Cái gì cứng hơn kim cương? Top 6 vật liệu cứng hơn kim cương
Chúng ta thường nghĩ rằng kim cương là vật liệu cứng nhất trên thế giới, nhưng thực tế có vậy liệu nào cứng hơn kim cương không? Câu trả lời là có. Vậy cái gì cứng hơn kim cương? Mời các bạn tìm hiểu ngay qua bài viết dưới đây của Jemmia nhé!
Kim cương có độ cứng như thế nào?
Kim cương là một tinh thể carbon có cấu trúc đặc biệt. Các nguyên tử carbon trong kim cương sắp xếp theo một hình khối rất đều đặn và liên kết với nhau bằng những “Cặp electron” vô cùng mạnh mẽ. Chính cấu trúc này đã tạo nên một mạng lưới liên kết bền vững, khiến kim cương trở nên cực kỳ cứng và khó phá vỡ.
Kim cương là một tinh thể carbon, nơi mà các nguyên tử carbon được sắp xếp trong một cấu trúc lập phương tâm mặt (face-centered cubic lattice). Từng nguyên tử cacbon sẽ liên kết với bốn nguyên tử cacbon khác thông qua liên kết cộng hóa trị, tạo nên một mạng lưới ba chiều cực kỳ mạnh. Điều này giải thích cho việc tại sao kim cương có độ cứng rất cao.
Độ cứng của kim cương được đánh giá là 10 trên thang độ cứng Mohs
Độ cứng của kim cương được đánh giá bằng thang độ cứng Mohs và trong đó kim cương được sắp xếp ở mức 10 – mức cao nhất. Điều này có nghĩa là kim cương có khả năng kháng lại các vết xước từ những vật liệu khác. Kim cương còn được ứng dụng rộng rãi trong công cụ cắt gọt và mài mòn nhờ vào tính chất này.
Top 6 vật liệu cứng hơn kim cương
Cùng tìm hiểu 6 kim loại cứng hơn cả kim cương dưới đây:
Graphene
Graphene – có cấu trúc mạng lục giác gồm các nguyên tử cacbon và chỉ dày 1 nguyên tử. Sau khi được điều chế thành công thì Graphene vảy được kỳ vọng sẽ trở thành một vật liệu mang tính cách mạng nhất thế kỷ 21. Graphene là thành phần cấu trúc cơ bản nhất của ống nano cacbon và được ứng dụng trong nhiều tình huống.
Ở cùng độ dày, Graphene được xem là vật liệu mạnh nhất, khả năng dẫn nhiệt và dẫn nhiệt điện vô song, độ truyền ánh sáng đạt gần 100%. Năm 2010, giải Nobel vật lý được trao cho Andre Geim và Konstantin Novoselov vì những thí nghiệm của họ trên Graphene.
Graphene là một vật liệu được mệnh danh là cứng nhất hành tinh
Cho đến hiện tại thì Graphene vẫn là vật liệu mỏng nhất mà chúng ta được biết. Đây cũng được xem là một trong những kỷ lục nhanh nhất trong lĩnh vực vật lý, vì quá nghiên cứu đến lúc nhận giải chỉ mất 6 năm.
Buckypaper
Kể từ cuối thế kỷ 20, ống nano cacbon được biết đến là vật liệu cứng hơn kim cương. Chất này thuộc hệ tinh thể lục giác, với cấu trúc tổng thể là hình elip và tính ổn định của nó cực kỳ tốt so với bất kỳ cấu trúc nào. Nếu bạn kết hợp một số lượng lớn các ống nano vào một mặt phẳng thì bạn sẽ có được một loại giấy mỏng gọi là Buckypaper.
Để so sánh thì mỗi ống nano tạo nên Buckypaper có đường kính chỉ từ 2-4 nanomet, mà cấu trúc của nó rất chắc chắn nên được kết hợp thành các tấm vật liệu có diện tích lớn. Trọng lượng của nó chỉ bằng 10% của thép, nhưng độ cứng lại gấp hàng trăm lần. Ngoài ra vật liệu này còn có khả năng chống cháy tốt, dẫn nhiệt cao, khả năng che chắn điện từ vượt trội. Buckypaper có triển vọng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: khoa học vật liệu, linh kiện điện tử và thậm chí là cả lĩnh vực sinh học.
Buckypaper trông giống như giấy đánh chữ carbon cổ điển
Ngoài Buckypaper còn có một cấu trúc cứng không kém là buckyball được tạo thành bởi 60 nguyên tử cacbon liên kết với nhau. Buckyball cũng là một vật liệu tự nhiên được hình thành trong môi trường vũ trụ nhất định. Mặc dù đã được ứng dụng trong lĩnh vực nano nhưng nó vẫn chưa đạt được sản lượng mong muốn. Nó không được đưa vào danh sách là vì nó chưa thể hiện được tính ứng dụng của mình ở quy mô vĩ mô.
