие элементы классифицируются как металлы, они сильно различаются по своим свойствам и применению в химии человека и технология. Читайте дальше, чтобы узнать больше об этих удивительных металлах.

Литий 0,53 г / см

3

Литий — это тип металла, который часто используется для построить ион лития и их более долгоживущий родственник, литий-сера аккумулятор.Эти батареи популярны в легких приложениях, таких как сотовые телефоны. Когда литиевая руда горит, она излучает яркий малиновый свет.

Еще одним техническим применением лития является то, что когда он добавляется в жидкое стекло в виде карбоната лития, служит для закаленное стекло прочнее и легче после охлаждения, а также уменьшает энергия, необходимая, чтобы растопить его.

Литий также является популярным лекарством для некоторых психические заболевания, такие как биполярное расстройство личности.Согласно WebMD, при лечении литием у пациентов с биполярным расстройством было меньше случаев биполярного расстройства. депрессия. Было даже показано, что литий предотвращает случаи суицидальных действий. депрессия у биполярных людей. Тот факт, что литий такой легкий, — это единственная причина, по которой его можно использовать в организме человека.

Калий 0,89 г / см

3

Раньше люди перерабатывали калий в их собственные дома, даже не зная, что это был металл, потому что он образовал сверхлегкое солевое соединение.

Процесс образования этого соединения получил название поташа. и включал выщелачивание растительной золы в больших чугунных котлах с целью перегонки соли калия из них. Этот калий был ценным ресурсом для таких ремесел. как создание удобрений, производство красителей, порох и крашение различных виды ткани.

Калий является жизненно важным питательным веществом в организме человека, в основном что немаловажно, благодаря его способности проводить электричество. Это делает его неотъемлемая часть биологических процессов, таких как участвующие электрические импульсы в нервных окончаниях, что позволяет телу также посылать неврологические сигналы как сокращаются мышечные ткани.

В химических лабораториях калий известен прежде всего тем, что летучая реакция при контакте с водой и добавление калия попадание воды может привести к сильному взрыву.

Натрий 0,97 г / см

3

Подобно калию, натрий является достаточно легким металлом, чтобы транспортироваться в кровотоке и, как таковой, является одним из металлов, жизненно важен для биологических процессов. Также, как и калий, натрий является электролитом. Это добавляет способности тела проводить электрические сигналы.Это также помогает регулировать количество жидкости в организме.

Эта биологическая функция также не ограничивается людьми. Травоядные животные, такие как олени, будут искать «солонки» или камни с солевые прожилки, которые они будут лизать, чтобы увеличить потребление жизненно важного натрия.

В повседневной жизни большинство людей знакомы с натрием в его наиболее распространенное соединение, хлорид натрия, также известный как обычная таблица поваренная соль. Хотя сегодня это достаточно распространено, в древние времена соль была очень ценной. торговый товар.

Рубидий 1,53 г / см

3

Из всех легких металлов в этом списке рубидий вероятно, тот, с которым люди меньше всего знакомы за пределами научная лаборатория. Чаще всего его применяют для создания красных и пурпурных цветов. фейерверк, потому что когда он горит, он горит красновато-пурпурным цветом.

Рубидий обычно создается как побочный продукт литий, но это не значит, что он бесполезен. Скорее можно использовать рубидий для нескольких технических применений из-за небольшого веса, в том числе рабочие для удаления газовых примесей из компонентов прибора, таких как вакуумные лампы.Потому что легко ионизируется, рубидий также используется в ионных силовых установках в астронавтическая инженерия, по данным НАСА.

Кальций 1,54 г / см

3

Другой легкий металл, обнаруженный в организме человека, кальций что организм использует для образования более твердых биологических соединений, таких как кости и зубы эмаль. Когда люди лишены кальция, их кости становятся пористыми и ломкость в процессе, известном как остеопороз.

