Самый твердый – Самые твердые материалы на Земле ТОП 10

Самые твердые материалы на Земле ТОП 10

Каждый из вас знает, что эталоном твердости на сегодня так и остается алмаз. При определении механической твердости существующих на земле материалов твердость алмаза берется как эталон: при измерениях методом Мооса – в виде поверхностного образца, методами Виккерса или Роквелла – в качестве индентора (как более твердое тело при исследовании тела с меньшей твердостью). На сегодняшний день можно отметить несколько материалов, твердость которых приближается к характеристикам алмаза.

Сравниваются в данном случае оригинальные материалы, исходя из их микротвердости по методу Виккерса, когда материал считается сверхтвердым при показателях в более 40 ГПа. Твердость материалов может изменяться, в зависимости от характеристик синтеза образца или направления приложенной к нему нагрузки.

Колебания показателей твердости от 70 до 150 ГПа – общеустановленное понятие для твердых материалов, хотя эталонной величиной принято считать 115 ГПа. Давайте рассмотрим 10 самых твердых материалов, кроме алмаза, которые существуют в природе.

10. Субоксид бора (B₆O) — твердость до 45 ГПа

Субоксид бора обладает способностями создавать зерна, имеющие форму икосаэдров. Образованные зерна при этом не являются обособленными кристаллами или разновидностями квазикристаллов, представляя собой своеобразные кристаллы-двойники, состоящие из двух десятков спаренных кристаллов-тетраэдров.

Содержание недостаточного количества атомов кислорода в субоксиде бора обеспечивает материалу характеристики, свойственные керамическим материалам. Данное вещество имеет качества химической инертности, повышенной прочности, устойчивости к истиранию при невысоких показателях плотности, а его монокристаллы обладают твердостью в 45 ГПа.

10. Диборид рения (ReB₂) — твердость 48 ГПа

Многие исследователи ставят под сомнение вопрос, может ли этот материал причисляться к материалам сверхтвердого типа. Это вызвано весьма необычными механическими свойствами соединения.

Послойное чередование разных атомов делает этот материал анизотропным. Поэтому измерение показателей твердости получаются разными при наличии разнотипных кристаллографических плоскостей. Таким образом, испытаниями диборида рения при малых нагрузках обеспечивается твердость в 48 ГПа, а при увеличении нагрузки твердость становится намного меньше и составляет приблизительно 22 ГПа.

8. Борид магния-алюминия (AlMgB₁₄) — твердость до 51 ГПа

Состав представляет собой смесь алюминия, магния, бора с невысокими показателями трения скольжения, а также высокой твердостью. Эти качества могли бы стать находкой для производства современных машин и механизмов, работающих без смазки. Но использование материала в такой вариации пока что считается непомерно дорогим.

AlMgB14 — специальные тоненькие пленки, создающиеся при помощи лазерного напыления импульсного типа, имеют способность обладать микротвердостью до 51 ГПа.

7. Бор-углерод-кремний — твердость до 70 ГПа

Основа такого соединения обеспечивает сплаву качества, подразумевающие оптимальную устойчивость к химическим воздействиям негативного типа и высокой температуре. Такой материал обеспечивается микротвердостью до 70 ГПа.

6. Карбид бора B₄C (B₁₂C₃) — твердость до 72 ГПа

Еще один материал – карбид бора. Вещество достаточно активно стало использоваться в разных сферах промышленности практически сразу же после его изобретения в 18 веке.

Микротвердость материала достигает 49 ГПа, но доказано, что и этот показатель можно увеличить посредством добавления ионов аргона в строение кристаллической решетки – до 72 ГПа.

5. Нитрид углерода-бора — твердость до 76 ГПа

Исследователи и ученые со всего мира давно пытаются синтезировать многосложные сверхтвердые материалы, в чем уже были достигнуты ощутимые результаты. Компонентами соединения являются атомы бора, углерода и азота – близкие по размерам. Качественная твердость материала доходит до 76 ГПа.

4. Наноструктурированный кубонит — твердость до 108 ГПа

Материал еще называется кингсонгитом, боразоном или эльбором, а также обладает уникальными качествами, успешно используемыми в современной промышленности. При показателях твердости кубонита в 80-90 ГПа, близких к алмазному эталону, сила закона Холла-Петча способна обусловить их значительный рост.

Это означает, что при уменьшении размеров кристаллических зерен увеличивается твердость материала – существуют определенные возможности увеличения до 108 ГПа.

3. Вюртцитный нитрид бора — твердость до 114 ГПа

Вюрцитная кристаллическая структура обеспечивает высокие показатели твердости данному материалу. При локальных структурных модификациях, во время приложения нагрузки конкретного типа, связи между атомами в решетке вещества перераспределяются. В этот момент качественная твердость материала становится больше на 78 %.

2. Лонсдейлит — твердость до 152 ГПа

Лонсдейлит является аллотропной модификацией углерода и отличается явной схожестью с алмазом. Обнаружен твердый природный материал был в метеоритном кратере, образовавшись из графита – одного из компонентов метеорита, однако рекордной степенью прочности он не обладал.

