Người ta vẫn được biết rằng crom và kim cương là hai trong số những nguyên tố cứng nhất trên trái đất. Tuy nhiên, bằng công nghệ hiện đại, nhiều vật liệu được chế tạo mới có độ cứng vượt trội. Bài viết dưới đây, Kobler sẽ cùng bạn tìm hiểu 10 loại vật liệu cứng nhất thế giới được ứng dụng nhiều trong xây dựng.
1. Graphene
Graphen hay graphene là tấm phẳng dày bằng một lớp nguyên tử của các nguyên tử carbon với liên kết sp² tạo thành dàn tinh thể hình tổ ong. Tên gọi của nó được ghép từ “graphit” và hậu tố “-en”; trong đó chính than chì là do nhiều tấm graphene ghép lại, chiều dài liên kết cacbon-cacbon là 0,142 nm. Mỗi nguyên tử cacbon có trong Graphene sẽ thực hiện liên kết cộng hóa trị với 3 nguyên tử khác. Đồng thời, chúng có bốn hạt điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng. Graphene gồm các nguyên tử cacbon riêng lẻ được cấp theo hình lục giác. Khi chúng được gắn kết với nhau tạo thành hình một tấm lưới có kết cấu như một tổ ong.
Graphene luôn nằm trong danh sách những vật liệu cứng nhất thế giới. Khi so sánh với thép, Graphene được xác nhận là cứng hơn đến 200 lần. Mặc dù vậy, trọng lượng của chúng còn nhẹ hơn giấy đến 1000%, độ trong suốt lớn hơn giấy đến 98%. Ưu điểm nổi bật của Graphene là có tính dẫn điện cao, có khả năng chuyển đổi ánh sáng ở hầu hết các bước sóng thành dòng điện.
2. Giấy Bucky
Nằm trong danh sách vật liệu cứng nhất thế giới phải kể đến đó là giấy Bucky. Đây là một loại vật liệu nano được tạo ra từ các phân tử cacbon hình ống. Giấy Bucky mỏng hơn sợi tóc bình thường 50.000 lần. Nếu so sánh với thép, giấy Bucky nhẹ hơn 10 lần nhưng độ cứng gấp 500 lần so với thép. Giấy Bucky có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như điện tử, y sinh, hàng không vũ trụ.
3. Thủy tinh kim loại
Thủy tinh kim loại còn được gọi là kim loại vô định hình là một loại hợp kim tinh thể được tạo ra từ năm 2004. Sản phẩm này được tạo ra nhằm khắc phục tính giòn và dễ vỡ của thủy tinh, tạo ra một hợp chất với độ cứng hoàn hảo. So với thép công nghiệp, thủy tinh kim loại bền hơn gấp 3 lần và độ đàn hồi gấp 10 lần. Khác với thủy tinh bình thường k dẫn điện thì thủy tinh kim loại dẫn điện tốt.
Đây là vật liệu nhân tạo có giá thành rất cạnh tranh. Hiện nay, hợp kim tinh thể này được ứng dụng rất nhiều trong thực tiễn. Chúng có thể dùng làm thiết bị y tế hoặc vợt tennis, chế tạo thân tàu hoặc thân máy bay,…
4. Dyneema
Dyneema là một loại sợi nhân tạo cứng nhất thế giới được tổng hợp từ polyme polyetylen cực cao phân tử (UHMWPE) có cấu trúc nguyên tử dạng sợi. Trọng lượng phân tử Dyneema rất cao, khối lượng riêng là 0.97. Rõ ràng, với tính chất này thì Dyneema nhẹ hơn thép đến 8 lần nhưng cứng hơn gấp 15 lần. Nhờ vậy, chúng có khả năng chặn được đạn bay từ xa. Ngoài ra, sợi Dyneema nhẹ hơn nước nên hoàn toàn nổi được trên mặt nước.
