10 materiali più resistenti conosciuti dall'uomo

La classifica si basa sulla resistenza alla trazione (GPa), tranne dove indicato. Alcuni materiali (ad esempio, l'aerogel) sono inclusi per le loro proprietà uniche, come la bassissima densità o la resistenza termica.

Nota: il termine "più forte" si riferisce alla resistenza alla trazione (resistenza allo strappo). Per quanto riguarda la durezza (resistenza ai graffi), il diamante rimane il materiale naturale più duro (Mohs 10).

1. Grafene (130 GPa)

Il grafene è il materiale più forte che si conosca, con una resistenza alla trazione senza pari grazie al reticolo di carbonio spesso un solo atomo.

Il grafene è un film bidimensionale a nido d'ape formato da atomi di carbonio con ibridazione sp2. È una struttura a fogli monostrato separata dalla grafite ed è anche il materiale più sottile conosciuto. La resistenza alla trazione e il modulo elastico del grafene sono rispettivamente di 130 GPa e 1,1 TPa, e la sua resistenza è 100 volte superiore a quella dell'acciaio comune. Le borse fatte di grafene, che possono contenere circa 2 tonnellate di peso, sono di gran lunga il materiale più resistente conosciuto.

2. Lonsdaleite (121~130 GPa)

La lonsdaleite, una rara forma esagonale di diamante, è teoricamente più forte del diamante convenzionale.

La lonsdaleite è stata identificata per la prima volta in un cratere dal geologo americano Lonsdale e definita come un diamante meteoritico esagonale. Come i diamanti, sono costituiti da atomi di carbonio, ma i loro atomi di carbonio sono disposti in forme diverse. I risultati della simulazione mostrano che la lonsdaleite è più resistente alla pressione del 58% rispetto al diamante.

3. Diamante (90~100 GPa)

Il diamante presenta un'eccezionale resistenza alla trazione e durezza grazie alla sua struttura cristallina tetraedrica compatta.

Il diamante è la sostanza più dura presente in natura sulla terra ed è un allotropo del carbonio. La durezza del diamante è il più alto livello di durezza Mohs, il grado 10. La sua microdurezza è di 10000kg/. La sua microdurezza è di 10000 kg/mm2, cioè 1000 volte superiore a quella del quarzo e 150 volte superiore a quella del corindone.

4. Nanotubi di carbonio (63 GPa)

I nanotubi di carbonio combinano estrema resistenza e leggerezza, rendendoli ideali per i nanomateriali strutturali.

Inanotubi di carbonio (CNT) sono materiali quantistici unidimensionali costituiti da disposizioni esagonali di atomi di carbonio formate da tubi coassiali. Possono essere classificati come nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT) o nanotubi di carbonio a parete multipla (MWCNT) a seconda del numero di strati di grafene. I nanotubi di carbonio hanno eccellenti proprietà meccaniche, con una resistenza alla trazione di 63 GPa. Il loro modulo elastico può raggiungere 1 TPa, equivalente a quello del diamante e circa 5 volte quello dell'acciaio.

5. Nanotubi di nitruro di boro (33 GPa)

Come il carbonio, il nitruro di boro può formare fogli a singolo atomo che possono essere arricciati per formare nanotubi. I nanotubi di nitruro di boro (BNNT) sono strutturalmente simili ai nanotubi di carbonio e offrono una resistenza alla trazione comparabile, con valori intorno ai 33 GPa. Il loro vero vantaggio deriva dall'eccezionale stabilità termica e chimica, nonché dal forte legame interfacciale con i polimeri: i BNNT mostrano una resistenza interfacciale superiore del 30% circa con il PMMA e del 20% circa con la resina epossidica rispetto ai nanotubi di carbonio.

I nanotubi di nitruro di boro hanno proprietà ottiche, eccellenti proprietà di conducibilità meccanica e termica, resistono alle alte temperature e assorbono le radiazioni neutroniche, diventando così efficaci additivi per il miglioramento meccanico o termico di compositi di polimeri, ceramiche e metalli. Ulteriori applicazioni dei nanotubi di nitruro di boro includono scudi protettivi, isolanti elettrici e sensori.

6. Fibra UHMWPE (30,84 GPa)

La fibra di polietilene ad altissimo peso molecolare è utilizzata nelle armature e nei dispositivi medici grazie al suo elevato rapporto resistenza/peso.

L'UHMWPE è un tipo di fibra fatta di polietilene con un peso molecolare relativo compreso tra 1 e 5 milioni, attualmente una delle fibre più forti e leggere al mondo. È 15 volte più forte del filo d'acciaio ma molto leggera, e al massimo è il 40% più leggera di materiali come l'aramide.

7. Vetro metallico (1,61 GPa)

Il vetro metallico è caratterizzato da elevata resistenza ed elasticità grazie alla sua struttura atomica disordinata.

Il vetro metallico è anche chiamato metallo amorfo, che di solito è una lega, con una struttura amorfa e una struttura vetrosa. Questa doppia struttura determina molte proprietà superiori a quelle del metallo cristallino e del vetro, come una buona conducibilità elettrica, un'elevata resistenza, un'alta elasticità, una maggiore resistenza all'usura e alla corrosione. Il vetro metallico è più forte dell'acciaio e più duro dell'acciaio per utensili.

8. Seta di ragno della corteccia di Darwin (1,6 GPa)

Questa seta di ragno si distingue come uno dei materiali biologici più resistenti, superando la maggior parte delle fibre sintetiche.

In Madagascar è stata trovata una nuova specie di ragno, il ragno della corteccia di Darwin, che crea la tela più grande e solida del mondo. Con una larghezza di 25 metri, la ragnatela è il materiale biologico più resistente mai studiato e 10 volte più forte del kevlar delle stesse dimensioni.

9. Carburo di silicio (0,3 GPa)

Il carburo di silicio è una ceramica durevole nota per la resistenza termica e la moderata resistenza alla trazione.

Il carburo di silicio è un minerale naturale, oppure si ottiene da sabbia di quarzo, coke di petrolio (o coke di carbone), trucioli di legno e altre materie prime mediante fusione ad alta temperatura in un forno resistivo. Il carburo di silicio è duro, con una durezza Mohs di 9,5, seconda solo al diamante più duro del mondo. Inoltre, il carburo di silicio ha un'eccellente conduttività termica. È un tipo di semiconduttore e può resistere all'ossidazione ad alte temperature.

10. Aerogel (0,02 GPa)

L'aerogel è un materiale ultraleggero con una resistenza alla trazione minima, ma prezioso per l'isolamento termico.

L'aerogel è una forma di materiale solido con la densità più bassa al mondo. Gli aerogel hanno un notevole rapporto forza-peso grazie alla loro densità estremamente bassa e possono sopportare forze di compressione migliaia di volte superiori alla loro massa, oltre a rimanere termicamente stabili fino a 1200°C.

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Riferimenti

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