Учеными было доказано еще в 2009 году, что отсутствие примесей способно обеспечить твердость, превышающую твердость алмаза. Высокие показатели твердости способны обеспечиваться в этом случае, как и в случае с вюртцитным нитридом бора.

1. Фуллерит — твердость до 310 ГПа

Полимеризованный фуллерит считается в наше время самым твердым материалом, известным науке. Это структурированный молекулярный кристалл, узлы которого состоят из целых молекул, а не из отдельных атомов.

Твердость фуллерита составляет до 310 ГПа, и он способен поцарапать алмазную поверхность, как обычный пластик. Как видите, алмаз это больше не самый твёрдый природный материал в мире, науке доступны более твердые соединения.

Пока это самые твердые материалы на Земле, известные науке. Вполне возможно, в скором времени нас ждут новые открытия и прорыв в области химии/физики, что позволит добиться более высокой твердости.

www.sciencedebate2008.com

Топ 10 Самых твердых веществ в мире

Все еще думаете, что алмаз – самое твердое вещество на нашей планете? Прошлый век! В нашем ТОП 10 – самые твердые вещества на планете, и алмаз в них только на четвертом месте.

1 Ульратвердый фуллерит

Поцарапать алмаз? Запросто. Для этого подходит ультратвердый фуллерит. В гранях этого кристалла – целые молекулы фуллерона, что делает его необычайно крепким, примерно в три раза крепче алмаза.

2 Лонсдейлит

В отличие от полностью искусственного фуллерита лонсдейлит можно найти в местах столкновения астероидов с земной поверхностью. Особенностью этого вещества является способность к модифицированию под давлением. Если нагрузка извне возрастает, лонсдейлит перестраивает свою структуру так, чтобы стать еще крепче.

3 Вюртцитный нитрид бора

Аналогичный механизм запускается у бронзового медалиста нашей Десятки самых твердых веществ на земле. Это вюртцитный нитрид бора. При увеличении давления на этот материал, он становится тверже своего обычного состояния почти в два раза.

4 Алмаз

Натуральный алмаз все еще цепляется за свои позиции, однако… мало кто знает, что алмазы по твердости тоже бывают разными. В зависимости от качества камня его твердость колеблется от 70 до 150 гигапаскалей. Но, все же, твердую четверку он заслуживает.

5 Боразон или эльбор, кубонит, кингсонгит, киборит

Все это названия одного и того же вещества – кубического нитрида бора, открытого еще в 1985 году. Интересно узнать, что боразон кое в чем алмаз превосходит – его температура горения почти в два раза превышает температуру горения алмаза.

6 Нитрид углерода-бора

А вот это вещество существует только потенциально и до сих пор доказано лишь теоретически. Тем не менее, когда оно будет создано, Нитрид углерода бора (c-BC2N) будет в некоторых аспектах тверже алмаза.

7 Карбид бора

Карбид бора – один из старожилов нашей десятки самых твердых веществ на планете. В 2016 исполняется 123 года с момента его открытия. И, тем не менее, он до сих пор держит марку – это одно из самых тугоплавких и химически стойких веществ, не растворяющееся даже в кипящих кислотах.

8 Диборид осмия

Диборид осмия отличается исключительной прочностью в одном из направлений своей кристаллической решетки. Чтобы получить это вещество, диборид магния смешивают с хлоридом осмия и выдерживают при температуре +1000С три дня. И то и другое вещество растворяются даже водой, но получившиеся кристаллы – гораздо тверже.

9 Диборид рения

Еще один кристалл, который наступает на пятки алмазу. Его кристаллическая решетка в отдельных направлениях даже тверже этого природного минерала. В то же время, по другим – в пять-шесть раз мягче. Так что 9 место он получает заслужено.

10 Борид магния-алюминия

Трехкомпонентное вещество, которое обладает идеальным скольжением и отменной твердостью. Материал существует в виде тончайшего напыления.

dekatop.com

Самые твердые материалы в мире

Всем известно, что на настоящий момент алмаз является эталоном твёрдости, т.е. при определении твёрдости материала за основу берется показатель твёрдости алмаза. В нашей статье мы рассмотрим десять самых твёрдых материалов в мире и посмотрим насколько они тверды относительно алмаза. Материал считается сверхтвёрдым если его показатели находятся выше 40 ГПа. Нужно учесть, что твёрдость материала может колебаться в зависимости от внешних факторов, в частности от приложенной к нему нагрузки. Итак, представляем десять самых твёрдых материалов в мире.

10. Субоксид бора

Субоксид бора состоит из зёрен имеющих форму выпуклых двадцатигранников. Эти зёрна состоят, в свою очередь, из двадцати кристаллов-многогранников, гранями которого являются четыре треугольника. Субоксид бора имеет повышенную прочность в 45 ГПа.

9. Диборид рения

Диборид рения очень интересный материал. При малых нагрузках он ведет себя как сверхтвёрдый, имея прочность в 48 ГПа, а при нагрузке его твердость снижается до 22 ГПа. Этот факт вызывает бурные дискуссии у ученых всего мира относительно того стоит ли считать диборид рения сверхтвёрдым материалом.

