Top 10 vật liệu cứng nhất hành tinh

• Chế tạo vật liệu siêu bền trong kỹ thuật cao.
• Trang bị cho áo giáp chống đạn, lớp bảo vệ phương tiện như ô tô, máy bay,…

Lonsdaleite là biến thể đặc biệt của kim cương với cấu trúc tinh thể hình lục giác độc đáo, được hình thành từ các thiên thạch giàu graphite va chạm với Trái đất. Nhiệt độ và áp suất cực lớn từ vụ va chạm đã chuyển đổi graphite thành dạng kim cương, nhưng vẫn giữ được mô hình mạng lục giác ban đầu.

Phát hiện lần đầu tiên vào năm 1967 từ thiên thạch Canyon Diablo, Lonsdaleite có màu nâu vàng, chỉ số khúc xạ từ 2,40 đến 2,41 và trọng lượng riêng khoảng 3,2 - 3,3. Theo mô phỏng, nó có độ cứng vượt trội hơn kim cương đến 58%.

Ứng dụng:

• Dùng trong cắt gọt đá quý và kim loại cứng.
• Chế tạo thiết bị trong y học và mỹ phẩm cao cấp.

Wurtzite boron nitride – một dạng đặc biệt của hợp chất giữa boron và nitơ (BN) – được biết đến với khả năng chịu nhiệt và cách nhiệt vượt trội. Với cấu trúc lục giác độc đáo, vật liệu này có thể chống lực mạnh hơn kim cương tới 18%. Sự sắp xếp nguyên tử theo hình khối tương tự kim cương nhưng ở những góc kết nối khác biệt giúp tăng độ bền vượt bậc. Trong điều kiện áp suất cao hơn mức mà kim cương chịu được, wurtzite boron nitride cho thấy sức mạnh gần như tăng 80%. Tuy nhiên, việc tổng hợp vật liệu này là thách thức lớn vì trong tự nhiên, nó chỉ hình thành dưới sức ép khủng khiếp của núi lửa đang hoạt động – điều mà con người hiện chưa tái tạo được.

Kim cương – khoáng vật tự nhiên cứng nhất hành tinh, nổi bật bởi khả năng chống trầy xước tuyệt vời và độ khúc xạ ánh sáng tinh xảo. Là một trong hai dạng thù hình phổ biến của cacbon, kim cương không chỉ tỏa sáng trong ngành kim hoàn mà còn giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp. Với cấu trúc gần như hoàn hảo, chỉ có chính kim cương hoặc những dạng cacbon đặc biệt như ADNR mới có thể cắt được nó.

Mỗi năm, thế giới khai thác khoảng 150 triệu cara (tương đương 30.000 kg) kim cương tự nhiên, trị giá khoảng 10 tỷ đô la Mỹ. Đồng thời, khoảng 100.000 kg kim cương nhân tạo cũng được sản xuất để phục vụ đa dạng nhu cầu.

Ứng dụng:

• Chế tác trang sức cao cấp.
• Vật liệu dẫn nhiệt hiệu quả.
• Ứng dụng trong quang học và điện tử hiện đại.

Silicon cacbua, hay còn gọi là Carborundum, là hợp chất của carbon và silic mang công thức hóa học SiC. Trong tự nhiên, nó tồn tại dưới dạng khoáng vật cực hiếm có tên moissanit. Từ năm 1893, dạng bột của SiC đã được sản xuất đại trà để làm chất mài mòn. Nhờ khả năng thiêu kết, các hạt SiC có thể kết dính tạo thành vật liệu gốm có độ cứng vượt trội.
Ứng dụng:

• Hệ thống phanh và bộ ly hợp của xe hơi.
• Tấm gốm trong áo chống đạn và thiết bị bảo hộ cao cấp.

Loài nhện Darwin’s Bark (Caerostris darwini), sinh sống tại Madagascar, đã tạo ra một trong những dạng tơ sinh học ấn tượng nhất từng được biết đến. Tơ của chúng vượt trội về độ dẻo dai và độ bền, thậm chí mạnh hơn gấp 10 lần so với Kevlar – vật liệu dùng để sản xuất áo giáp chống đạn. Phân tích cho thấy, đây chính là vật liệu sinh học có khả năng chịu lực và độ đàn hồi cao nhất từng được con người ghi nhận.

Graphen, hay graphene, là một tấm vật liệu siêu mỏng chỉ dày bằng một lớp nguyên tử cacbon, liên kết theo cấu trúc tổ ong với các liên kết sp2 vững chắc. Từ “graphen” là sự kết hợp giữa “graphit” (than chì) và hậu tố “-en”, bởi than chì chính là tập hợp nhiều lớp graphen chồng lên nhau. Khoảng cách giữa các nguyên tử cacbon trong cấu trúc này là 0,142 nanomet, mang lại đặc tính cơ học và điện học vượt trội.

Graphen là thành phần cơ bản của nhiều cấu trúc nổi bật như than chì, ống nano cacbon và fulleren. Năm 2010, Andrei Geim và Konstantin Novoselov đã giành Giải Nobel Vật lý nhờ khám phá ra vật liệu tuyệt vời này.

Ứng dụng:

• Chế tạo pin tiên tiến.
• Tối ưu hóa vi mạch máy tính.
• Linh kiện cho điện thoại thông minh.
• Phát triển tế bào năng lượng.
• Ứng dụng trong công nghệ mô sống và y sinh học.

Giấy Bucky là một kỳ tích công nghệ nano, được hình thành từ các ống nano cacbon siêu mảnh – mỏng hơn sợi tóc người tới 50.000 lần. Tuy nhẹ hơn thép gấp 10 lần, nó lại sở hữu độ cứng vượt trội đến 500 lần.

Bề ngoài giống như loại giấy carbon cổ điển, nhưng giấy Bucky lại nổi bật với khả năng dẫn nhiệt cao và phản xạ ánh sáng thấp, biến nó thành vật liệu lý tưởng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật hiện đại.

Ứng dụng:

• Chế tạo thiết bị điện tử và phương tiện vận tải.
• Ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ.
• Sản xuất điện cực cho pin nhiên liệu, siêu tụ điện và ắc quy.

Thủy tinh kim loại là vật liệu độc đáo, kết hợp giữa tính vô định hình của thủy tinh và tính chất cơ học mạnh mẽ của kim loại. Không như kim loại tinh thể với các ranh giới yếu giữa các thớ nguyên tử, vật liệu này có cấu trúc đồng nhất không thớ, giúp tăng độ bền và khả năng đàn hồi vượt trội.

Với cấu trúc giống chất lỏng, thủy tinh kim loại dễ dàng đúc khuôn như nhựa nhưng lại chịu lực cao hơn hầu hết hợp kim thông thường. Sự linh hoạt và độ bền ấn tượng khiến nó trở thành vật liệu được các ngành công nghiệp hiện đại đặc biệt quan tâm.

Ứng dụng:

• Chế tạo tàu và thiết bị không gian.
• Ứng dụng trong ngành điện như máy biến thế giảm nhiệt.