10 materiali più resistenti conosciuti dall'uomo
1. Il grafene
Breve introduzione
Il grafene è un film bidimensionale a nido d'ape formato da atomi di carbonio con ibridazione sp2. Si tratta di una struttura in foglio monostrato separata dalla grafite, ed è anche il nuovo materiale più sottile attualmente conosciuto. La resistenza alla trazione e il modulo elastico del grafene sono rispettivamente 125Gpa e 1,1tpa e la sua resistenza è 100 volte quella dell'acciaio comune. Le borse in grafene, che possono contenere circa 2 tonnellate di peso, sono di gran lunga il materiale più resistente conosciuto.
Tendenza in crescita
Da quando nel 2010 è stato assegnato il Premio Nobel per la fisica, il numero di richieste di brevetti globali sul grafene è aumentato notevolmente. Si prevede che in futuro verrà applicato in molti campi, come l'elettronica, lo stoccaggio dell'energia, i catalizzatori, i sensori, i film sottili trasparenti optoelettronici, i materiali compositi super resistenti e la medicina biologica.
2. Nanotubo di carbonio
Breve introduzione
I nanotubi di carbonio (CNTS) sono un tipo di materiale quantistico unidimensionale con la disposizione esagonale degli atomi di carbonio che formano tubi circolari coassiali da diversi strati a dozzine di strati e possono essere suddivisi in nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT) e multi- nanotubi di carbonio con pareti (MWCNT) in base al numero di strati di fogli di grafene. I nanotubi di carbonio hanno eccellenti proprietà meccaniche, con una resistenza alla trazione di 50 ~ 200 GPa, ovvero 100 volte quella dell'acciaio, ma la densità è solo 1/6 di quella dell'acciaio. Inoltre, il suo modulo elastico può arrivare fino a 1TPa, che equivale a quello del diamante e circa 5 volte quello dell'acciaio.
Tendenza in crescita
Dalla sua scoperta negli anni ’90, l’industria legata ai nanotubi di carbonio ha registrato un boom ed è ampiamente utilizzata per realizzare materiali e pellicole compositi, conduttori trasparenti, interfacce termiche, giubbotti antiproiettile, pale di turbine eoliche, elettrodi per dispositivi funzionali e vettori di catalizzatori.
3. Vetro metallico
Breve introduzione
Il vetro metallico è anche chiamato metallo amorfo, che solitamente è una lega, con struttura amorfa e struttura vetrosa. Questa doppia struttura determina che abbia molte proprietà oltre la portata del metallo e del vetro cristallini, come buona conduttività elettrica, elevata resistenza, elevata elasticità, maggiore resistenza all'usura e alla corrosione. Il vetro metallico è più resistente dell'acciaio e più duro dell'acciaio per utensili.
Tendenza in crescita
Il vetro metallico ha proprietà super resistenti, elastiche e magnetiche e può rimanere solido senza cristallizzare ad alte temperature, ed è utilizzato principalmente nelle armi aerospaziali e militari.
4. Fibra di polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE)
Breve introduzione
L'UHMWPE è un tipo di fibra realizzata in polietilene con un peso molecolare relativo compreso tra 1 e 5 milioni, che è attualmente la fibra più resistente e leggera al mondo. È 15 volte più resistente del filo di acciaio ma molto leggero ed è al massimo il 40% più leggero di materiali come l'aramide.
Tendenza in crescita
L'UHMWPE è ampiamente utilizzato da corde, reti da ormeggio e corde per applicazioni di protezione della vita, tessuti ad alte prestazioni, compositi, materiali laminati. Si stima che la domanda mondiale annuale di UHMWPE sarà di 60.000 tonnellate nei prossimi cinque anni e di 100.000 tonnellate nei prossimi 10 anni.
5. Nanotubi di nitruro di boro
Breve introduzione
Come il carbonio, il nitruro di boro può formare fogli monoatomo che possono essere arricciati per formare nanotubi. Gli stessi nanotubi di nitruro di boro sono resistenti quanto i nanotubi di carbonio, ma il vero vantaggio deriva dalla loro capacità di aderire saldamente al polimero mentre si lega al polimero. La resistenza dei nanotubi di nitruro di boro è superiore a quella dei nanotubi di carbonio, circa il 30% superiore all'interfaccia PMMA e circa il 20% superiore a quella della resina epossidica.
Tendenza in crescita
I nanotubi di nitruro di boro hanno proprietà ottiche, eccellenti proprietà di conducibilità meccanica e termica, oltre a resistere alle alte temperature e assorbire le radiazioni neutroniche, diventando così additivi efficaci per il miglioramento meccanico o termico di compositi polimerici, ceramici e metallici. Ulteriori applicazioni dei nanotubi di nitruro di boro includono come scudi protettivi, isolanti elettrici e sensori.
6. Lonsdaleite
Breve introduzione
La pietra di Lonsdale fu scoperta in un cratere dal geologo americano Lonsdale e definita come un diamante meteorite esagonale. Come i diamanti, sono fatti di atomi di carbonio, ma i loro atomi di carbonio sono disposti in forme diverse. I risultati della simulazione mostrano che la pietra Lonsdale è il 58% più resistente alla pressione rispetto al diamante.
7. Il diamante
Breve introduzione
Il diamante è la sostanza più dura che si trova sulla terra in tante forme naturali ed è un allotropo del carbonio. La durezza del diamante è il livello più alto della durezza Mohs - grado 10. La sua microdurezza è di 10.000 kg/mm2, ovvero 1.000 volte superiore a quella del quarzo e 150 volte superiore a quella del corindone
Tendenza in crescita
Il diamante è ampiamente utilizzato nell'industria, principalmente nella fresa diamantata, nel diamante per trafilatura e nella punta diamantata.
8. Aerogel
Breve introduzione
L'aerogel è una forma di materiale solido che ha la densità più piccola al mondo. Gli aerogel sono molto forti e durevoli e possono sopportare una pressione migliaia di volte la loro massa, e non si sciolgono finché non raggiungono i 1200 gradi Celsius.
Tendenza in crescita
Gli aerogel mostrano molte proprietà uniche nei settori termico, ottico, elettrico, meccanico e acustico, che possono essere utilizzati come materiali di isolamento termico, ICF e bersaglio laser a raggi X, catalizzatore, adsorbente, vari dispositivi elettronici e così via.
9. Carburo di silicio
Breve introduzione
Il carburo di silicio è un minerale naturale in natura, oppure è ottenuto da sabbia di quarzo, coke di petrolio (o coke di carbone), trucioli di legno e altre materie prime mediante fusione ad alta temperatura in un forno resistivo. Il carburo di silicio è duro con una durezza Mohs di 9,5, seconda solo al diamante più duro del mondo. Inoltre, il carburo di silicio ha un'eccellente conduttività termica. È un tipo di semiconduttore e può resistere all'ossidazione ad alta temperatura.
Tendenza in crescita
Come tipico rappresentante dei materiali semiconduttori di terza generazione, il carburo di silicio èpreferito dalle imprese di valle. I dispositivi elettronici di potenza realizzati con substrato di carburo di silicio e materiale epitassiale possono funzionare in ambienti ad alta tensione e ad alta frequenza con eccezionali vantaggi prestazionali e ampie prospettive industriali.
10. Ragno della corteccia di Darwin
Breve introduzione
Una nuova specie di ragno, il ragno della corteccia di Darwin, è stata trovata in Madagascar e crea la rete più grande e solida del mondo. Con i suoi 25 metri di larghezza, la tela del ragno è il materiale biologico più resistente mai studiato e 10 volte più resistente del kevlar delle stesse dimensioni.