8. Борид магния-алюминия

Борид магния-алюминия составляет собой сплав алюминия, магния и бора. Этот материал имеет невероятно низкие показатели трения скольжения. Это уникальное свойство могло бы стать настоящей находкой в производстве разнообразных механизмов, ведь детали из борида магния-алюминия способны работать без смазки. К сожалению, сплав невероятно дорог, что на данный момент закрывает ему дорогу к широкому применению. Твердость борид магния-алюминия — 51 ГПа.

7. Бор-углерод-кремний

Соединение Бор-углерод-кремний обладает невероятной устойчивостью к высочайшим температурам и химическому воздействию. Твердость Бор-углерод-кремния — 70 ГПа.

6. Карбид бора

Карбид бора был открыт еще в 18 веке и начал использоваться почти сразу во многих отраслях промышленности. Его используют при обработке металлов и сплавов, при изготовлении химической посуды, а также в энергетике и электронике. Используется как основное вещество для пластин бронежилетов. Твердость карбида бора составляет 49 ГПа, а добавляя в него аргон в виде ионов, можно увеличить этот показатель до 72 ГПа.

5. Нитрид углерода-бора

Нитрид углерода-бора является одним из представителей достижений современной химии, он был синтезирован сравнительно недавно Твердость нитрид углерода-бора — 76 ГПа.

4. Наноструктурированный кубонит

Наноструктурированный кубонит имеет и другие названия: кингсонгит, боразон или эльбор. Материал обладает показателями твёрдости близкими к алмазу и успешно применяется в промышленности при обработке различных металлов и сплавов. Твердость наноструктурированного кубонита — 108 ГПа.

3. Вюртцитный нитрид бора

Структура кристаллов этого вещества имеет особую вюрцитную форму, она то и позволяет быть ему одним из лидеров по твёрдости. При приложении нагрузки связи между атомами в кристаллической решётке перераспределяются и твёрдость материала повышается почти на 75%! Твердость вюрцитного нитрида бора — 114 ГПа.

2. Лонсдейлит

Лонсдейлит по своей структуре очень похож на алмаз, ведь они оба являются аллотропными модификациями углерода. Лонсдейлит был обнаружен в воронке метеорита, одним из компонентов которого являлся графит. По всей видимости от нагрузок, вызванных взрывом метеорите, графит превратился в лонсдейлит. При обнаружении лонсдейлит не продемонстрировал особых чемпионских показателей твёрдости, однако было доказано, что при отсутствии в нём примесей, он будет твёрже алмаза! Доказанный показатель твердости лонсдейлита — до 152 ГПа

1. Фуллерит

Пришло время рассмотреть самое твёрдое вещество в мире — фуллерит. Фуллерит — это кристалл, который состоит из молекул, а не из отдельных атомов. Благодаря этому фуллерит обладает феноменальной твердостью, он способен легко царапать алмаз, также как сталь царапает пластик! Твердость фуллерита — 310 ГПа.

Фуллерит

Мы привели список самых твёрдых материалов в мире на данный момент. Как видим, среди них достаточно веществ твёрже алмаза и ,возможно, нас ждут впереди ещё новые открытия, которые позволят получить материалы с ещё более высокими показателями твёрдости!

www.alto-lab.ru

Самый твердый материал на земле

Давно «известно», что ни один из материалов, ни одно вещество не способно сравниться по твёрдости с алмазом. (На самом деле это не так). Но всё-таки, какие материалы приближаются к нему по этому параметру, и как именно определяется твёрдость?

Если измерение идёт по шкале Мооса, то оценивают свойства поверхности того или иного тела. Методы Роквелла и Виккерса помогают изучить параметры тела как единого целого. Сверхтвёрдым на микроуровне считается вещество (материал), чей показатель от сорока гигапаскалей и выше. Эта величина может изменяться, смотря по особенностям синтеза вещества или разных направлений приложения силы.

Субоксид бора, например, может выдерживать нагрузку в сорок пять гигапаскалей. Зёрна данного вещества по форме икосаэдры. Благодаря пониженному содержанию кислорода, субоксид бора химически инертен.

Борид магния-алюминия отличается твёрдостью в пятьдесят один гигапаскаль, плюс – малой интенсивностью трения. Однако использовать данный материал в машиностроении было бы чрезвычайно дорого.

Карбид бора, синтезированный более двухсот лет назад, имеет микротвёрдость до семидесяти двух гигапаскалей. Недаром его начали применять в практических целях, как только это свойство его стало известно. Сегодня карбид бора используется в бронежилетах.

Наноструктурированный кубонит – твёрдость около ста восьми гигапаскалей. Другое название этого вещества боразон, или эльбор. Он сопоставим по прочности с алмазом.

На шесть гигапаскалей твёрже вюртцитный нитрид бора, который подвергли локальным модификациям структуры.

Сто пятидесяти двух Гпа достигает Лонсдейлит – аллотропная модификация углерода, имеющая некоторое сходство с алмазом. Природный лонсдейлит был обнаружен сначала в кратере метеорита. Заметим всё же, что по сравнению с лабораторными образцами он не является предельно прочным.

Но что там лонсдейлит! Полимеризованный фуллерит полирует алмаз так легко, словно речь идёт о банальной пластмассе. Неудивительно – твёрдость его достигает трёхсот десяти гигапаскалей. Кристаллические узлы минерала образованы не атомами, а молекулами.

