Kim cương không xuất hiện trong danh sách top 5 vật liệu cứng trên Trái đất

Mặc dù kim cương được biết đến là chất cứng nhất trên hành tinh, nhưng thực tế có 6 loại vật liệu còn tốt hơn cả kim cương.

Cacbon là một trong những nguyên tố tuyệt vời nhất trong tự nhiên, với tính chất hóa học và vật lý khác biệt. Cacbon có khả năng tạo ra các liên kết hóa học phức tạp, là nguyên tố nhẹ nhất có thể hình thành liên kết với tối đa bốn nguyên tử.

Dưới áp suất cao, cacbon có thể tạo thành cấu trúc mạng tinh thể ổn định, tạo nên kim cương siêu cứng.

Mặc dù kim cương là chất cứng nhất, nhưng có 6 vật liệu khác vẫn tốt hơn. Tuy nhiên, so sánh chúng với kim cương là khá khó khăn.

Ba vật liệu trên Trái đất không bằng kim cương về độ cứng, nhưng vẫn có giá trị vì đa dạng tính năng của chúng. Với sự phát triển của công nghệ nano, chúng ta có nhiều thước đo mới để đánh giá các vật liệu này.

Hãy bắt đầu với sinh học. Tơ nhện, mặc dù mỏng manh, lại rất bền. Sức mạnh của nó vượt trội hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống như nhôm và sắt.

Một chất tự nhiên khác gọi là cacbua silic (thường ở dạng moissanite) chỉ cứng hơn kim cương một chút. Hạt cacbua silic đã được sản xuất từ năm 1893. Silicon và carbon thuộc cùng họ nguyên tố, và có thể tạo thành vật liệu cực kỳ cứng này ở áp suất cao và nhiệt độ thấp thông qua quá trình thiêu kết.

Những vật liệu này không chỉ phù hợp cho các trường hợp đòi hỏi độ cứng như má phanh, ly hợp, giáp thân, giáp xe tăng, v.v., mà còn có đặc tính bán dẫn tuyệt vời, vì vậy chúng cũng đóng vai trò quan trọng trong sản xuất linh kiện điện tử.

Khoảng 20 năm trước, các nhà khoa học phát triển những quả cầu silicon nano với đường kính từ 2 nanomet đến 50 nanomet. Những quả cầu nano này rỗng và có thể tự lắp ráp thành những quả cầu khác nhau. Nó cũng là một trong những vật liệu cứng nhất mà con người biết đến, chỉ thua kim cương một chút về độ cứng.

Tự lắp ráp là công cụ mạnh mẽ trong tự nhiên, nhưng so với vật liệu tổng hợp, vật liệu sinh học yếu hơn. Hạt nano tự lắp ráp có thể tạo ra các vật liệu tùy chỉnh như bộ lọc nước hoạt động tốt hơn, pin mặt trời hiệu quả hơn, chất xúc tác nhanh hơn hoặc thiết bị điện tử. Kịch bản ứng dụng lý tưởng nhất là bộ áo giáp 'may đo' theo cơ thể người dùng.

Vật liệu có độ cứng cao nhất

Thực tế, không có vật liệu nào có thể sánh kịp độ cứng của kim cương. Trong tất cả các vật liệu trên Trái đất, kim cương là vật liệu cứng thứ bảy. Mặc dù có vật liệu tự nhiên (rất hiếm) và tổng hợp vượt qua kim cương về độ cứng, nhưng đối với nhiều người, kim cương vẫn là vật liệu cứng nhất.

Tuy nhiên, có sáu vật liệu đã vượt qua kim cương về độ cứng.

Số 6, Boron Nitrit Wurtzite

Ngoài carbon, nhiều nguyên tử hoặc hợp chất khác có thể tạo thành tinh thể, và boron nitrit là một trong số đó. Boron và nitơ chiếm vị trí thứ năm và thứ bảy trong bảng tuần hoàn, và khi kết hợp, chúng tạo ra nhiều hợp chất khác nhau, bao gồm cả boron nitrit wurtzite, một trong những vật liệu cực đoan nhất và cũng là vật liệu cực kỳ cứng chắc.

Trong số này, boron nitrit wurtzite là cực đoan nhất và cũng là vật liệu cực kỳ cứng chắc. Vật liệu này được hình thành trong quá trình phun trào núi lửa và cho đến nay chỉ có lượng rất nhỏ được tìm thấy, nên thế giới khoa học không thể kiểm tra độ cứng của nó bằng thực nghiệm. Nhưng những mô phỏng mới nhất cho thấy nó có thể tạo thành một kiểu cấu trúc cứng hơn kim cương 18%.

