Οι άνθρωποι έχουν βρει πολλούς τρόπους να χρησιμοποιούν τα διάφορα υλικά που υπάρχουν στη φύση, κατάφεραν να κατασκευάζουν από αυτοκίνητα και αεροπλάνα μέχρι κοσμήματα.
Τα κατασκευασμένα προϊόντα που αγοράζετε κρίνονται από το πόσο καλά είναι κατασκευασμένα, και από την αντοχή των υλικών. Αν θέλετε κάτι ανθεκτικό, πρέπει να είναι κατασκευασμένο από σκληρά υλικά.
Τι είναι τα σκληρά υλικά;
Όταν μιλάμε για τη σκληρότητα ενός υλικού αναφερόμαστε στην αντοχή του. Να αντέχει στους διάφορους βαθμούς εξωτερικής δύναμης όταν πιέζετε το υλικό.
Τα υπέρ-σκληρά υλικά μετρούνται σε μια κλίμακα που είναι γνωστή ως μέτρηση σκληρότητας Vickers (HV). Η μονάδα που μετράει την πίεση που μπορεί να λάβει ένα αντικείμενο πριν σπάσει ονομάζεται gigapascals (GPa)
Για παράδειγμα, το ισχυρότερο φυσικό υλικό που γνωρίζουμε είναι τα διαμάντια, και αντέχουν μεταξύ 70 και 150 GPa. Οτιδήποτε αντέχει πάνω από 40 GPa θεωρείται υπέρ-σκληρό υλικό.
Γραφένιο
Η πρώτη καταχώριση στη λίστα μας είναι ένα υλικό που προβλέπεται ότι θα έχει μέλλον στην αεροδιαστημική βιομηχανία και την παραγωγή αυτοκινήτων.
Το γραφένιο δεν έχει ακόμη χρησιμοποιηθεί, εκτός πειραματικών εφαρμογών κυρίως σε δοκιμές που σχετίζονται με το διάστημα και έχουν δείξει εξαιρετικά αποτελέσματα. Είναι 200 φορές πιο ισχυρό από το ατσάλι, και 1.000 φορές ελαφρύτερο από το χαρτί.
Το γραφένιο αποτελείται από ένα μόνο στρώμα ατόμων άνθρακα που είναι τοποθετημένα σε τριγωνική μορφή πλέγματος. Είναι εξαιρετικά εύκαμπτο, ο τρόπος με τον οποίο τα άτομα άνθρακα συνδέονται μεταξύ τους το καθιστά όχι μόνο εξαιρετικά ισχυρό, αλλά και πολύ αγώγιμο.
Σε σύγκριση με τον χαλκό, οι ίνες του αποτελούνται από συνδεδεμένα φύλλα γραφενίου και έχουν το 10 τοις εκατό της μάζας του χαλκού, και διπλάσια θερμική αγωγιμότητα.
Οι ειδικοί είναι πεπεισμένοι ότι θα δούμε τα επόμενα χρόνια αυτοκίνητα, αεροπλάνα, και πολλά ηλεκτρονικά, να χρησιμοποιούν τεχνολογία βασισμένη στο γραφένιο.
Ανθρακόνημα
Το ανθρακόνημα ή ίνες άνθρακα είναι μια μορφή ίνας που έχει ως επί το πλείστον άτομα άνθρακα των οποίων οι δεσμοί είναι περίπου παράλληλοι με τον άξονα της ίνας. Αυτές οι ίνες έχουν διάμετρο περίπου 5-10 μm. Η κύρια διαφορά μεταξύ γραφενίου και ινών άνθρακα, είναι ότι το μέγεθος του γραφενίου είναι το πάχος ενός μόνο στρώματος ατόμου άνθρακα, πολύ μικρότερης διαμέτρου.
Τα χαρακτηριστικά που έχει το ανθρακόνημα, το καθιστούν εξαιρετική επιλογή για την κατασκευή στρατιωτικού εξοπλισμού, πυραύλων, και αξεσουάρ αυτοκινήτων. Έχει υψηλή ακαμψία και το πολύ χαμηλό βάρος.
Τα ανθρακονήματα έχουν υψηλή στιβαρότητα και αντοχή σε θραύση και χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής.
Κέβλαρ
Ένα άλλο σκληρό υλικό που βρήκε εφαρμογή στην αυτοκινητοβιομηχανία και τον στρατό είναι το κέβλαρ.
Το Κέβλαρ είναι πέντε φορές πιο ανθεκτικό από το ατσάλι. Ιδικά όταν πρόκειται για την πίεση που μπορεί να αντέξει. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιείται ακόμα για την κατασκευή αλεξίσφαιρων γιλέκων. Είναι πολύ σκληρό και εξαιρετικά ελαφρύ. Από τα πιο σκληρά υλικά.
Διαμάντια
Πιθανότατα περιμένατε να δείτε τα διαμάντια στην κορυφή αυτής της λίστας. Αλλά τα κατασκευασμένα υλικά είναι πολύ ισχυρότερα από το σκληρότερο ορυκτό που μπορούμε να βρούμε στη Γη.
Τα διαμάντια εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται, παρά τη σπανιότητα και την πολύ υψηλή τιμή τους σε πολλές εφαρμογές. Τα μπλε διαμάντια λειτουργούν ιδιαίτερα καλά ως μονωτές και ημιαγωγοί.
Υαλόνημα
Κατασκευάζεται από ποικίλους τύπους γυαλιού σε μορφή νήματος με πολλαπλές χρήσεις. Αυτό το συνθετικό υλικό που δημιουργήθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1930 μοιάζει πολύ με τις ίνες άνθρακα. Ωστόσο, είναι πολύ φθηνότερο σαν κατασκευή από τα ανθρακονήματα, γι’ αυτό και χρησιμοποιείται συχνά ως μέθοδος θερμικής μόνωσης κτιρίων.
Μια πιο πρόσφατη εφαρμογή του υαλονήματος είναι η κατασκευή οπτικών ινών, που χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση φωτεινών σημάτων. Οι οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται επίσης, στις τηλεπικοινωνίες.