Особо прочные текстильные волокна применяются в бронежилетах, спортивном снаряжении, двигателях. Сверхтвёрдость им придают нанотрубки. Среди металлов высочайшую твёрдость имеет хром, среди древесины – берёза Шмидта.

Понравилась статья? Поделитесь!

interesnie-fakti.net

Самый твердый минерал: что крепче алмаза

Многие люди ошибочно полагают, что алмаз – самый твердый минерал в мире. Сразу следует отметить, что это не так: существует множество минералов, которые гораздо тверже алмаза. Большинство из них имеют уникальные физические свойства, прочность некоторых минералов из списка лидеров превосходит алмаз по прочности на 60 процентов. Сегодня мы поговорим о самых сильных минералах. Читайте следующую статью, и вы узнаете, что крепче алмаза. Также вы сможете ознакомиться с новейшими открытиями российских ученых.

Свойства минералов

Минералы — природные химические соединения или само­родные элементы, встречающиеся в земной коре. Из минералов состоят горные породы (грунты) и почвы, непосредственно находя­щиеся у нас под ногами. Распространение минералов крайне не­равномерно. Известно около 3000 минералов, широкое распростра­нение среди них имеет всего около 50. Эти минералы названы по­родообразующими. Если рассматривать отдельные геологические провинции, например, центральную часть Русской равнины, то по­родообразующих минералов на поверхности земли здесь еще меньше — около 20.

Минералы — природные химические соединения или само­родные элементы, встречающиеся в земной коре

В целом химических соединений значительно больше, чем ми­нералов, но они в большинстве представляют собой вещества, по­лучаемые искусственно. В последнее время минералами стали на­зывать дополнительно еще два класса веществ:

• то, что раньше было принято называть минеральными веще­ствами, — неорганические соединения, присутствующие в пи­щевых продуктах, лекарствах, косметике;
• компоненты, образующиеся в процессе изготовления строи­тельных материалов, — кирпича, бетона, керамики и т.д.

Минералы бывают в основном твердыми, значительно реже жидкими (подземные воды) и газообразными (радон, метан). Среди твердых минералов преобладают кристаллические, аморфные и коллоидные (встречаются реже). По внешнему виду минералы очень разнообразны и обладают большим количеством особен­ностей. Одно и то же сочетание химических элементов может крис­таллизоваться в различные структуры и образовывать различные минералы — это явление называется полиморфизмом. Например, модификации углерода (С) дают графит и алмаз; сульфид железа (FS₂) образует два минерала — пирит и марказит, карбонат кальция СаС0₃ — минералы кальцит и арагонит.

Минералы бывают изотропными и анизотропными: изотропные одинаковы по свойствам во всех направлениях, а анизотропные различны в непараллельных направлениях. По происхождению минералы принято подразделять на эндо­генные (глубинные) и экзогенные (образовавшиеся на поверх­ности; к ним же относятся минералы, образовавшиеся на дне моря).

Многие минералы могут иметь как эндогенное, так и экзогенное происхождение. С фактором происхождения не следует объединять фактор присутствия минерала в породе — многие эндогенные ми­нералы далее слагают осадочные (экзогенные) породы или присут­ствуют в них (например, кварц, имеющий магматическое или мета­морфическое происхождение, образует пески или песчаные и пы­леватые фракции и является существенной составной частью осадочных глинистых пород).

Твердость минералов

ТВЁРДОСТЬ МИНЕРАЛОВ (а. mineral hardness; н. Mineralienfestigkeit, Mineralienharte; ф. durete des mineraux; и. dureza de minerales, firmeza de minerales) — сопротивление минерала внешнему механическому воздействию другого более твёрдого тела. Обусловлена главным образом прочностью кристаллической решётки (т.е. типом структуры, природой и силой химические связи, размером и зарядом частиц, межатомными расстояниями и др.) и её механическими параметрами (упругостью, пластичностью, хрупкостью, наличием и плотностью различных видов дислокаций).

У кристаллов большинства минералов (кроме метамиктных) имеет место анизотропия твёрдости. Гидратация и переход в метамиктное состояние понижают твердость минералов.

В зависимости от метода испытания различают твёрдости царапания, вдавливания, шлифования. Наиболее древним является способ царапания эталонными минералами Мооса шкалы, более точное определение твердости минералов царапанием производится с помощью специальных приборов — склерометров.

С 40-х гг. в СССР и за рубежом осуществляется количественное определение твёрдости (микротвёрдости) металлов, сплавов и других твёрдых веществ методом статического вдавливания алмазной пирамиды Виккерса.

Твердость минералов

В 1966 Комиссия по рудной микроскопии при Международной минералогической ассоциации (ММА) признала этот метод (наряду с изучением спектров отражения) основным при диагностике минералов (в аншлифах). Сущность метода: отпечаток на полированной поверхности образца или грани кристалла измеряют под микроскопом.

Твёрдость вдавливания (кг/мм2) вычисляют как отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка. Метод даёт возможность определять твёрдость микроскопически малых выделений диаметром 10-30 мкм, очень чувствителен, имеет высокое разрешение и практически неограниченную сферу применения.