Số 5, Lonsdaleit

Kim cương thực chất thuộc hệ tinh thể lập phương, còn Lonsdaleit thuộc hệ tinh thể lục giác, thành phần của nó tương tự kim cương nhưng có thể cứng hơn kim cương tới 58%. Lonsdaleit được gọi là kim cưng lục phương và hình thành khi thiên thạch chứa than chì va vào Trái Đất.

Số 4, Dyneema

Dyneema là một loại polyme polyetylen nhiệt dẻo với trọng lượng phân tử siêu cao. Đặc tính của nó là có chuỗi phân tử vô cùng dài, giúp tăng cường độ bền và độ dẻo dai. Được biết đến là vật liệu sợi mạnh nhất thế giới, Dyneema vượt trội hơn tất cả các loại dây buộc và dây kéo trên thị trường.

Thủy tinh siêu nhỏ palladium đứng ở vị trí thứ ba trong danh sách. Đây là một loại vật liệu kỳ diệu chứa nhiều nguyên tố quý hiếm, giúp nó có độ bền và độ dẻo dai cực cao. Vật liệu này đã chứng minh khả năng chống đạn và vượt trội hơn cả thép và thủy tinh.

Một trong những chất liệu đáng kinh ngạc nhất trong danh sách là thủy tinh siêu nhỏ palladium. Với sự kết hợp độ bền và độ dẻo dai cực cao, vật liệu này đã vượt qua mọi thử thách từ các loại thép và thủy tinh truyền thống.

Được biết đến là một loại vật liệu với tính ổn định cao, Buckypaper là một sáng chế vô cùng độc đáo. Với cấu trúc hexagonal và tính ổn định tuyệt vời, Buckypaper đã chứng minh được độ bền và độ dẻo dai hơn cả kim cương.

Trong danh sách, kính Pyrex và kính Corning đã lấy được vị trí vinh quang. Được biết đến là các loại thủy tinh cường lực, chúng đã chứng minh khả năng chống vỡ và độ bền cao. Tuy nhiên, chúng vẫn chưa đủ để vượt qua thử thách từ các loại thủy tinh siêu nhỏ palladium.

Số hai trong danh sách là Buckypaper, một loại vật liệu vô cùng đặc biệt. Với tính ổn định cao và độ bền vượt trội, Buckypaper đã chứng minh được khả năng cạnh tranh với mọi vật liệu khác trên thị trường.

Cuối cùng trong danh sách là các ống nano carbon, một loại vật liệu được biết đến với độ cứng vượt trội. Với cấu trúc hexagonal và tính ổn định tốt, chúng đã chứng minh được sức mạnh vượt trội hơn cả kim cương.

Buckyball, một cấu trúc carbon đặc biệt, được tạo thành từ 60 nguyên tử carbon. Mặc dù có tiềm năng trong lĩnh vực nano, nhưng chưa đạt được sản lượng đáng kể để được coi là vật liệu hàng đầu.

Buckypaper, một vật liệu có cấu trúc chắc chắn từ các ống nano carbon, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội như khả năng chống cháy, dẫn nhiệt và dẫn điện tốt. Với triển vọng ứng dụng rộng rãi, Buckypaper hứa hẹn là vật liệu của tương lai.

Graphene, vật liệu có cấu trúc lục giác từ nguyên tử carbon, được kỳ vọng sẽ thúc đẩy cách mạng trong lĩnh vực vật liệu. Với độ mạnh và tính dẫn nhiệt, dẫn điện tuyệt vời, Graphene là một trong những phát minh vĩ đại của thế kỷ 21.

Graphene, vật liệu mỏng nhất với khả năng dẫn nhiệt, dẫn điện và truyền ánh sáng vượt trội. Phát minh của Andrei Geim và Konstantin Novoselov trên Graphene đã nhận giải Nobel Vật lý năm 2010, nhanh chóng chứng tỏ sức mạnh của vật liệu này.

Graphene, một phát minh đột phá trong lĩnh vực vật liệu, với tính chất vượt trội và khả năng ứng dụng đa dạng. Graphene là vật liệu mỏng nhất và vẫn giữ vị thế hàng đầu trong lĩnh vực vật liệu.