Wenn man über das härteste vom Menschen erfundene Material der Welt nachdenkt, denken die meisten Menschen sofort an Diamanten. Und es ist zweifellos eines der steifsten Materialien auf dem Planeten. Es gibt jedoch Materialien, die in puncto Haltbarkeit und Festigkeit sogar Diamanten übertreffen.
In diesem Artikel verraten wir Ihnen, welches das härteste Material der Welt ist und was einen Stoff hart macht.
Was ist Härte?
Wenn wir von Reinheit sprechen, wird die Härte einer Substanz durch ihre atomare und molekulare Zusammensetzung bestimmt. Diese Zusammensetzung kann durch eine unendliche Anzahl möglicher Kombinationen geschaffen werden, und die spezifische Kombination der Elemente jedes Materials bestimmt letztendlich seine einzigartigen chemischen und physikalischen Eigenschaften.
Aufgrund seiner atomaren Struktur ist Kohlenstoff ein außergewöhnlich einzigartiges Material. Obwohl Kohlenstoff nur sechs Protonen in seinem Kern hat, ist er dank der Vielseitigkeit seiner Bindungsgeometrien in der Lage, zahlreiche komplexe Bindungen zu bilden. Bemerkenswert ist auch die Fähigkeit von Kohlenstoff, sich insbesondere bei hohen Drücken mit sich selbst zu verbinden, wodurch ein stabiles Kristallgitter erzeugt werden kann. Unter diesen idealen Bedingungen können Kohlenstoffatome eine bemerkenswert haltbare Struktur bilden, die als Diamant bekannt ist.
Seit dem Aufkommen der Nanotechnologie ist mittlerweile bekannt, dass es mindestens sechs Klassifizierungen von Substanzen gibt, die die Stärke von Diamanten übertreffen. Darüber hinaus ist es sehr wahrscheinlich, dass dieser Betrag in Zukunft noch steigen wird.
Das härteste Material der Welt
Wurtzit
Wurtzit ist für seine außergewöhnliche Haltbarkeit bekannt, die oft mit der Stärke des erhärteten Magmas eines Vulkans verglichen wird. Durch die Verwendung anderer Atome als Kohlenstoff ist es möglich, einen Kristall mit Bornitrid (BN) als einer der Komponenten zu erzeugen. Dadurch ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten, da sich das fünfte und siebte Element des Periodensystems zusammenschließen. Die resultierende Kombination kann in verschiedenen Formen vorliegen, darunter amorph (nicht kristallin), hexagonal (graphitartig), kubisch (etwas weicher als Diamant) und Wurtzit.
Von allen möglichen Variationen ist die endgültige Form die seltsamste und äußerst aufwändig herzustellen. Wurtzit entsteht nur bei Vulkanausbrüchen und wurde in begrenzten Mengen gefunden, sodass seine genauen Härteeigenschaften nicht in größerem Maßstab getestet wurden. Wurtzit stellt jedoch eine andere Art von Kristallgitter dar, das eher tetraedrisch als kubisch-flächenzentriert ist. Neueste Simulationen zeigen, dass es Diamant um 18 % in der Härte übertrifft.
Lonsdaleit
Lonsdaleit ist ein Mineral, dessen Härte insbesondere im Bereich der Meteoritenforschung von Interesse ist. Wenn wir uns ein Szenario vorstellen würden, in dem ein Meteorit, der Kohlenstoff, insbesondere Graphit, enthält, in die Erdatmosphäre eindringt und mit unserem Planeten in Kontakt kommt, wäre es logisch anzunehmen, dass dieser Körper beim Aufprall extrem heiß sein würde. Die Wahrheit ist jedoch, dass nur die äußeren Schichten des Meteoriten einer Erwärmung ausgesetzt wären, während das Innere während des größten Teils seiner Reise zur Erde kalt bleibt.
Beim Aufprall werden innere Kräfte ausgeübt, die bei keinem anderen natürlichen Phänomen auf der Erdoberfläche vergleichbar sind. Dieser enorme Druck führt zu einer Umwandlung des Graphits, wodurch eine hochkristalline Struktur entsteht. Im Gegensatz zu Diamant ist diese Struktur nicht kubisch, sondern sechseckig, was zu einer Härte führt, die die von Diamant um 58 % übertrifft.
Dyneema
Dyneema ist eine Faser, die bekanntermaßen stärker als Stahl ist. Weg von natürlichen Stoffen hin zu synthetischen Materialien. Wenn man über Dyneema spricht, ist es wichtig zu beachten, dass es sich um ein thermoplastisches Polyethylenpolymer mit einer außergewöhnlichen Eigenschaft handelt: Sein Molekulargewicht ist sehr hoch. Die meisten Moleküle bestehen aus Atomketten, die insgesamt einige tausend atomare Masseneinheiten (Protonen und/oder Neutronen) haben.
Allerdings enthält UHMWPE (ultrahochmolekulares Polyethylen) Ketten mit einer Molekülmasse von Millionen Atommasseneinheiten. Solche langen Ketten führen zu verstärkten intermolekularen Wechselwirkungen und letztendlich zur Entstehung von Dyneema, einem unglaublich robusten Material. Tatsächlich weist es die höchste Schlagfestigkeit aller anerkannten Thermoplaste auf. Dieses Material ist so stark, dass es alle anderen Spann- und Abschleppseile auf dem Markt übertrifft. Es hat sogar die Fähigkeit, Kugeln abzuwehren, obwohl es leichter als Wasser ist. Tatsächlich ist Dyneema fünfzehnmal stärker als die gleiche Menge Stahl.
Amorphe Metalllegierung oder Metallglas
Zwei entscheidende Eigenschaften aller physikalischen Substanzen sind Festigkeit, also die Kraft, der sie standhalten können, und Zähigkeit, also ihre Fähigkeit, einem Bruch zu widerstehen. Als Beispiel nehmen wir Keramik: Sie ist stark, aber nicht sehr hart; Sie können mit einer geringfügigen Auswirkung die Gewinnschwelle erreichen. Eine Gruppe von Wissenschaftlern und Forschern entdeckte jedoch 2011 eine neue Art von Mikrolegierungsglas, das aus fünf Elementen besteht: Phosphor, Silizium, Germanium, Silber und Palladium. Dieses innovative Material ist langlebiger als Stahl.
Buckypapier
Seit Ende des 2. Jahrhunderts ist bekannt, dass es eine Kohlenstoffart gibt, die widerstandsfähiger als Diamanten ist: Kohlenstoffnanoröhren. Durch die Anordnung der Kohlenstoffatome in einer hexagonalen Form entsteht eine feste zylindrische Struktur, die stabiler ist als jede andere vom Menschen entdeckte Struktur. Jedes Nanoröhrchen hat einen Durchmesser zwischen 4 und 10 Nanometern, ist aber dennoch beeindruckend stark und langlebig. Kohlenstoffnanoröhren wiegen nur XNUMX % des Stahls, ihre Festigkeit ist jedoch um ein Hundertfaches höher. Sie sind außerdem feuerbeständig, verfügen über eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit und verfügen über bemerkenswerte elektromagnetische Abschirmeigenschaften. Dieses Material findet vielfältige Anwendungen in Bereichen wie Materialphysik, Elektronik, Militärtechnik und Biologie.
Wie Sie sehen, gibt es Materialien, die den Diamanten als härtestes Material der Welt abgelöst haben. Ich hoffe, dass Sie mit diesen Informationen mehr über das härteste Material der Welt und seine Eigenschaften erfahren können.