أقوى 10 مواد عرفها الإنسان

1. الجرافين

مقدمة موجزة

الجرافين هو عبارة عن غشاء ثنائي الأبعاد على شكل قرص عسل مكون من ذرات الكربون مع تهجين sp2. وهو عبارة عن بنية صفائح أحادية الطبقة منفصلة عن الجرافيت، وهو أيضًا أنحف مادة جديدة معروفة حاليًا. وتبلغ قوة الشد ومعامل المرونة للجرافين 125 جيجا باسكال و1.1 تيرابايت في البوصة على التوالي، وتبلغ قوته 100 ضعف قوة الفولاذ العادي. تُعدّ الأكياس المصنوعة من الجرافين، التي يمكنها حمل حوالي 2 طن من الوزن، أقوى مادة معروفة إلى حد بعيد.

اتجاه متزايد

منذ منح جائزة نوبل في الفيزياء في عام 2010، ازداد عدد طلبات براءات الاختراع العالمية للجرافين بشكل كبير. ومن المتوقع أن يتم تطبيقه في العديد من المجالات في المستقبل، مثل الإلكترونيات، وتخزين الطاقة، والمحفزات، وأجهزة الاستشعار، والأغشية الرقيقة الشفافة البصرية الإلكترونية، والمواد المركبة فائقة القوة، والطب البيولوجي.

2. الأنابيب النانوية الكربونية

مقدمة موجزة

الأنابيب النانوية الكربونية هي نوع من المواد الكمية أحادية البعد ذات الترتيب السداسي لذرات الكربون التي تشكل أنابيب دائرية متحدة المحور من عدة طبقات إلى عشرات الطبقات، ويمكن تقسيمها إلى أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار (SWCNT) وأنابيب نانوية كربونية متعددة الجدران (MWCNTs) وفقاً لعدد طبقات صفائح الجرافين. وتتمتع الأنابيب النانوية الكربونية بخصائص ميكانيكية ممتازة، حيث تبلغ قوة الشد من 50 إلى 200 جيجا باسكال، أي 100 ضعف قوة الفولاذ، ولكن كثافتها تبلغ 1/6 فقط من كثافة الفولاذ. إلى جانب ذلك، يمكن أن يصل معامل مرونتها إلى 1TPa، وهو ما يعادل معامل مرونة الماس وحوالي 5 أضعاف الفولاذ.

اتجاه متزايد

منذ اكتشافه في تسعينيات القرن الماضي، ازدهرت الصناعة المتعلقة بأنابيب الكربون النانوية منذ اكتشافه في التسعينيات، ويستخدم على نطاق واسع في صناعة المواد والأفلام المركبة، والموصلات الشفافة، والواجهات الحرارية، والدروع الواقية للجسم، وشفرات توربينات الرياح، وأقطاب الأجهزة الوظيفية، وحاملات المحفزات.

3. الزجاج المعدني

مقدمة موجزة

يُطلق على الزجاج المعدني أيضًا اسم المعدن غير المتبلور، والذي عادة ما يكون عبارة عن سبيكة، ذات بنية غير متبلورة وبنية زجاجية. ويحدد هذا التركيب المزدوج أن له العديد من الخصائص التي تفوق خصائص المعدن البلوري والزجاج، مثل الموصلية الكهربائية الجيدة، والقوة العالية، والمرونة العالية، والمقاومة للتآكل والتآكل. الزجاج المعدني أقوى من الفولاذ وأصلب من فولاذ الأدوات الصلبة.

اتجاه متزايد

يتمتّع الزجاج المعدني بقوة فائقة ومرونة وخصائص مغناطيسية فائقة، ويمكن أن يبقى صلبًا دون أن يتبلور في درجات حرارة عالية، وهو ما يُستخدم بشكل أساسي في مجال الطيران والأسلحة العسكرية.

4. ألياف البولي إيثيلين فائقة الوزن الجزيئي (UHMWPE)

مقدمة موجزة

UHMWPE هو نوع من الألياف المصنوعة من البولي إيثيلين بوزن جزيئي نسبي يتراوح بين مليون إلى 5 ملايين، وهو حاليًا أقوى وأخف الألياف في العالم. وهو أقوى 15 مرة من الأسلاك الفولاذية ولكنه خفيف الوزن جدًا، وهو أخف وزنًا بنسبة 40% على الأكثر من مواد مثل الأراميد.

اتجاه متزايد

يُستخدم UHMWPE على نطاق واسع في الحبال وشبكات الإرساء والحبال لتطبيقات حماية الحياة والمنسوجات عالية الأداء والمواد المركبة والمواد المصفحة. وتشير التقديرات إلى أن الطلب العالمي السنوي على البولي إيثيلين عالي الكثافة (UHMWPE) سيبلغ 60.000 طن في السنوات الخمس المقبلة و100.000 طن في السنوات العشر المقبلة.

