Cái gì cứng hơn sắt?
Cái gì cứng hơn sắt sẽ được chúng tôi trả lời qua bài viết sau. Bạn hãy chú ý kỹ để lựa chọn được vật liệu theo mong muốn của mình.
Cái gì cứng hơn sắt?
Sắt là một nguyên tố tự nhiên xuất hiện trong lớp vỏ Trái đất, sắt có màu xám bạc bóng. Về cân nặng thì sắt nặng hơn so với thép. Về sức mạnh và độ cứng thì thép mạnh hơn so với sắt. Có nhiều thứ cứng hơn sắt mà chúng ta có thể biết tới như tơ nhện, silicon cacbua, kim cương,...Đó đều là những thứ tiêu biểu chúng ta có thể biết. Tuy nhiên, các vật liệu cứng hơn sắt đều có những đặc điểm riêng. Hãy cùng chúng tôi phân tích qua phần dưới đây.
Các vật liệu cứng hơn sắt
Thủy tinh kim loại
Thủy tinh kim loại, vật liệu nghe có vẻ nghịch này lại đúng khi nó có cả tính chất của thủy tinh và của kim loại. Trong khi các nguyên tử kim loại sắp xếp có trật tự hay tinh thể, thì các nguyên tử trong thủy tinh kim loại ở trạng thái vô định hình, giống như dạng lỏng hoặc thủy tinh. Ở hợp kim tinh thể, các nguyên tử nằm trong vùng gọi là “thớ” và ranh giới giữa các thớ này là một nhược điểm trong vật liệu. Tuy nhiên, thủy tinh kim loại bền hơn nhiều do không có những ranh giới như vậy. Nếu dùng búa đập một loại kim loại tinh thể, nó sẽ bị lõm do các thớ hấp thụ năng lượng của cú đập và di chuyển dọc ranh giới thớ. Tuy nhiên, các nguyên tử trong kim loại vô định hình nên đặc và dễ dàng đàn hồi trở lại hình dạng ban đầu sau cú đập búa.
Vật liệu thủy tinh kim loại có đặc điểm là thiếu các thớ tinh thể nên có thể uốn chúng thành các hình dạng khác nhau. Bên cạnh đó, cấu trúc giống chất lỏng nghĩa là chúng tan chảy ở nhiệt độ thấp hơn so với các vật liệu khác và có thể đúc khuôn dễ dàng như chất dẻo. Những thuộc tính tối ưu này khiến thủy tinh kim loại đang trở thành mối quan tâm của nhiều công ty.
Lonsdaleite
Lonsdaleite cũng là một dạng hình thù của kim cương, gọi là lục giác kim cương vì có cấu trúc tinh thể hình lục giác. Trong tự nhiên, nó được hình thành khi các thiên thạch có chứa graphite tấn công Trái đất. Nhiệt độ cao và áp lực của tác động đã biến đổi từ than chì thành kim cương, nhưng vẫn giữ được hình lục giác graphite của mạng tinh thể. Lonsdaleite lần đầu tiên được xác định vào năm 1967 từ các thiên thạch Canyon Diablo. Nó có màu nâu vàng, và có một chỉ số khúc xạ là 2,40-2,41 và trọng lượng riêng là 3,2-3,3. Có độ cứng hơn kim cương (hơn 58%) theo mô phỏng tính toán. Ứng dụng: Cắt đá và kim loại. Ngành mỹ phẩm và y học.
Wurtzite boron nitride
Boron nitride là chất chịu nhiệt và cách nhiệt, nó là hợp chất boron và nitơ với công thức hóa học là BN. Do cấu trúc hình lục giác lạ lùng của boron nitride, nên nó có tên là wurtzite boron nitride, có thể chịu lực mạnh hơn kim cương 18%. Loại vật liệu hiếm này có kết cấu kết nối giữa các nguyên tử theo hình khối, giống như kết cấu nguyên tử ở khối boron nitride và kim cương. Tuy nhiên, sự khác nhau là các nguyên tử của vật liệu này kết nối với nhau ở các góc độ khác nhau. Ở mức áp lực như nhau, tức vẫn trong khả năng chịu đựng của kim cương, thì các liên kết trong kim cương phản ứng tương tự.
Tuy nhiên, wurtzite boron nitride trở nên mạnh hơn đến gần 80% khi bị áp lực cao hơn thế. Việc tạo ra wurtzite boron nitride khá khó khăn. Trong tự nhiên, nó chỉ được tạo ra từ áp lực và sức nóng khủng khiếp của núi lửa phun trào. Như vậy, để tạo được chất này, con người sẽ phải tạo ra các vụ nổ tương tự thế, nghĩa là cực kỳ khó thực hiện; điều này đến nay vẫn chưa được thử nghiệm.
Kim cương
Kim cương là loại vật liệu tự nhiên cứng nhất trên thế giới có khả năng chống trầy xước. Kim cương là một trong hai dạng thù hình được biết đến nhiều nhất của cacbon (dạng còn lại là than chì), có độ cứng rất cao và khả năng khúc xạ ánh sáng cực tốt làm cho nó có rất nhiều ứng dụng trong cả công nghiệp và ngành kim hoàn. Kim cương được cho là một loại khoáng sản với những tính chất vật lý gần như hoàn hảo.