В минералогии он служит для уточнения диагностики минералов, выделения их разновидностей; используется при изучении типоморфизма минералов, с целью выявления зависимостей между твердостью минерала и химическим составом минерала; метод позволяет изучать анизотропию твёрдости природных и синтетических монокристаллов, разбраковывать цветные и поделочные камни и др. В СССР для определения твердости минералов методом вдавливания применяется главным образом микро-твёрдомер ПМТ-3 с набором грузов от 2 до 200-500 г.

Самые твердые материалы на Земле

Каждый из вас знает, что эталоном твердости на сегодня так и остается алмаз. При определении механической твердости существующих на земле материалов твердость алмаза берется как эталон: при измерениях методом Мооса – в виде поверхностного образца, методами Виккерса или Роквелла – в качестве индентора (как более твердое тело при исследовании тела с меньшей твердостью). На сегодняшний день можно отметить несколько материалов, твердость которых приближается к характеристикам алмаза.

Сравниваются в данном случае оригинальные материалы, исходя из их микротвердости по методу Виккерса, когда материал считается сверхтвердым при показателях в более 40 ГПа. Твердость материалов может изменяться, в зависимости от характеристик синтеза образца или направления приложенной к нему нагрузки.

Колебания показателей твердости от 70 до 150 ГПа – общеустановленное понятие для твердых материалов, хотя эталонной величиной принято считать 115 ГПа. Давайте рассмотрим 10 самых твердых материалов, кроме алмаза, которые существуют в природе.

Всем известно, что на настоящий момент алмаз является эталоном твёрдости, т.е. при определении твёрдости материала за основу берется показатель твёрдости алмаза. В нашей статье мы рассмотрим десять самых твёрдых материалов в мире и посмотрим насколько они тверды относительно алмаза. Материал считается сверхтвёрдым если его показатели находятся выше 40 ГПа. Нужно учесть, что твёрдость материала может колебаться в зависимости от внешних факторов, в частности от приложенной к нему нагрузки. Итак, представляем десять самых твёрдых материалов в мире.

10. Субоксид бора

Субоксид бора состоит из зёрен имеющих форму выпуклых двадцатигранников. Эти зёрна состоят, в свою очередь, из двадцати кристаллов-многогранников, гранями которого являются четыре треугольника. Субоксид бора имеет повышенную прочность в 45 ГПа.

9. Диборид рения

Диборид рения очень интересный материал. При малых нагрузках он ведет себя как сверхтвёрдый, имея прочность в 48 ГПа, а при нагрузке его твердость снижается до 22 ГПа

Диборид рения очень интересный материал. При малых нагрузках он ведет себя как сверхтвёрдый, имея прочность в 48 ГПа, а при нагрузке его твердость снижается до 22 ГПа. Этот факт вызывает бурные дискуссии у ученых всего мира относительно того стоит ли считать диборид рения сверхтвёрдым материалом.

8. Борид магния-алюминия

Борид магния-алюминия составляет собой сплав алюминия, магния и бора. Этот материал имеет невероятно низкие показатели трения скольжения. Это уникальное свойство могло бы стать настоящей находкой в производстве разнообразных механизмов, ведь детали из борида магния-алюминия способны работать без смазки. К сожалению, сплав невероятно дорог, что на данный момент закрывает ему дорогу к широкому применению. Твердость борид магния-алюминия — 51 ГПа.

7. Бор-углерод-кремний

Соединение Бор-углерод-кремний обладает невероятной устойчивостью к высочайшим температурам и химическому воздействию. Твердость Бор-углерод-кремния — 70 ГПа.

6. Карбид бора

Карбид бора был открыт еще в 18 веке и начал использоваться почти сразу во многих отраслях промышленности. Его используют при обработке металлов и сплавов, при изготовлении химической посуды, а также в энергетике и электронике. Используется как основное вещество для пластин бронежилетов. Твердость карбида бора составляет 49 ГПа, а добавляя в него аргон в виде ионов, можно увеличить этот показатель до 72 ГПа.

5. Нитрид углерода-бора

Нитрид углерода-бора является одним из представителей достижений современной химии, он был синтезирован сравнительно недавно Твердость нитрид углерода-бора — 76 ГПа.

4. Наноструктурированный кубонит

Наноструктурированный кубонит

Наноструктурированный кубонит имеет и другие названия: кингсонгит, боразон или эльбор. Материал обладает показателями твёрдости близкими к алмазу и успешно применяется в промышленности при обработке различных металлов и сплавов. Твердость наноструктурированного кубонита — 108 ГПа.

3. Вюртцитный нитрид бора

Структура кристаллов этого вещества имеет особую вюрцитную форму, она то и позволяет быть ему одним из лидеров по твёрдости. При приложении нагрузки связи между атомами в кристаллической решётке перераспределяются и твёрдость материала повышается почти на 75%! Твердость вюрцитного нитрида бора — 114 ГПа.