Поскольку это металл, можно подумать, что кальций сделать кости слишком тяжелыми, чтобы они могли функционировать, но вы ошибаетесь.Это потому, что кальций настолько легкий по сравнению с другими видами металлов.

Использование кальция в карбонатной форме в качестве известняка позволили римлянам изобрести бетон, что сделало его одним из самых инструментальных металлы в строительстве цивилизованного мира. Карбонат кальция также материал, из которого построены египетские пирамиды.

Магний 1,74 г / см

3

Более значимый для биологических процессов растений чем животные (но важен для обоих), магний — легкий металл, который позволяет для фотосинтеза.Без него растения не смогли бы производить свои собственные еды и не выжить.

В технических приложениях чаще всего используется магний. в качестве добавки к металлическим сплавам. Поскольку он такой легкий, это идеальный материал для изготовления небольшой электроники, например фотоаппаратов, ноутбуков, смартфоны и другие портативные гаджеты.

Бериллий 1,85 г / см

3

Хотя этот легкий металл присутствует более чем в 100 других типах минералов, сложность его извлечения делает его редким элементом.На самом деле есть только три страны — Китай, Казахстан и США. Государства, производящие бериллий на промышленном уровне.

Особым свойством бериллия является то, что он не магнитный, что делает его хорошим металлом для изготовления инструментов, предназначенных для используется на оборудовании, чувствительном к магнитным полям, например, на наведении танка системы и спутники наблюдения. Поскольку бериллий в основном используется военного характера, мало что известно о том, как он используется в правительстве Приложения.

Цезий 1,93 г / см

3

Цезий — легкий металл, который используется в атомной энергетике. часы, похожие на то, что используется рубидий, за исключением того, что цезий приводит к более точному времени. В своей металлической форме цезий обычно считается слишком нестабильным и опасным в обращении, поэтому его обычно продают как соединение азид цезия. Затем это соединение можно нагреть для удаления цезия. снова для прикладного использования.

Еще одно качество, которое цезий разделяет с рубидием, — это его потенциал в качестве топлива для ионных силовых установок в ракетах и ​​космических аппаратах.

Однако реакционная способность цезия делает его опасным химикат, с которым нужно работать, особенно вокруг воды, где он образует прочную основу называется гидроксид цезия, который настолько едкий, что может разъедать стекло.

Стронций 2,64 г / см

3

Стронций чаще всего получают из серебристо-голубых кристалл, известный как целестит, благодаря своей плотности света и особым свойствам, он выполняет множество функций в прикладной науке и технике. Он используется в все, от окрашивания фейерверков в красный цвет до создания светящихся красок.

Как один из щелочных металлов стронций летучий при контакте с водой и воздухом. Стронций будет воспламеняется при контакте с воздухом и превращается в ядовитый гидроксид стронция при контакте с водой.

Алюминий 2,71 г / см

3

Наряду с натрием алюминий является еще одним легким металлом. которые можно легко найти в большинстве домашних хозяйств благодаря многочисленным домашним использует. Когда алюминий используется в качестве тонких металлических листов, он используется во многих домашних хозяйствах. такие функции, как размещение продуктов в духовке или накрывание продуктов для их сохранения.

Вне дома этот серебристо-белый металл используется для многие другие функции, которые используют его легкий вес и устойчивость к коррозия, в том числе ее использование в компонентах и ​​инструментах самолетов. Потому что это может полностью повторно использоваться без изменения каких-либо его химических свойств или сокращенный, это популярный материал для программ утилизации.

6 самых легких и прочных материалов на Земле

Строительство будущего выглядит более захватывающим, чем когда-либо, благодаря огромным технологическим разработкам в области инновационных материалов.Исследователи постоянно разрабатывают новые материалы, которые прочнее и легче, чем когда-либо прежде, прокладывая путь к более энергоэффективному и экологически чистому будущему во всем, от транспорта до медицинских технологий. Мы собрали шесть передовых материалов, которые входят в число самых легких и прочных из когда-либо обнаруженных — продолжайте читать, чтобы увидеть их все.

