Die 10 stärksten der Menschheit bekannten Materialien
1. Graphen
Kurze Einführung
Graphen ist ein wabenförmiger zweidimensionaler Film, der aus Kohlenstoffatomen mit sp2-Hybridisierung besteht. Es handelt sich um eine einlagige, vom Graphit getrennte Schichtstruktur und ist außerdem das dünnste derzeit bekannte neue Material. Die Zugfestigkeit und der Elastizitätsmodul von Graphen betragen 125 GPa bzw. 1,1 tpa, und seine Festigkeit ist 100-mal höher als die von herkömmlichem Stahl. Säcke aus Graphen, die etwa 2 Tonnen Gewicht tragen können, sind das bei weitem stärkste bekannte Material.
Wachsender Trend
Seit der Verleihung des Nobelpreises für Physik im Jahr 2010 hat die Zahl der weltweiten Graphen-Patentanmeldungen drastisch zugenommen. Es wird erwartet, dass Graphen in Zukunft in vielen Bereichen eingesetzt wird, z. B. in der Elektronik, der Energiespeicherung, bei Katalysatoren, Sensoren, optoelektronischen transparenten Dünnschichten, superstarken Verbundwerkstoffen und in der biologischen Medizin.
2. Kohlenstoff-Nanoröhrchen
Kurze Einführung
Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTS) sind eine Art eindimensionales Quantenmaterial mit hexagonaler Anordnung der Kohlenstoffatome, die koaxiale, kreisförmige Röhren aus mehreren bis Dutzenden von Schichten bilden. Je nach Anzahl der Graphenschichten können sie in einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren (SWCNT) und mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren (MWCNT) unterteilt werden. Kohlenstoff-Nanoröhren haben hervorragende mechanische Eigenschaften, mit einer Zugfestigkeit von 50 bis 200 GPa, die 100 Mal so hoch ist wie die von Stahl, aber die Dichte beträgt nur 1/6 der von Stahl. Außerdem kann ihr Elastizitätsmodul bis zu 1TPa erreichen, was dem von Diamant entspricht und etwa fünfmal so hoch ist wie das von Stahl.
Wachsender Trend
Seit ihrer Entdeckung in den 1990er Jahren hat die mit Kohlenstoffnanoröhren verbundene Industrie einen Boom erlebt, und sie werden in großem Umfang zur Herstellung von Verbundwerkstoffen und -folien, transparenten Leitern, thermischen Grenzflächen, Panzerungen, Windturbinenflügeln, Elektroden für funktionelle Geräte und Katalysatorträgern verwendet.
3. Metallisches Glas
Kurze Einführung
Metallisches Glas wird auch als amorphes Metall bezeichnet, bei dem es sich in der Regel um eine Legierung handelt, die eine amorphe Struktur und eine Glasstruktur aufweist. Diese Doppelstruktur bewirkt, dass es viele Eigenschaften besitzt, die über die von kristallinem Metall und Glas hinausgehen, wie z. B. gute elektrische Leitfähigkeit, hohe Festigkeit, hohe Elastizität, höhere Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Metallisches Glas ist fester als Stahl und härter als harter Werkzeugstahl.
Wachsender Trend
Metallisches Glas besitzt eine hohe Festigkeit, Elastizität und magnetische Eigenschaften und kann auch bei hohen Temperaturen fest bleiben, ohne zu kristallisieren, was vor allem in der Luft- und Raumfahrt und für militärische Waffen verwendet wird.
4. Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE)
Kurze Einführung
UHMWPE ist eine Faser aus Polyethylen mit einem relativen Molekulargewicht von 1 Million bis 5 Millionen, die derzeit die stärkste und leichteste Faser der Welt ist. Sie ist 15-mal stärker als Stahldraht, aber sehr leicht und höchstens 40 % leichter als Materialien wie Aramid.
Wachsender Trend
UHMWPE wird in vielen Bereichen eingesetzt, von Seilen, Festmachern und Seilnetzen bis hin zu Lebensschutzanwendungen, Hochleistungstextilien, Verbundwerkstoffen und laminierten Materialien. Es wird geschätzt, dass die jährliche Weltnachfrage nach UHMWPE in den nächsten fünf Jahren 60.000 Tonnen und in den nächsten 10 Jahren 100.000 Tonnen betragen wird.