Thủy tinh siêu nhỏ palladium
Hai đặc tính quan trọng của tất cả các vật liệu vật lý là: độ bền và độ dẻo dai. Độ bền cần thiết là để làm biến dạng vật liệu còn độ dẻo dai là lực cần để làm vỡ hoặc gãy vật liệu. Hầu hết các chất liệu gốm sứ đều sẽ có độ bên cao nhưng độ dẻo dai kém và chúng dễ bị vỡ nếu kẹp quá chặt hoặc làm rơi. Còn chất liệu đàn hồi như cao su thì ngược lại tuy không dễ gãy nhưng dễ bị biến dạng và độ cứng cũng thấp.
Hầu như các vật liệu thuỷ tinh đều dễ vỡ, độ dẻo dai thấp nhưng độ bền cao, ngay cả kính cường lực cũng không đủ cứng. Vào năm 2011 các nhà nghiên cứu đã phát minh ra một loại thuỷ tinh vi mô mới gồm 5 nguyên tố: phốt pho, silicon, bạc, palladium và germani. Trong đó palladium có thể tạo thành các dải cắt, cho phép thuỷ tinh biến dạng dẻo khi nó được tác động và không bị phá vỡ trực tiếp.
Thủy tinh kim loại được kết hợp tính chất của thủy tinh và kim loại
Đây là vật liệu được kết hợp độ bền và độ dẻo dai cực kỳ cao. Nó dễ dàng đánh bại mọi loại thép cũng như thuỷ tinh hiện có vì đây là vật liệu không chứa cacbon cứng nhất thế giới.
Dyneema
Dyneema là loại polyme polyetylen nhiệt dẻo có trọng lượng phân tử rất cao. Hầu hết các phân tử mà chúng ta biết đều chỉ có vài nghìn đơn vị khối lượng nguyên tử. Nhưng chuỗi của polyetylen lại có khối lượng phân tử cực kỳ dài. Trọng lượng của một phân tử có thể lên đến hàng chục triệu đơn vị khối lượng nguyên tử.
Dyneema – một loại chất dẻo tổng hợp polythen, có sợi cứng nhất TG
Với một chuỗi phân tử dài như vậy thì sự tương tác giữa các phân tử được tăng lên đáng kể. Thực tế vật liệu này có độ bền cao nhất trong tất cả các loại nhựa nhiệt dẻo đã biết. Đây được coi là vật liệu có sợi mạnh nhất trên thế giới, vượt trội hơn tất cả loại dây buộc và kéo trên thị trường. Ngoài ra Dyneema còn nhẹ hơn nước và có khả năng chống đạn.
Lonsdaleite
Kim cương thực tế là một tinh thể hệ lập phương, còn Lonsdaleite lại thuộc hệ tinh thể lục giác. Thành phần của Lonsdaleite tương tự như kim cương nhưng lại cứng hơn kim cương 58%. Do đó người ta còn gọi Lonsdaleite là kim cương lục phương (một dạng của cacbon với ô mạng lục phương).
Lonsdaleit có cấu trúc là kim cương lục giác – một dạng biến thể của carbon
Trong tự nhiên nod được hình thành khi các thiên thạch chứa than chì va vào Trái Đất. Lượng nhiệt và áp suất lớn của than chì vẫn được bảo tồn. Lonsdaleit được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1967 khi thiên thạch Canyon Diablo xuất hiện các tinh thể rất rất nhỏ và đều có liên quan đến kim cương.
Wurtzite boron nitride
Ngoài cacbon có rất nhiều nguyên tử kết hợp các chất khác tạo thành tinh thể, boron nitride là một trong số đó. Boron và ni tơ lần lượt chiếm vị trí thứ 5 và thứ bảy trong bảng tuần hoàn. Khi 2 nguyên tố này kết hợp với nhau chúng sẽ tạo ra nhiều hợp chất, gồm có chất rắn vô định hình, hệ tinh thể lục phương (tương tự than chì), hệ tinh thể lập phương (tương tự kim cương, nhưng cấu trúc kém 1 chút) và wurtzite.
Wurtzite boron nitride thuộc danh sách những vật liệu cứng sau kim cương
Vật liệu này được hình thành trong quá trình phun trào núi lửa và cho đến hiện tại con người mới tìm thấy một lượng rất nhỏ. Nên thực tế khoa học không kiểm tra độ cứng của nó bằng thực nghiệm. Những mô phỏng mới nhất cho thấy rằng nó có thể tạo thành một kiểu cấu trúc cứng hơn kim cương đến 18%.
Đến đây Jemmia hy vọng nội dung bài viết đã chia sẻ ở trên sẽ giúp bạn biết thêm về cái gì cứng hơn kim cương. Từ đó giúp bạn có cái nhìn toàn diện hơn về thế giới xung quanh!
