Os 10 materiais mais fortes conhecidos pelo homem

Essa classificação é baseada na resistência à tração (GPa), exceto quando indicado. Alguns materiais (por exemplo, aerogel) foram incluídos por suas propriedades exclusivas, como densidade ultrabaixa ou resistência térmica.

Observação: "Mais forte" aqui se refere à resistência à tração (resistência à ruptura). Em relação à dureza (resistência a arranhões), o diamante continua sendo o material natural mais duro (Mohs 10).

1. Grafeno (130 GPa)

O grafeno é o material mais forte conhecido, com resistência à tração incomparável devido à sua estrutura de carbono com espessura de um único átomo.

O grafeno é um filme bidimensional em forma de favo de mel formado por átomos de carbono com hibridização sp2. É uma estrutura de folha de monocamada separada do grafite e é também o material mais fino conhecido. A resistência à tração e o módulo de elasticidade do grafeno são 130 GPa e 1,1 TPa, respectivamente, e sua resistência é 100 vezes maior que a do aço comum. Sacos feitos de grafeno, que podem suportar cerca de 2 toneladas de peso, são de longe o material mais resistente conhecido.

2. Lonsdaleita (121~130 GPa)

A lonsdaleíta, uma forma hexagonal rara de diamante, é teoricamente mais forte do que o diamante convencional.

A lonsdaleíte foi identificada pela primeira vez em uma cratera pelo geólogo americano Lonsdale e definida como um diamante de meteorito hexagonal. Como os diamantes, eles são feitos de átomos de carbono, mas seus átomos de carbono estão dispostos em formas diferentes. Os resultados da simulação mostram que a lonsdaleita é 58% mais resistente à pressão do que o diamante.

3. Diamante (90~100 GPa)

O diamante apresenta excepcional resistência à tração e dureza graças à sua estrutura cristalina tetraédrica compacta.

O diamante é a substância mais dura que ocorre naturalmente na Terra e é uma alótropo do carbono. A dureza do diamante é o nível mais alto da dureza de Mohs - grau 10. Sua microdureza é de 10000 kg/mm2, 1.000 vezes maior que a do quartzo e 150 vezes maior que a do corindo.

4. Nanotubo de carbono (63 GPa)

Os nanotubos de carbono combinam extrema resistência e leveza, o que os torna ideais para nanomateriais estruturais.

Os nanotubos de carbono (CNTs) são materiais quânticos unidimensionais que consistem em arranjos de átomos de carbono hexagonais formados em tubos coaxiais. Eles podem ser classificados como nanotubos de carbono de parede simples (SWCNTs) ou nanotubos de carbono de parede múltipla (MWCNTs), dependendo do número de camadas de grafeno. Os nanotubos de carbono têm excelentes propriedades mecânicas, com uma resistência à tração de 63 GPa. Seu módulo de elasticidade pode chegar a 1 TPa, o que é equivalente ao do diamante e cerca de 5 vezes o do aço.

5. Nanotubos de nitreto de boro (33 GPa)

Assim como o carbono, o nitreto de boro pode formar folhas de um único átomo que podem ser enroladas para formar nanotubos. Os nanotubos de nitreto de boro (BNNTs) são estruturalmente semelhantes aos nanotubos de carbono e oferecem resistência à tração comparável, com valores em torno de 33 GPa. Sua vantagem real vem da excepcional estabilidade térmica e química, bem como da forte ligação interfacial com polímeros - os BNNTs apresentam resistência interfacial cerca de 30% maior com PMMA e cerca de 20% maior com resina epóxi em comparação com os nanotubos de carbono.

Os nanotubos de nitreto de boro têm propriedades ópticas, excelentes propriedades mecânicas e de condutividade térmica, além de resistirem a altas temperaturas e absorverem a radiação de nêutrons, tornando-se aditivos eficazes para o aprimoramento mecânico ou térmico de compósitos de polímeros, cerâmicas e metais. Outras aplicações dos nanotubos de nitreto de boro incluem escudos de proteção, isolantes elétricos e sensores.

6. Fibra de UHMWPE (30,84 GPa)

A fibra de polietileno de peso molecular ultra-alto é usada em armaduras e dispositivos médicos devido à sua alta relação resistência/peso.

O UHMWPE é um tipo de fibra feita de polietileno com um peso molecular relativo de 1 milhão a 5 milhões, que atualmente é uma das fibras mais fortes e leves do mundo. É 15 vezes mais resistente que o fio de aço, mas muito leve, e é no máximo 40% mais leve que materiais como a aramida.

7. Vidro metálico (1,61 GPa)

O vidro metálico apresenta alta resistência e elasticidade devido à sua estrutura atômica desordenada.

O vidro metálico também é chamado de metal amorfo, que geralmente é uma liga, com uma estrutura amorfa e uma estrutura vítrea. Essa estrutura dupla determina que ele tenha muitas propriedades superiores às do metal cristalino e do vidro, como boa condutividade elétrica, alta resistência, alta elasticidade, maior resistência ao desgaste e à corrosão. O vidro metálico é mais forte que o aço e mais duro que o aço duro para ferramentas.

8. Seda de aranha da casca de Darwin (1,6 GPa)

Essa seda de aranha se destaca como um dos materiais biológicos mais resistentes, superando a maioria das fibras sintéticas.

Uma nova espécie de aranha, a aranha da casca de Darwin, foi encontrada em Madagascar para criar a maior e mais sólida teia do mundo. Com 25 metros de largura, a teia da aranha é o material biológico mais forte já estudado e 10 vezes mais forte que o kevlar do mesmo tamanho.

9. Carbeto de silício (0,3 GPa)

O carbeto de silício é uma cerâmica durável conhecida por sua resistência térmica e resistência moderada à tração.

O carbeto de silício é um mineral natural ou é feito de areia de quartzo, coque de petróleo (ou coque de carvão), lascas de madeira e outras matérias-primas por meio de fundição em alta temperatura em um forno resistivo. O carbeto de silício é duro, com uma dureza Mohs de 9,5, perdendo apenas para o diamante mais duro do mundo. Além disso, o carbeto de silício tem excelente condutividade térmica. É um tipo de semicondutor e pode resistir à oxidação em altas temperaturas.

10. Aerogel (0,02 GPa)

O aerogel é um material ultraleve com resistência mínima à tração, mas valioso para o isolamento térmico.

O aerogel é uma forma de material sólido que tem a menor densidade do mundo. Os aerogéis têm uma notável relação resistência-peso devido à sua densidade extremamente baixa e podem suportar forças de compressão milhares de vezes maiores que sua massa, além de permanecerem termicamente estáveis até 1200°C.

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Referências

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