5. Lonsdaleite
Lonsdaleite là một khoáng vật cực kỳ hiếm, chúng còn hiếm có hơn cả Wurtzite boron nitride. Lonsdaleite được hình thành từ các vụ va chạm giữa thiên thạch chứa than chì với trái đất. Cũng có những giả thiết nói rằng hợp chất này cứng hơn kim cương đến 58%. Tuy nhiên, chưa hề có kiểm nghiệm chính thức nào bởi sự hiếm hoi của khoáng vật này.
6. Wurtzite boron nitride
Wurtzite boron nitride là chất được hình thành từ các vụ phun trào núi lửa. Nhiều giả thiết cho rằng Wurtzite boron nitride còn cứng hơn cả kim cương đến 18%. Tuy nhiên, chưa có một cuộc kiểm nghiệm chính thức nào để xác nhận giả thiết trên. Bởi trong tự nhiên rất khó để thu thập được Wurtzite boron nitride. Đương nhiên, với số lượng ít ỏi cho được thì không đủ để thực hiện thí nghiệm xác minh độ cứng.
7. Kim cương
Kim Cương là vật liệu cứng nhất thế giới có nguồn gốc từ tự nhiên, không qua tác động của con người. Có thể có nhiều vật liệu khác cứng hơn kim cương, nhưng chắc chắn đó là sản phẩm từ công nghệ, tức là thành quả của nhân tạo.
Cũng vì thế mà đây là phi kim trong tự nhiên có giá trị rất cao. Với độ cứng tuyệt đối, không có vật liệu nào có khả năng tạo ra vết trầy xước trên bề mặt kim cương. Trong tự nhiên, muốn cắt kim cương chỉ có thể dùng một viên kim cương khác.
8. Nanospheres/Nano-Kevlar
Nanospheres/Nano-Kevlar là hợp chất nhân tạo được hình thành từ quá trình tự tập hợp của các hạt nano có kích thước siêu nhỏ. Vật liệu hữu cơ này được xem như là vật liệu cứng nhất hành tinh được tạo ra bởi con người. Với độ cứng gần như tuyệt đối, Nano-Kevlar được ứng dụng trong công nghệ chế tạo các lớp áo giáp bọc cơ thể in ấn được.
9. SiC (Silicon carbide)
SiC là hợp chất bán dẫn được chế tạo từ Silicon và Cacbon có lực liên kết rất mạnh và độ ổn định cao. SiC luôn nằm trong danh sách những vật liệu cứng nhất thế giới với cường độ trường đánh thủng điện môi cao hơn Si đến 10 lần. Đồng thời, hợp chất bán dẫn này có thể chịu được điện áp cao từ 600V đến hơn 1000V. Người ta đã sớm dùng SiC để tạo nên lớp giáp sắt Chobham, tăng cường độ cứng cho các xe tăng chiến đấu.
10. Tơ của loài nhện Darwin’s Bark
Loài nhện Darwin’s Bark sinh trưởng tự nhiên ở vùng Madagascar. Tơ của loài nhện này là vật liệu tự nhiên bền đáng kinh ngạc. Trong thành phần của tơ nhện Darwin’s Bark có chứa một lượng lớn proline - một loại axit amin có độ đàn hồi cực kỳ cao. Chiều dài của một sợi tơ nhện Darwin’s Bark khoảng 25 mét. Độ dẻo dai của nó còn hơn gấp 10 lần sợi Kevlar được dùng làm áo chống đạn.
Như vậy, bài viết trên đây đã giúp bạn biết thêm những về vật liệu cứng nhất thế giới. Trong tự nhiên luôn tồn tại những vật chất hiếm hoi có độ cứng siêu việt như vậy. Cùng với sức sáng tạo của con người có làm nên những sản phẩm nhân tạo cứng hơn cả kim cương. Thậm chí trong tương lai có thể còn có những vật liệu khác được tìm thấy hoặc tạo ra nhờ vào sự phát triển vượt bậc của khoa học. Hãy truy cập Kobler để tìm hiểu và khám phá nhiều kiến thức thú vị và bổ ích khác.