Продолжить чтение ниже

Наши избранные видео

Спасибо!

Следите за нашим еженедельным информационным бюллетенем.

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Получайте последние мировые новости и проекты, создающие лучшее будущее.

ЗАРЕГИСТРИРОВАТЬСЯ

ЗАРЕГИСТРИРОВАТЬСЯ

Ультратонкий графен, сделанный из чистого углерода, считается одним из самых прочных материалов на планете. Но ранее в этом году исследователи из Массачусетского технологического института нашли способ превратить двумерный графен в трехмерную структуру, разработав новый материал губчатой ​​формы, который на 5 процентов плотнее стали и примерно в 10 раз прочнее.Было показано, что сверхпрочный и легкий 3D-графен сильнее, чем его 2D-аналог, и предлагает более широкие возможности использования благодаря своей форме строительного блока.

Весной 2016 года группа австрийских исследователей показала, что им удалось успешно синтезировать карбин, экзотическую форму углерода, который, по их словам, является самым прочным из всех известных материалов — даже превосходящим графен. Считающийся святым Граалем аллотропов углерода, карбин состоит из одномерной цепочки атомов углерода, обладающих высокой реакционной способностью, поэтому его очень сложно синтезировать.Считается, что жесткий материал вдвое прочнее углеродных нанотрубок.

Аэрографит, созданный из сети пористых углеродных трубок, представляет собой синтетический пенопласт, который является одним из самых легких конструкционных материалов, когда-либо созданных. Разработанный исследователями из Кильского университета и Гамбургского технического университета, аэрографит может быть произведен в различных формах и может похвастаться плотностью всего 180 граммов на кубический метр, что делает его примерно в 75 раз легче пенополистирола. Материал может быть использован на электродах литий-ионных аккумуляторов для уменьшения их веса.

Аэрографен, также известный как графеновый аэрогель, считается самым легким материалом в мире с плотностью всего 0,16 миллиграмма на кубический сантиметр. Исследователи из Университета Чжэцзян разработали материал, который примерно в 7,5 раз менее плотен, чем воздух. Чрезвычайно эластичный материал может поглощать нефть и воду в 900 раз больше собственного веса, что делает очистку от разливов нефти потенциальным применением.

Металлическая микрорешетка — самый легкий металл в мире и один из самых легких конструкционных материалов.Этот синтетический пористый материал из никель-фосфорных трубок имеет плотность всего 0,9 миллиграмма на кубический сантиметр. Возможные варианты использования включают приложения в автомобильной и авиационной технике и т. Д.

Зубы блюдец — термин, обозначающий водных улиток, цепляющихся за скалистые берега, — считаются одним из самых прочных биологических материалов в мире. В исследовании Портсмутского университета было обнаружено, что сделанные из минерально-белкового композита зубы блюдец намного прочнее, чем шелк паука.Считается, что его сила связана с плотно упакованными минеральными волокнами, которые ученые могли объединить в искусственные композиты, чтобы создать более прочные самолеты, автомобили и даже зубные пломбы.

Изображение свинца через ZD News / Huffington Post

Самые легкие металлы: наука и технологии от лития до кальция

Авторы XI

Серия Предисловие XV

Предисловие к тому XVII

ЧАСТЬ 1: ИСТОРИЯ ВОПРОСА 1

Взаимоотношения между легчайшими металлами 3
Николас К.Бойд и Тимоти П. Хануса

Возникновение и производство бериллия 23
Стивен Фриман

Появление минералов магнезии и производство магния химических веществ и металла 35
Марк А. Шанд

Возникновение и производство алюминия 47 902 Halvor Kvande

Статус стратегических металлов 57
Дебора А. Крамер

Устойчивость ресурсов 67
Дэвид А. Этвуд

ЧАСТЬ 2: ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 73

Низкое содержание окислов в крови Майкл 902 .Hill

Растворный ЯМР легких металлов основной группы 91
Тимоти П. Хануса

Твердотельный ЯМР легких металлов основной группы 117
Роберт В. Шурко и Майкл Дж. Ярошевич

