Os 10 materiais mais fortes conhecidos pelo homem

1. Grafeno

Breve introdução

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 novo material mais fino conhecido atualmente. A resistência à tração e o módulo de elasticidade do grafeno são de 125 Gpa e 1,1 tpa, respectivamente, e sua resistência é 100 vezes maior que a do aço comum. As sacolas feitas de grafeno, que podem suportar cerca de 2 toneladas de peso, são de longe o material mais resistente conhecido.

Tendência crescente

Desde que o Prêmio Nobel de Física foi concedido em 2010, o número de pedidos de patentes globais de grafeno aumentou drasticamente. Espera-se que ele seja aplicado em muitos campos no futuro, como eletrônica, armazenamento de energia, catalisadores, sensores, filmes finos transparentes optoeletrônicos, materiais compostos super-resistentes e medicina biológica.

2. Nanotubo de carbono

Breve introdução

Os nanotubos de carbono (CNTS) são um tipo de material quântico unidimensional com o arranjo hexagonal de átomos de carbono formando tubos circulares coaxiais de várias camadas a dezenas de camadas, e podem ser divididos em nanotubos de carbono de parede simples (SWCNT) e nanotubos de carbono de parede múltipla (MWCNTs) de acordo com o número de camadas de folhas de grafeno. Os nanotubos de carbono têm excelentes propriedades mecânicas, com uma resistência à tração de 50 ~ 200GPa, que é 100 vezes maior que a do aço, mas a densidade é apenas 1/6 da do aço. Além disso, seu módulo de elasticidade pode chegar a 1TPa, o que equivale ao do diamante e cerca de 5 vezes ao do aço.

Tendência crescente

Desde a sua descoberta na década de 1990, o setor relacionado aos nanotubos de carbono cresceu e é amplamente utilizado na fabricação de materiais e filmes compostos, condutores transparentes, interfaces térmicas, blindagem corporal, pás de turbinas eólicas, eletrodos para dispositivos funcionais e transportadores de catalisadores.

3. Vidro metálico

Breve introdução

O vidro metálico também é chamado de metal amorfo, que geralmente é uma liga, com uma estrutura amorfa e uma estrutura de vidro. Essa estrutura dupla determina que ele tenha muitas propriedades além do alcance 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.

Tendência crescente

O vidro metálico tem superforça, elasticidade e propriedades magnéticas e pode permanecer sólido sem cristalizar em altas temperaturas, o que é usado principalmente em armas aeroespaciais e militares.

4. Fibra de polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMWPE)

Breve introdução

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

Tendência crescente

O UHMWPE é amplamente utilizado em cabos, redes de amarração e cordas para aplicações de proteção à vida, têxteis de alto desempenho, compostos e materiais laminados. Estima-se que a demanda mundial anual de UHMWPE será de 60.000 toneladas nos próximos cinco anos e de 100.000 toneladas nos próximos 10 anos.

5. Nanotubos de nitreto de boro

Breve introdução

Assim como o carbono, o nitreto de boro pode formar folhas de um único átomo que podem ser enroladas para formar nanotubos. Os próprios nanotubos de nitreto de boro são tão resistentes quanto os nanotubos de carbono, mas a vantagem real vem de sua capacidade de aderir firmemente ao polímero à medida que ele se liga ao polímero. A resistência dos nanotubos de nitreto de boro é maior do que a dos nanotubos de carbono, cerca de 30% maior do que a da interface PMMA e cerca de 20% maior do que a da resina epóxi.

Tendência de crescimento

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 polímero, cerâmica e metal. Outras aplicações dos nanotubos de nitreto de boro incluem escudos de proteção, isolantes elétricos e sensores.

6. Lonsdaleita

Breve introdução

A pedra Lonsdale foi descoberta 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 pedra Lonsdale é 58% mais resistente à pressão do que o diamante.

7. Diamante

Breve introdução

O diamante é a substância mais dura encontrada na Terra em muitas formas naturais, e é um 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.

Tendência de crescimento

O diamante é amplamente utilizado na indústria, principalmente no cortador de diamante, no diamante para matriz de desenho e na broca de diamante.

8. Aerogel

Breve introdução

O aerogel é uma forma de material sólido que tem a menor densidade do mundo. Os aerogéis são muito fortes e duráveis e podem suportar pressão milhares de vezes maior que sua massa, além de não derreterem até atingirem 1.200 graus Celsius.

Tendência crescente

Os aerogéis apresentam muitas propriedades exclusivas nos campos térmico, óptico, elétrico, mecânico e acústico, que podem ser usados como materiais de isolamento térmico, ICF e alvo de laser de raios X, catalisador, adsorvente, vários dispositivos eletrônicos e assim por diante.

9. Carbeto de silício

Breve introdução

O carbeto de silício é um mineral natural ou é produzido a partir 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. Ele é um tipo de semicondutor e pode resistir à oxidação em alta temperatura.

Tendência de crescimento

Como representante típico dos materiais semicondutores de terceira geração, o carbeto de silício é preferido pelas empresas de semicondutores downstream. Os dispositivos eletrônicos de potência feitos de substrato de carbeto de silício e material epitaxial podem funcionar em ambientes de alta tensão e alta frequência, com vantagens de desempenho excepcionais e amplas perspectivas industriais.

10. Aranha da casca de Darwin

Breve introdução

Uma nova espécie de aranha, a aranha de 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 do que o kevlar do mesmo tamanho.

Obrigado por ler nosso artigo. Se quiser saber mais sobre os materiais mais resistentes, gostaríamos de aconselhá-lo a visitar a Stanford Advanced Materials (SAM) para obter mais informações.