2. Лонсдейлит

Лонсдейлит по своей структуре очень похож на алмаз, ведь они оба являются аллотропными модификациями углерода. Лонсдейлит был обнаружен в воронке метеорита, одним из компонентов которого являлся графит. По всей видимости от нагрузок, вызванных взрывом метеорите, графит превратился в лонсдейлит. При обнаружении лонсдейлит не продемонстрировал особых чемпионских показателей твёрдости, однако было доказано, что при отсутствии в нём примесей, он будет твёрже алмаза! Доказанный показатель твердости лонсдейлита — до 152 ГПа

1. Фуллерит

Пришло время рассмотреть самое твёрдое вещество в мире — фуллерит. Фуллерит — это кристалл, который состоит из молекул, а не из отдельных атомов.

Благодаря этому фуллерит обладает феноменальной твердостью, он способен легко царапать алмаз, также как сталь царапает пластик! Твердость фуллерита — 310 ГПа.

Мы привели список самых твёрдых материалов в мире на данный момент. Как видим, среди них достаточно веществ твёрже алмаза и ,возможно, нас ждут впереди ещё новые открытия, которые позволят получить материалы с ещё более высокими показателями твёрдости!

Шкала Мооса и твёрдость минералов 

Набор эталонных минералов, которые определяют относительную твёрдость с помощью царапания, называется шкалой Мооса (шкала твердости в минералогии). Эталонами являются 10 минералов, которые располагаются по порядку возрастающей твёрдости. В состав шкалы входят 10 эталонов твёрдости: 1 — тальк; 2 — гипс; 3 — кальцит; 4 — флюорит; 5 — апатит; 6 — ортоклаз; 7 — кварц; 8 — топаз; 9 — корунд; 10 — алмаз.

Минералы, имеющие твердость ниже 7 — мягкие, а те, у которых выше 7 — твердые. В целом твердость у главной массы природных соединений колеблется от 2 до 6. В 1811 году шкалу твердости предложил немецкий минеролог Фридрих Моос.

Набор эталонных минералов, которые определяют относительную твёрдость с помощью царапания, называется шкалой Мооса (шкала твердости в минералогии)

Твёрдостью камня является сопротивление, которое происходит на его поверхности, когда по нему царапают иным камнем или каким-то предметом; твердость заключается в мере связности структуры атомов вещества. В зависимости от того, в каком направлении производится царапание, твёрдость камня изменяется. От остальных минералов кианит отличается большим диапазоном твердости. Изменение его твердости от 5 до 7. В одних направлениях его можно поцарапать ножом, а в других нельзя.

Значению шкалы от 1 до 10 соответствуют десять известных минералов – начиная с талька и заканчивая алмазом. Чтобы определить твердость минерала, выбирают самый твёрдый эталон, который он поцарапает или самый мягкий, который сможет поцарапать определяемый материал. К примеру, если минерал царапает кварц, но не ортоклаз, то он имеет твёрдость в диапазоне от 6 до 7.

Промежуточную степень твёрдости у камня показывают в виде дробей. Так, число 8 1/2, которое относится к хризобериллу, означает, что топаз царапается им почти так же, как его царапает корунд. Гранат имеет твердость более высокую, чем у кварца (7) и немного ниже, чем у берилла (7 1/2), поэтому твердость его обозначают как 7 1/4.

Важно то, что минералы порошковатых, скрытокристаллических и тонкопористых разностей имеют ложную малую твёрдость. Например, у такого минерала как гематит, когда он находится в кристаллах, твердость равна 6, а когда в красной охре, меньше 4.

Люди, обладающие алмазным перстнем в курсе того, что алмаз может легко поцарапать стекло. С помощью алмаза стекло даже режут. Если для царапания стекла использовать другие драгоценные камни, то можно обнаружить, что и они могут царапать его, но не с такой легкостью. Топаз может царапать стекло, но на нем остаются царапины от корунда, который подвергается царапанию самого твердого минерала, которым является алмаз. На ювелирном рынке очень ценят серьги и кольца, сделанные из твердых самоцветов.

Сложности процесса полировки и огранки образцов одного и того же минерала, найденного в разных местах, имеют отличия друг от друга. Говорят, что алмазы из Нового Южного Уэльса и Калимантана имеют значительно большею твердость, чем алмазы с Южной Африки и с других мест, а также и то, что при их огранке бывают трудности. У цейлонских сапфиров твердость больше, чем у рубинов, а у кашмирских сапфиров меньше.

Шкала Мооса предназначается, как грубая сравнительная оценка твёрдости материалов, согласно системе твёрже-мягче. Определяемый материал или царапается эталоном, что значит, что твердость его меньше по шкале Мооса, либо сам царапает эталон, а это значит, что твёрдость его выше. Таким образом, шкала Мооса определяет только относительную твердость.

Кроме шкалы Мооса, существуют так же и другие способы определения твёрдости минералов, но разновидности шкал твёрдости нельзя однозначно соотносить друг с другом. Путем практики принято несколько систем измерения твёрдости, имеющих более точную систему измерения, но ни одна из них не может покрыть весь спектр шкалы Мооса.

Минерал тверже алмаза открыли российские ученые

Занимающиеся исследованиями сибирских метеоритов ученые совершили сенсационное открытие. Они обнаружили внутри «гостей» из космоса самый прочный загадочный минерал.

Насколько известно, самым твердым минералом земного происхождения является алмаз. Однако эта находка превосходит его по этой характеристике, сообщает DailyStar. Геологи нашли загадочный минерал еще два года назад. Они назвали его «уакитит». По словам ученых, находка происходит из космоса.