Катион-π Взаимодействия 173
Йи Ан и Стивен Уиллер

Ионные каналы и ионофоры 185
Питер Дж. Крэгг

Токсикология металлического бериллия: современная перспектива 205
Теренс М.Civic

ЧАСТЬ 3: ПРИМЕНЕНИЕ 211

Переосмысление реакции Гриньяра 213
Свен Крик и Маттиас Вестерхаузен

Ариллитий и гетариллитий DW33000 в составе катализа и калийного магния

0 9231

0 в составе магния и кальциевого комплекса 255
Merle Arrowsmith

Катализ на основе алюминия 281
Марк Р. Мейсон

Литий-ионные батареи: основы и безопасность 303
Isidor Buchmann

33 Литий-ионные аккумуляторы и перспективы Юн Хва и Элтон Дж.Кэрнс

Синтез материалов для хранения водорода под высоким давлением 335
Хироюки Сайто, Шигеюки Такаги, Кацутоши Аоки и Син-ичи Оримо

Обработка и применение прозрачной керамики 343
Линг Дун Бинг Конг, Чжилионг Хуанг Тяньшу Чжан, Вэньсю Цюэ, Цзянь Чжан, Динъюань Танг и Шон Ли

Сверхпроводники из легких элементов 371
Андреас Херманн

Одномерный катализ с усилением наноструктур 387
Сибо Ван, Янь Ренго и Янь Ренго Сиань Гао

Фармакология лития 417
Филип Г.Яничак и Брэдли Р. Катлер

Солнечная энергия и фотоэлектрическая энергия 427
Арнульф Джагер-Вальдау

Аббревиатуры и сокращения 437

Индекс 441

Исследователи создают один из самых прочных и легких материалов из известных | MIT News

Команда исследователей из Массачусетского технологического института разработала один из самых прочных из известных известных 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 больше, чем сталь.

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

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

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

Другие группы высказали предположение о возможности создания таких легких структур, но лабораторные эксперименты до сих пор не соответствовали прогнозам, а некоторые результаты показали, что 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 близко соответствует экспериментальным наблюдениям.

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

Команде удалось сжать маленькие чешуйки графена, используя сочетание тепла и давления. В результате этого процесса образовалась прочная, стабильная структура, форма которой напоминает формы некоторых кораллов и микроскопических существ, называемых диатомовыми водорослями. Эти формы, которые имеют огромную площадь поверхности, пропорциональную их объему, оказались чрезвычайно прочными. «Создав эти трехмерные структуры, мы захотели увидеть, каков предел — какой самый прочный материал, который мы можем произвести», — говорит Цинь.Для этого они создали множество трехмерных моделей, а затем подвергли их различным испытаниям. При компьютерном моделировании, имитирующем условия нагружения при испытаниях на растяжение и сжатие, выполненных в машине для нагружения растяжением, «один из наших образцов имеет 5-процентную плотность стали, но в 10 раз больше прочности», — говорит Цинь.

Бюлер говорит, что то, что происходит с их трехмерным графеновым материалом, который состоит из искривленных поверхностей при деформации, похоже на то, что происходит с листами бумаги.Бумага имеет небольшую прочность по длине и ширине и легко мнется. Но когда ему придана определенная форма, например, свернуть в трубу, внезапно прочность по длине трубы становится намного больше и может выдерживать значительный вес. Точно так же геометрическое расположение чешуек графена после обработки естественным образом образует очень прочную конфигурацию.

Новые конфигурации были сделаны в лаборатории с использованием многоматериального трехмерного принтера с высоким разрешением. Они были механически испытаны на прочность при растяжении и сжатии, а их механический отклик под нагрузкой был смоделирован с использованием теоретических моделей группы.Результаты экспериментов и моделирования точно совпали.