Chúng là vật liệu tốt nhất để tạo ra các bề mặt nhám và chỉ có những viên kim cương khác, những tinh thể cacbon dạng lồng hay ADNR mới có thể cắt kim cương được. Khoảng 150 triệu cara (30.000 kg) kim cương được khai thác mỗi năm với tổng giá trị là 10 tỷ đô la Mỹ. Ngoài ra khoảng 100.000 kg kim cương hàng năm được điều chế nhân tạo.
Ứng dụng: Một loại đá quý dùng làm đồ trang sức. Chất dẫn nhiệt. Vật liệu quang học. Điện tử.
Silicon cacbua (SiC)
Carborunđum hay Silic Cacbua, là một hợp chất của carbon và silic với công thức hóa học là SiC. Trong tự nhiên, nó xuất hiện dưới dạng khoáng chất vô cùng quý hiếm moissanit. Năm 1893, Silic cacbua bột đã được sản xuất hàng loạt để sử dụng như một chất mài mòn.
Hạt silic cacbua có thể liên kết với nhau bằng cách thiêu kết để tạo gốm rất cứng.
Ứng dụng: Hệ thống phanh xe, bộ ly hợp xe. Các tấm gốm trong áo chống đạn. Tơ nhện Loài nhện Darwin’s Bark (tên khoa học là Caerostris darwini), sinh trưởng tự nhiên ở Madagascar, sản sinh ra loại tơ dai và chắc hơn tơ của bất kỳ loài nhện nào khác. Tơ nhện của Darwin’s Bark thậm chí còn dai chắc hơn gấp 10 lần sợi Kevlar – loại vật liệu để làm áo chống đạn. Theo như phân tích đối với tơ nhện Darwin’s Bark cho thấy, nó là vật liệu sinh học có độ dai chắc nhất từng được biết đến cho tới nay.
Những ứng dụng của vật liệu sắt
Sắt thép là một loại hợp kim có tính chất dẫn điện, dẫn nhiệt, có ánh kim,… Thành phần tạo nên loại sắt thép xây dựng nguyên tố chính là sắt và cacbon, ngoài ra còn một số loại nguyên tố khác. Độ cứng và độ đàn hồi nhiều hay ít của thép xây dựng phụ thuộc vào hàm lượng của thành phần các chất có trong thép. Khi lựa chọn về loại thép xây dựng thì nên nhớ là nên chọn những loại thép có thương hiệu trên thị trường, hiện nay đã có rất nhiều loại thép của nhiều nhà cung cấp khác nhau, tuy nhiên mỗi hãng cũng sẽ có sự chênh lệch về cấu tạo, đặc tính, tính năng khi mà bạn sử dụng chính vì thế mà muốn tốt cho chính công trình của mình thì nên chọn những tên tuổi lớn trên thị trường để có được sản phẩm thép chất lượng.
Một cách khác để bạn lựa chọn được loại thép xây dựng chính là chọn theo nhu cầu sử dụng cũng như về điều kiện kinh tế của bản thân, ở mỗi hạng mục công trình khác nhau bạn cũng sẽ phải chọn những loại thép khác nhau đặc trưng về tính năng và cấu tạo, để xem liệu nó có thích hợp về độ cứng và độ chống chịu hay không thì bạn cũng cần phải lựa chọn thật kỹ, điều này cũng sẽ giúp tiết kiệm và tránh việc lãng phí thép vào những chỗ không cần thiết.
Và cũng tùy vào hạng mục công trình khác nhau mà lựa chọn loại thép khác nhau, ví dụ như bạn muốn xây chuồng trại thì không cần phải lựa chọn loại thép xây dựng ở phân giá cao như để xây dựng nhà, xây chung cư… Giấy Bucky là vật liệu nano được hình thành từ các phân tử carbon hình ống, vô cùng mỏng ( nó còn mỏng hơn 1 sợi tóc người tới 50.000 lần). Giấy Bucky nhẹ hơn thép 10 lần nhưng lại bền hơn 500 lần so với thép.
Một tờ giấy Bucky trông giống như giấy dùng cho máy đánh chữ carbon kiểu cũ nhưng nó cứng hơn nhiều lần so với khối lượng tương đương của thép. Giấy Bucky cũng có độ dẫn nhiệt tốt và phản xạ quang học thấp. Dẫn đầu về độ cứng trong danh sách là Graphen (hay gọi là graphene). Nó có hình dạng là tấm phẳng dày bằng một lớp nguyên tử của các nguyên tử cacbon với liên kết sp2 hình thành tinh thể dạng tổ ong.
Graphen là tên được ghép từ “graphit” (than chì) nối với hậu tố “-en”, có nghĩ là than chì được ghép lại từ nhiều tấm graphen, chiều dài liên kết cacbon-cacbon là 0,142 nm Graphen là phần tử cấu trúc cơ bản của một số hình thù bao gồm: than chì, ống nano cacbon và fulleren. Muốn chọc thủng một lớp Graphen có độ mỏng như 1 tờ giấy nhựa thông thường thì bạn cần áp lực tương đương với một con voi châu Phi đứng thăng bằng trên 1 cái bút chì.