世界十大最强韧材料,最后一种万万想不到!

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在人类已知的材料中,谁是最坚硬的?金刚石、钻石还是钢铁?今天我们就来盘点一下十大最强韧材料。

1、石墨烯

抗拉强度:125Gpa

材料简介:石墨烯是一种由碳原子以 sp2 杂化方式形成的蜂窝状二维平面薄膜,是从石墨中剥离的单层片状结构,是目前已知最薄的一种新材料,也是目前已知的强度最大的材料。石墨烯抗拉强度和弹性模量分別为125Gpa 和 1.1TPa,强度为普通钢的 100 倍,用石墨烯制成的包装袋,可承受约 2 吨的重量。

应用领域:石墨烯在电子、储能、催化剂、传感器、光电透明薄膜、超强复合材料以及生物医疗等众多领域都有广阔的应用前景。

主要公司:Graphene Technologies、Graphenelndustries、XG Sciences、大富科技、中国宝安、ST 烯碳、东旭光电、宝泰隆、方大碳素等。

2、碳纳米管

抗拉强度: 50~200GPa

材料筒介:碳纳米管别名巴基管,是一种具有独特结构的一维量子材料。碳纳米管可以看作是石墨烯片按照一定的角度卷曲而产生的纳米级无缝管状物,依据层数差异可分成多壁碳纳米管和单壁碳纳米管。碳纳米管做为一维纳米材料,重量较轻,六边形结构连接完美,有着很多出色的力学、电学和化学性能。

碳纳米管具有良好的力学性能,抗拉强度达到 50~200GPa 是钢的100倍,密度却只有钢的1/6,至少比常规石墨纤维高一个数量级;它的弹性模量可达 1TPa,与金刚石的弹性模量相当,约为钢的 5 倍。

应用领域:碳纳米管可大量用于制造复合材料和薄膜、透明导体、热界面、防弹衣、风涡轮机叶、功能器件的电极和催化剂载体等。

主要公司:Bayer Materials Science AG, Toray Industries Inc. , Unidym.Inc,深圳纳米港有限公司、深圳烯湾科技有限公司、山东大展碳纳米管有限公司、深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司等。

3、金属玻璃

强度: 钢铁的3倍

材料筒介:金属玻璃又称非晶态金属,具有非晶态结构和玻璃态结构,拥有晶态金属和玻璃许多无法企及的性质,如良好的导电性,高强度,高弹性,更耐磨和腐蚀。金属玻璃的强度高于钢,硬度超过高硬工具钢。

应用领域:主要用在航天领域及军用武器。

主要公司及机构:Glassimetal Technology Inc., 日本东北大学金属材料研究所,美国加加州理工学院等。

4、超高分子量聚乙烯纤维

强度: 钢丝的15倍

材料简介:超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)是由相对分子质量在 100 万到 500 万的聚乙烯纺成的纤维,是目前世界上强度最高与比重最轻的纤维,其强度比钢丝高 15 倍,但是很轻,最多可比芳给等材料轻 40%。

应用领域:广泛应用于从绳索、系缆和绳网,到生命防护应用、高性能纺织品、复合材料、层压材料。

主要公司:荷兰 DSM 公司,美国 Honeywel 公司,日本三井化学,上海斯瑞聚合体科技有限公司,湖南中泰特种装备有限责任公司,宁波大成新材料股份有限公司等。

5、氮化硼纳米管

强度: 高于碳纳米管

材料简介:氮化硼和碳一样,可以形成单原子层薄片,将其卷曲之后便可形成纳米管。氮化硼纳米管自身的强度和碳纳米管相当,但是其真正的优势来自于当其和高分子材料结合时,它可以牢牢粘在聚合物材料上。氮化硼纳米管材料的强度都比碳纳米管的强度高,比 PMMA 界面高 30%左右,而比环氧树脂高 20%左右。

应用领域:氮化硼纳米管是聚合物、陶瓷和金属复合材料的机械或热强化的有效添加剂。

主要公司:美国 BNNT LLC,武汉化工新材料工业技术研究院有限责任公司等。

6、气凝胶

材料简介:气疑胶是世界上密度最小的固体,密度为3kg/每立方米。气疑胶貌似“弱不禁风”,其实非常坚固耐用。它可以承受相当于自身质量几千倍的压力,在温度达到 1200 摄氏度时才会熔化。

应用领域:气凝胶在热学、光学、电学、力学和声学等领域显示许多奇特的性能,可作为保温隔热材料、ICF 以及 X 光激光靶、催化剂、吸附剂、各类电子器件等等具有优秀性能材料。

主要公司及机构:德国巴斯夫公司、德国维尔兹堡大学、美国劳伦兹利物莫尔国家实验室,法国蒙彼利埃材料研究中心,纳诺科技有限公司,光订购埃力生高新科技有限公司,弘大科技(北京)股份公司。

7、朗斯代尔石

硬度:接近金刚石

材料简介:朗斯代尔石由美国地质学家朗斯代尔在一个陨石坑发现,并定义为六方晶系陨石钻石它与钻石一样,都是由碳原子构成,但它们的碳原子却以不同形状排列,经过模拟实验发现朗斯代尔石的抗压能力比钻石高出 58%。

其硬度接近金刚石,但脆性大,粒度细以爆炸法或静压法沿石墨C轴加13GPa以上的压力及1000°C以上温度,可以使石墨转变成六方金刚石。

8、金刚石

硬度:10000kg/mm2

材料筒介:金刚石是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质,是碳元素的同素异形体。金刚石硬度为摩氏硬度最高级第十级,显微硬度10000kg/mm2,比石英高1000倍,比刚玉高 150 倍。

应用领域:金刚石主要集中在金刚石刀具、拉丝模用金刚石、金刚石钻头等方面应用。

主要公司:日本富士华,Tyrolit, Saint Gobain,山特维克,日本往友,黄河旋风,豫金刚石,四方达等。

9、碳化硅

摩氏硬度: 9.5 级

材料简介:碳化硅在大自然中为天然矿物莫石,或者用石英砂、石油焦(或煤焦)、木等原料通过电阻炉高温治炼而成。碳化硅硬度很大,摩氏硬度为 9.5 级,仅次于世界上最硬的金刚石,具有优良的导热性能,是一种半导体,高温时能抗氧化。

应用领域:碳化硅是第三代半导体材料的典型代表,利用碳化硅单晶衬底和外延材料制作的电力电子器件可在高电压,高频率环境下工作。

主要公司及机构:Silicon Carbide Products Inc,美国 Cree 公司,河北同光晶体有限公司、中国科学院半导体研究所、厦门芯光润泽科技有限公司等。

10、达尔文蜘蛛丝

强度:凯夫拉纤维的 10 倍

材料筒介:科学家在马达加斯加岛发现蜘蛛新物种达尔文蜘蛛,这种蜘蛛能编织出世界上最大、也是最坚实的蛛网,宽度达 25 米,是迄今为止研究过的最强生物材料,是相同尺寸的凯夫拉纤维强度的 10 倍。

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