По словам заведующего Институтом астрономии РАН Бориса Шустова, это распространенное явление, поскольку многие минералы и вещества образуются в космических условиях, и их невозможно найти на Земле.

Сейчас специалисты занимаются сбором данных о новом минерале. Этот процесс довольно сложный, потому что образцы уакитита являются очень маленькими. Исследователи уверяют, минерал желтоватого цвета прозрачен и обладает металлическим блеском. Более того, он гораздо тверже алмаза – самого прочного земного минерала.

Открытие совершили ученые Уральского федерального университета, Новосибирского государственного университета и Геологического института Сибирского отделения РАН. В заявлении Университета говорится, что новый минерал образует кристаллы кубической формы в даубрелите, или округлые зерна в шрейберзите. Размер зерен уакитита менее пяти мкм.

Исследователи из Австралии создали минерал на 60% тверже алмаза

Особенностью лонсдейлита является гексагональная кристаллическая решетка, благодаря которой материал становится на 60 % тверже обычных алмазов, обладающих решеткой в форме куба

Группа исследователей из Национального университета Австралии сумела создать редкий тип искусственных алмазов, которые тверже своих природных собратьев. Новый материал представляет собой разновидность лонсдейлита – естественного минерала, который встречается в некоторых метеоритных кратерах по всему миру.

Особенностью лонсдейлита является гексагональная кристаллическая решетка, благодаря которой материал становится на 60 % тверже обычных алмазов, обладающих решеткой в форме куба.

Впервые этот минерал был обнаружен на месте падения метеорита в Каньоне Дьявола в 1967 году, и с тех пор ученые ни раз предпринимали попытки воссоздать его в лаборатории. Однако стандартная технология требовала температуры порядка 1000 °C, что существенно усложняло процесс.

Вместо этого исследователи из Австралии применили так называемую «алмазную наковальню» — устройство, состоящее из двух противолежащих алмазов. С ее помощью они сумели воссоздать сверхвысокое давление, при котором эти минералы формируются в глубине земной коры. При этом для течения процесса понадобилась температура всего 400 °C, что радикально упрощает метод и удешевляет готовый минерал (сравните с 3700 °C, которые использовались в предыдущей технологии).

Наиболее вероятной сферой применения новых сверхтвердых алмазов станет горнодобывающая промышленность.

Источники:

• http://www.sciencedebate2008.com/most-superhard-materials/
• https://www.techcult.ru/science/3784-lonsdaleite
• https://rueconomics.ru/341487-mineral-tverzhe-almaza-otkryli-rossiiskie-uchenye
• http://www.alto-lab.ru/elements/samye-tverdye-materialy-v-mire/
• http://www.mining-enc.ru/t/tverdost-mineralov
• http://nicegem.ru/shkala-moosa.html
• http://ros-pipe.ru/tekh_info/tekhnicheskie-stati/gidrogeologiya-/gidrogeologiya-i-osnovy-geologii/svoystva-mineralov/

gemguide.ru

Самый твердый материал на земле / Интересное / magSpace.ru

 

20.07.2008, 20:11

 

Физики Колумбийского университета экспериментально показали, что графен является наиболее твердым материалом из известных сегодня. Для разрыва графеновой пленки необходимо приложить силу около 20 тысяч ньютонов. Такой вес могло бы создать тело массой около двух тонн. Для получения данных о прочности материала ученые изучали деформацию частиц графена под воздействием алмазной иглы.

Кристаллическая решетка графена

Эксперименты, проведенные группой физиков Колумбийского университета, показали, что графен является самым твердым материалом из известных науке на сегодняшний день.

Графен — углеродная пленка толщиной в один атом, был получен в 2004 году группой Андре Гейма (Andre Geim) из Манчестерского университета. Графен можно представить себе как двумерный «срез» кристаллической гексагональной решетки графита, сообщает Lenta.ru.

Физики из Колумбийского университета изучали механические свойства графена. В своих экспериментах они использовали частицы графена диаметром от 10 до 20 микрометров. Ученые помещали частицы на кристаллическую пластину с отверстиями диаметром от одного до полутора микрометров. Ученые «давили» на незакрепленные частицы графена, расположенные над отверстиями, с помощью алмазной иглы атомно-силового микроскопа и оценивали, насколько сильно они деформируются.

Исследователи обнаружили, что прежде чем частицы графена начнут разрушаться, их можно продавить вниз приблизительно на 100 нанометров с силой около 2,9 микроньютона. Согласно подсчетам ученых, это соответствует пределу прочности на разрыв, равному 55 ньютонов на метр. Если бы физикам удалось получить слой графена толщиной с обычную пищевую пленку (около 100 нанометров), то для ее разрыва потребовалось бы приложить силу около 20 тысяч ньютонов. Если принять во внимание, что вес тела — это сила, с которой оно давит на опору, то для разрыва гипотетической графеновой пленки потребовалась бы тело массой около двух тонн.

Кроме необычной прочности графен обладает еще целым рядом уникальных характеристик. В частности, самая высокая среди известных материалов подвижность электронов делает его вероятным кандидатом на «материал номер один» в наноэлектронике.