5. Bornitrid-Nanoröhrchen
Kurze Einführung
Wie Kohlenstoff kann auch Bornitrid einatomige Schichten bilden, die sich zu Nanoröhren aufrollen lassen. Die Bornitrid-Nanoröhrchen selbst sind genauso stark wie Kohlenstoff-Nanoröhrchen, aber der eigentliche Vorteil liegt in ihrer Fähigkeit, fest am Polymer zu haften, da sie sich mit dem Polymer verbinden. Die Festigkeit von Bornitrid-Nanoröhrchen ist höher als die von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, etwa 30 % höher als die von PMMA-Grenzflächen und etwa 20 % höher als die von Epoxidharz.
Wachsender Trend
Bornitrid-Nanoröhren haben optische Eigenschaften, hervorragende mechanische und thermische Leitfähigkeitseigenschaften, halten hohen Temperaturen stand und absorbieren Neutronenstrahlung, wodurch sie zu wirksamen Additiven für die mechanische oder thermische Verbesserung von Polymer-, Keramik- und Metallverbundwerkstoffen werden. Weitere Anwendungen von Bornitrid-Nanoröhren sind Schutzschilde, elektrische Isolatoren und Sensoren.
6. Lonsdaleit
Kurze Einführung
Der Lonsdale-Stein wurde von dem amerikanischen Geologen Lonsdale in einem Krater entdeckt und als hexagonaler Meteoritendiamant definiert. Wie Diamanten bestehen sie aus Kohlenstoffatomen, aber ihre Kohlenstoffatome sind in unterschiedlichen Formen angeordnet. Die Ergebnisse der Simulation zeigen, dass der Lonsdale-Stein 58 % druckfester ist als der Diamant.
7. Diamant
Kurze Einführung
Diamant ist die härteste Substanz, die auf der Erde in vielen natürlichen Formen vorkommt, und er ist ein Allotrop des Kohlenstoffs. Die Härte des Diamanten ist die höchste Stufe der Mohshärte - Grad 10. Seine Mikrohärte beträgt 10000 kg/mm2, das ist 1000-mal höher als bei Quarz und 150-mal höher als bei Korund.
Wachsender Trend
Diamant ist weit verbreitet in der Industrie, vor allem in der Diamant-Schneider, Diamant für die Zeichnung sterben, die Diamant-Bit.
8. Aerogel
Kurze Einführung
Aerogel ist eine Form von festem Material, das die geringste Dichte der Welt hat. Aerogele sind sehr stark und haltbar und können einem Druck standhalten, der das Tausendfache ihrer Masse beträgt, und sie schmelzen erst bei 1200 Grad Celsius.
Wachsender Trend
Aerogele weisen viele einzigartige Eigenschaften in den Bereichen Wärme, Optik, Elektrik, Mechanik und Akustik auf und können als Wärmedämmstoffe, ICF- und Röntgenlaser-Targets, Katalysatoren, Adsorptionsmittel, verschiedene elektronische Geräte usw. verwendet werden.
9. Siliziumkarbid
Kurze Einführung
Siliziumkarbid ist ein natürliches Mineral oder wird aus Quarzsand, Petrolkoks (oder Kohlekoks), Holzspänen und anderen Rohstoffen durch Schmelzen bei hoher Temperatur in einem Widerstandsofen hergestellt. Siliciumcarbid ist mit einer Mohshärte von 9,5 so hart wie nur der härteste Diamant der Welt. Darüber hinaus hat Siliciumcarbid eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit. Es ist eine Art Halbleiter und kann bei hohen Temperaturen oxidationsbeständig sein.
Wachsender Trend
Als typischer Vertreter der Halbleitermaterialien der dritten Generation wird Siliziumkarbid von den nachgelagerten Halbleiterunternehmen bevorzugt. Leistungselektronische Geräte, die aus Siliziumkarbid-Substrat und Epitaxie-Material hergestellt werden, können unter Hochspannung und Hochfrequenz-Umgebung mit hervorragenden Leistungsvorteilen und breiten industriellen Aussichten arbeiten.
10. Darwinsche Rindenspinne
Kurze Einführung
Auf Madagaskar wurde eine neue Spinnenart, die Darwinsche Rindenspinne, die das größte und stabilste Netz der Welt entdeckt. Mit einer Breite von 25 Metern ist das Netz der Spinne das stärkste biologische Material, das je untersucht wurde, und zehnmal stärker als Kevlar derselben Größe.