Новые, более точные результаты, основанные на атомистическом вычислительном моделировании, проведенном группой MIT, исключили возможность, предложенную ранее другими группами: что можно было бы сделать трехмерные графеновые структуры настолько легкими, что они на самом деле были бы легче, чем воздух, и мог бы использоваться как прочная замена гелию в воздушных шарах. Однако текущая работа показывает, что при такой низкой плотности материал не будет иметь достаточной прочности и разрушится под давлением окружающего воздуха.

Но, по словам исследователей, со временем может появиться и множество других возможных применений материала, которые требуют сочетания чрезвычайной прочности и легкости. «Вы можете использовать настоящий графеновый материал или 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 (например, прозрачность или электропроводность).

«Вы можете заменить сам материал чем угодно», — говорит Бюлер. «Геометрия является доминирующим фактором. Это то, что может быть перенесено на многие вещи «.

Необычные геометрические формы, которые графен естественным образом формирует под действием тепла и давления, выглядят как шар Нерфа — круглые, но полные дырок. Эти формы, известные как гироиды, настолько сложны, что «фактически изготовить их с использованием обычных методов производства, вероятно, невозможно», — говорит Бюлер. В целях тестирования команда использовала трехмерные модели конструкции, увеличенные в тысячи раз от их естественного размера.

Для фактического синтеза, по словам исследователей, одна из возможностей состоит в том, чтобы использовать полимерные или металлические частицы в качестве шаблонов, покрыть их графеном путем химического осаждения паров перед обработкой нагреванием и давлением, а затем химически или физически удалить полимерную или металлическую фазы, чтобы оставить их. Трехмерный графен в форме гироида. Для этого вычислительная модель, представленная в текущем исследовании, дает рекомендации по оценке механического качества выходных данных синтеза.

По их мнению, та же самая геометрия может быть применена даже к крупномасштабным конструкционным материалам.Например, бетон для такой конструкции, как мост, может быть изготовлен с такой пористой геометрией, обеспечивающей сопоставимую прочность при небольшом весе. Дополнительным преимуществом такого подхода является обеспечение хорошей изоляции из-за большого количества замкнутого воздушного пространства внутри него.

Поскольку форма пронизана очень маленькими порами, материал также может найти применение в некоторых системах фильтрации, как для воды, так и для химической обработки. По словам исследователей, математические описания, полученные этой группой, могут облегчить разработку множества приложений.

«Это вдохновляющее исследование механики трехмерной сборки графена», — говорит Хуацзянь Гао, профессор инженерии в Университете Брауна, который не принимал участия в этой работе. «Комбинация компьютерного моделирования с экспериментами на основе трехмерной печати, использованная в этой статье, является мощным новым подходом в инженерных исследованиях. «Впечатляет то, что законы масштабирования, первоначально полученные из моделирования в наномасштабе, вновь появляются в экспериментах на макромасштабах с помощью трехмерной печати», — говорит он.

Эта работа, по словам Гао, «показывает многообещающее направление объединения прочности двухмерных материалов и мощи материального архитектурного дизайна.”

Исследование было поддержано Управлением военно-морских исследований, Междисциплинарной университетской исследовательской инициативой Министерства обороны и Североамериканским центром исследований перспективных материалов BASF.

Какой самый легкий металл на Земле?

Чем легче строение, взмывающее в воздух, тем лучше. Это одна из причин, почему страусы не умеют летать — их кости твердые, а не полые. Это также одна из причин, по которой исследователи из HRL Laboratories создали самый легкий металл, известный человеку.

Исследователи в сотрудничестве с учеными из Калифорнийского технологического института и Калифорнийского университета в Ирвине разработали металлическую микрорешетку, более легкую, чем пенополистирол, для конструктивных элементов аэрокосмической отрасли. Материал настолько легкий, что может сидеть на одуванчике, не раздавив его.