5. أنابيب نانو نيتريد البورون النانوية

مقدمة موجزة

على غرار الكربون، يمكن أن يشكل نيتريد البورون صفائح أحادية الذرة يمكن أن تلتف لتشكل أنابيب نانوية. أنابيب نيتريد البورون النانوية نفسها قوية مثل الأنابيب النانوية الكربونية، لكن الميزة الحقيقية تأتي من قدرتها على الالتصاق بقوة بالبوليمر أثناء التصاقها بالبوليمر. فقوة الأنابيب النانوية من نيتريد البورون النانوية أعلى من قوة الأنابيب النانوية الكربونية، وأعلى بنحو 30% من واجهة PMMA، وأعلى بنحو 20% من راتنجات الإيبوكسي.

الاتجاه المتزايد

تتمتع الأنابيب النانوية من نيتريد البورون بخصائص بصرية وخصائص توصيل ميكانيكية وحرارية ممتازة، بالإضافة إلى تحمل درجات الحرارة العالية وامتصاص الإشعاع النيوتروني، وبالتالي تصبح إضافات فعالة للتحسين الميكانيكي أو الحراري للبوليمر والسيراميك والمركبات المعدنية. وتشمل التطبيقات الإضافية لأنابيب نيتريد البورون النانوية الدروع الواقية والعوازل الكهربائية وأجهزة الاستشعار.

6. لونسداليت

مقدمة موجزة

اكتشف عالم الجيولوجيا الأمريكي لونسديل حجر لونسديل في فوهة بركان وعرّفه على أنه ماس نيزكي سداسي الشكل. ومثل الماس، فهو مصنوع من ذرات الكربون، لكن ذرات الكربون فيه مرتبة بأشكال مختلفة. تُظهر نتائج المحاكاة أن حجر لونسديل أكثر مقاومة للضغط بنسبة 58% من الألماس.

7. الألماس

مقدمة موجزة

الألماس هو أقسى مادة موجودة على الأرض في العديد من الأشكال الطبيعية، وهو أحد متآصلات الكربون. صلابة الألماس هي أعلى مستوى من صلابة موس - الدرجة 10. وتبلغ صلابته الدقيقة 10000 كجم/م2، أي أعلى من الكوارتز بـ 1000 مرة من الكوارتز وأعلى من الياقوت الأزرق بـ 150 مرة.

اتجاه متزايد

يستخدم الماس على نطاق واسع في الصناعة، وخاصة في قاطع الماس، والماس لسحب القالب، وقطعة الماس.

8. الأيروجيل

مقدمة موجزة

الهلام الهوائي هو شكل من أشكال المواد الصلبة التي تتميز بأقل كثافة في العالم. ويتميز الهلام الهوائي بالقوة والمتانة ويمكنه تحمّل الضغط آلاف أضعاف كتلته، ولا يذوب حتى تصل درجة حرارته إلى 1200 درجة مئوية.

اتجاه متزايد

تُظهر الهلاميات الهوائية العديد من الخصائص الفريدة في المجالات الحرارية والبصرية والكهربائية والميكانيكية والصوتية، والتي يمكن استخدامها كمواد عازلة للحرارة، وهدف ليزر الأشعة السينية والأشعة السينية، ومحفز، ومادة ماصة، وأجهزة إلكترونية متنوعة وما إلى ذلك.

9. كربيد السيليكون

مقدمة موجزة

كربيد السيليكون هو معدن طبيعي في الطبيعة، أو مصنوع من رمل الكوارتز وفحم الكوك البترولي (أو فحم الكوك الفحم) ورقائق الخشب وغيرها من المواد الخام عن طريق الصهر في درجة حرارة عالية في فرن مقاوم. يتميز كربيد السيليكون بصلابة تصل إلى 9.5 درجة صلابة موس، وهو ما يأتي في المرتبة الثانية بعد الماس الأكثر صلابة في العالم. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع كربيد السيليكون بموصلية حرارية ممتازة. وهو نوع من أشباه الموصلات ويمكنه مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية.

الاتجاه المتنامي

كممثل نموذجي لمواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث، فإن كربيد السيليكون مفضل لدى شركات أشباه الموصلات النهائية. يمكن للأجهزة الإلكترونية للطاقة المصنوعة من ركيزة كربيد السيليكون والمواد الفوقية أن تعمل تحت الجهد العالي والبيئة عالية التردد مع مزايا أداء متميزة وآفاق صناعية واسعة.

10. عنكبوت لحاء داروين

مقدمة موجزة

تم العثور على نوع جديد من العناكب هو عنكبوت لحاء داروين في مدغشقر، وهو أكبر وأصلب شبكة في العالم. يبلغ عرض شبكة العنكبوت 25 مترًا، وهي أقوى مادة بيولوجية تمت دراستها على الإطلاق، وأقوى 10 مرات من الكيفلر من نفس الحجم.

شكراً لك على قراءة مقالنا. إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن أقوى المواد، ننصحك بزيارة موقع Stanford Advanced Materials (SAM) لمزيد من المعلومات.