 

Объединённая группа учёных из Китая и США синтезировала самый твёрдый материал на Земле: лонсдейлит, обработанный специальным образом. Новый материал на 60% твёрже алмаза, который до этого считался самым твёрдым камнем на планете.

Лонсдейлит – это одна из аллотропных модификаций углерода, со структурой напоминающей структуру решётки алмаза. Отличие же заключается в том, что элементарная ячейка лонсдейлита содержит четыре атома, а ячейка алмаза – восемь атомов.

Правда, учёные отмечают, что в ближайшее время новый материал вряд найдёт сколько-нибудь широкого применения, поскольку синтез самого материала сопряжён с очень большими трудностями. Следующим шагом является поиск более простого и дешёвого способа получения нового лонсдейлита.

Алмаз — минерал, одна из аллотропных форм углерода. Отличается высочайшей твёрдостью. Алмазы — редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны на всех континентах, кроме Антарктиды.

Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет назад алмазы в промышленных маштабах добывались из россыпных месторождений.

Текст:
Э. Яров

 

magspace.ru

Самые твердые горные породы — обзор

26.07.2019

Самые твердые горные породы — обзор

Самые твердые горные породы — обзор

Не один раз мы слышали утверждение: крепкий как гранит. И это вполне заслуженно. Гранит, сиенит, лабрадорит, черный габбро – это самые прочные и твердые горные породы. Они образовались миллионы лет назад непосредственно из магмы, в результате постепенного остывания ее в глубинах Земли, под очень высоким давлением жидкие породы кристаллизовались и образовали очень плотную породу (плотностью от 2400 до 3000 кг/куб.м), структура которых зернистая полнокристаллическая, а текстура – заметная, даже массивная. Прочность их на сжатие также впечатляет – до 300 МПа (для сравнения – самый твердый кирпич имеет максимум 150 МПа). И другие характеристики поразительны: будучи полностью погруженной в воду, габбро горная порода выдерживает до 100 циклов, а граниты – до 200 циклов попеременного замораживания/оттаивания (тот же кирпич – максимум 15). Износ этих пород составляет меньше 0,12 мм за год, при условии, что за этот год по камню пройдется миллион человек.

Такой разный камень

Все перечисленные глубинные породы внешне достаточно похожи между собой. Часто непрофессионалу очень трудно отличить габбро диабаз от мелкозернистого гранита. Так же и лабрадорит, который имеет черный окрас и темно-синими прожилками очень похож на черный гранит, хотя последний более однороден. Причина такой схожести в том, что все эти породы имеют почти одинаковый минеральный состав, в который ходят шпаты, кварц, слюда, цветные минералы, но пропорции их содержания разнятся.

Наибольше разных видов, расцветок и текстур имеет гранит. Например, в России есть месторождения красно-коричневых, белых и серых сортов, очень ценный черный карельский гранит. В Украине и Белоруссии встречаются в основном серые и красные оттенки. Испанские граниты зеленоватые, розовые и черные, а итальянские – всех тонов серого цвета. Наиболее богат разноцветными гранитами Китай: розовый, желтый, зеленый всех оттенков и иссиня черный. Чем мельче зернистость, то камень более твердый, прочный и морозостойкий. Сопротивляемость выветриванию и кислотоупорность больше у тех сортов, которые содержит больше диоксида кремния. А красота зависит от количества слюды, которая сверкает и переливается на солнце. Правда, одновременно ее наличие ухудшает строительные качества.

Нельзя не сказать и о некоторых ограничениях, связанных с использованием этого типа природных камней. Во-первых, гранит габбро диабаз достаточно тяжелый материал. Только поэтому из него выполняют только облицовку зданий – фасадную и внутреннюю. А, также используют для мощения, изготавливают памятники из
гранита и габбро, применяют в ландшафтном дизайне для строительства альпийских горок и рокариев. Второй момент, который надо учитывать – граниты достаточно хрупкие, поэтому, чтобы облицовка из них выдерживала ударные нагрузки, они должны иметь определенную толщину, а также, применяется особый способ монтажа. В-третьих, твердые горные породы трескаются при температурах свыше 650 градусов Цельсия. Поэтому их не используют для выкладывания топок даже очень солидных каминов, а только для их облицовки.

Вулканические горные породы

Кроме таких материалов, как черный гранит
и габбро, к крепким породам относят также базальты, липариты, диабазы, порфиры и трахиты. По своему составу они не отличаются от глубинных камней, но образовались немного в других условиях – как продукт вулканической деятельности. Трахиты и порфиры имеют очень красивую текстуру и цвет, по плотности и возможности обработки напоминают мрамор (2600-2800 кг/куб.м) и используются как отделочный материал. Базальты и диабазы более плотные – до 3200 кг/куб.м, обладают более скромной окраской – черный, серый разных оттенков с зеленцой и чаще применяются для отделки фундаментов, устройства подпорных стенок, мощения. Плитка брусчатка из габбро практически не имеет сноса. Например, покрытие на Красной площади при том, что там за год проходит несколько миллионов человек, стесывается за это время меньше, чем на половину миллиметра.

К списку новостей

www.valitovkamen.ru