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TUhjnbcbe - 2023/4/2 18:06:00
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  最硬的天然物质:钻石


  钻石即金刚石,是地球上最硬的天然物质,但如果用铁锤猛砸钻石,铁锤上会出现一个坑,而钻石也会被砸碎;用铁锤砸轮胎,轮胎会变形然后复原,而不会碎裂。


  钻石很硬,也很难变形,也就是韧性较差,在遭受强力冲击时,较硬的物质将“宁折不弯”,被彻底破坏,较软的物质却能通过变形来分散冲击。从这一层面来说,钻石算不上最坚固。


  陨石造出的升级版钻石: 朗斯黛尔石


  年,科学家在美国亚利桑那州的陨石坑附近发现了一些特殊的陨石,它们含有的一种矿物极为坚硬,被命名为“朗斯黛尔石”。


  当一颗含有石墨的流星穿过大气层,与地球相撞,撞击产生的巨大热量和压力就有可能将石墨压缩成朗斯黛尔石。普通钻石具有立方体的晶体结构,而朗斯黛尔石具有六方晶格,因此也被称作六方金刚石。理论上,纯净的朗斯黛尔石硬度比钻石高58%。


  比钢铁硬的玻璃:钯微合金玻璃


  大多数玻璃很硬,也很脆,但在年,研究人员创造了一种新的微合金玻璃,其中含有银、硅、钯、锗和磷五种元素。钯给玻璃带来了韧性,使玻璃在受到冲击时能够变形而不是破裂。这种玻璃比所有种类的钢都坚固,也是目前最坚硬的不含碳的材料。


  钯微合金玻璃现在还很难制造,成本也很高,但随着工艺改进,未来我们或许能看到由它打造的玻璃飞机和桥梁。


  最硬的“纸”:巴基纸


  20世纪后期,科学家研发出了碳纳米管,它们比钻石更硬,但非常微小,直径只有一根头发的1/。

到了21世纪,人们将碳纳米管聚合起来制成薄片,也就是巴基纸,它只有钢重量的10%,强度却比钢高出多倍。巴基纸还能防火、导热,并为电子设备抵挡外界的电磁干扰,可用于制造防弹衣和车辆装甲。


  最强单层原子材料:石墨烯


  石墨烯由排列成蜂窝状的单层碳原子组成,它是目前最坚固且最薄的人造材料,强度是钢的倍。

如果将一层石墨烯做成吊床,吊床将支撑一只4千克重的猫,但吊床只有猫的一根胡须那么重;一块像保鲜膜那么厚的石墨烯则能承受大象的重量。石墨烯的导热、导电能力也非常优秀,从电子元件、网球拍到汽车与航天器,石墨烯的应用范围越来越广泛,我们或许很快就会用上含有石墨烯的产品。


  怎样才算坚固?


  一种物质是否坚固,与它的硬度、强度等属性都有关系。简单来说,让不同物质互相摩擦,谁能把对方刮花更严重,谁的硬度就更高;拉伸物体,在它被拉断之前能承受的力越大,强度就越高。最坚固的物质,应该同时具有很高的硬度和强度。


  同素异形体


  坚固的钻石、朗斯黛尔石、石墨烯和柔软的石墨(铅笔芯的原料)都是由碳元素组成的,这些物质被称为碳的同素异形体。就像同样是纸,你无法让一张平整的纸立在桌上,但要是把纸对折出数道折痕,它就能立起来,卷成圆筒,它还能托住一本书,碳原子排列的结构不同,使同素异形体拥有了不同的硬度和强度。

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