Но это не значит, что он слабый. Материал может выдерживать деформацию, превышающую 50 процентов при испытаниях на сжатие, и по-прежнему принимает свою первоначальную форму и 98 процентов своей высоты после снятия нагрузки.

Другие материалы, которые попадают в категорию сверхлегких (менее 10 мг / см3), такие как аэрогели диоксида кремния, аэрогели из углеродных нанотрубок, металлические пены и полимерные пены, имеют очень случайную ячеистую архитектуру.Это означает, что, хотя эти материалы с низкой плотностью сохраняют такие преимущества, как высокая удельная поверхность (общая площадь поверхности материала на указанную единицу), им не хватает жесткости, прочности, поглощения энергии и проводимости более тяжелых материалов. Исследователи HRL создали сверхлегкий и структурно прочный материал.

Ключевым элементом конструкции является серия полых труб. В исследовании, опубликованном в ноябре прошлого года в журнале Science , исследователи подвергли светочувствительную жидкость УФ-свету через узорчатую маску, которая создала трехмерную фотополимерную решетку.Затем они нанесли слой никель-фосфора на решетку полимера, который затем протравили. Оставшаяся структура представляла собой макроскопический материал с полыми трубками в качестве основных структурных элементов. Полученный материал имел плотность 0,9 мг / см3. Для сравнения, сверхлегкие аэрогели из диоксида кремния составляют 1 мг / см3.

Хотя металлическая микрорешетка является самым легким металлом, разработанным на сегодняшний день, менее года она удерживала титул самого легкого материала. Аэрографит, углеродный материал, разработанный исследователями из Технического университета Гамбурга и Кильского университета (о котором впервые было сообщено в статье Advanced Materials в июне 2012 года), весит всего.2 мг / см3.

У вас есть животрепещущий научный вопрос, ответ на который вы хотели бы увидеть в разделе для справки? Отправьте его по адресу [email protected]

Boeing разрабатывает самый легкий металл в мире

Boeing разрабатывает самый легкий металл в мире

© HRL Laboratories. Через интересную инженерию. ShareShare
  • Facebook

  • Twitter

  • Pinterest

  • Whatsapp

  • Почта

Или

https: // www.archdaily.com/799124/boeing-develop-worlds-lightest-metal

Металлическая микрорешетка, разработанная Boeing и HRL Laboratories, только что была занесена в Книгу рекордов Гиннеса как самый легкий металл.

Микрорешетка, изготовленная из никель-фосфора, имитирует структуру клеток человека, достигая плотности и площади поверхности, аналогичных легочной ткани. Настолько легкий, что его можно уравновесить на верхушке семенной головки одуванчика, материал весит примерно в 100 раз легче пенополистирола.

«Цель достижения рекорда для легчайшего металла заключалась в том, чтобы показать гибкость производственного процесса», — сказал Билл Картер, директор лаборатории датчиков и материалов HRL.«С помощью того же процесса мы можем производить прочный и полезный материал, который может быть изготовлен с плотностью алюминия вплоть до гораздо меньшей плотности воздуха (исключая воздух внутри). Для достижения плотности в любой точке между этими двумя вариантами требуется только небольшое изменение в процессе создания. Это можно сделать быстро, относительно недорого и под заказ ».

Для создания микрорешетки настраиваемый полимерный шаблон конструируется с помощью «процесса самоформирующегося фотополимерного волновода», а затем наносится гальваническое покрытие никель-фосфорным слоем толщиной примерно 80 нанометров, что примерно в 1000 раз тоньше, чем ширина человеческая прическа.Затем полимер удаляют химическим способом.

Полученный продукт представляет собой ультратонкий материал, способный поглощать большое количество энергии по всей своей структуре.

Производственный процесс является быстрым и масштабируемым, что позволяет HRL предвидеть, что микрорешетка может быть эффективно использована в приложениях, включая изоляцию, теплообменные устройства, каталитические преобразователи, крылья самолетов, военные шлемы, защиту транспортных средств от взрыва и даже для разработки искусственного легкого.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.