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石墨烯|地球上最硬的材料是什么？六种超越钻石、第一你肯定知道( 二 )


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图为两颗从波皮盖陨石坑中发现的钻石 。左侧为纯钻石，右侧为钻石与少量蓝丝黛尔石的混合物 。如果有不含任何杂质的蓝丝黛尔石，其强度和硬度都将胜过纯钻石 。
想象有一块富含碳元素（因而含有石墨）的陨石穿过大气层疾冲而下、与地表相撞 。
你可能会认为，高速坠落的陨石会变得从里到外炽热无比，但实际上，陨石只有外层会变热，内部温度仍然较低 。
但在与地表相撞的一刹那，陨石内部所受的压力将超过地表上的任何反应过程，导致陨石中的石墨被压缩成另一种晶体结构 。
这种新结构并不是钻石那样的立方体，而是属于六方晶系，硬度可比钻石高出58% 。
虽然蓝丝黛尔石在实际中往往含有大量杂质，导致硬度低于化石；但从理论上来说，如果有一颗不含任何杂质、由纯石墨构成的陨石击中地表，产生的物质硬度将远胜过地球上的所有钻石 。
第4种、大力马
石墨烯|地球上最硬的材料是什么？六种超越钻石、第一你肯定知道
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图为一根大力马绳索的近拍图 。大力马是人类目前已知强度最大的纤维类材料 。
从这里开始，我们就离开了天然物质的范畴 。大力马是一种热塑性聚乙烯高聚物，分子量极高 。
我们所知的大部分分子都只有几千原子质量单位，但超高分子量聚乙烯的分子链极长，一个分子的重量便可达成百上千万原子质量单位 。
有着如此长的分子链，分子间相互作用也会大大增强，形成的材料硬度自然不容小觑 。
事实上，该材料的冲击强度在所有已知热塑性塑料中高居榜首，被称作全世界最强纤维，性能胜过市面上所有锚绳和牵引绳，不仅重量比水还轻，还有防弹效果，强度高达等量钢铁的15倍 。
第3种、钯微合金玻璃
石墨烯|地球上最硬的材料是什么？六种超越钻石、第一你肯定知道
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图为钯金属玻璃形变部位的微距照片，可以看出大范围的塑性形变 。放大图中箭头所指处为发生塑性滑动时产生剪切错位的痕迹 。钯微合金是将高强度和高韧性结合得最好的已知材料 。
所有物理材料都有两项重要性质：强度和韧性；强度指使材料发生形变需要施加的力，韧性指使材料破裂或断裂需要施加的力 。大多数陶瓷材料都是强度很大、韧性不足，夹得太紧或不慎跌落都很容易破碎；橡胶等弹性材料则刚好相反，虽然不易破裂，却十分容易变形，硬度极低 。
大多数玻璃材料都很脆弱，强度大、韧性低 。即使是派热克斯或康宁玻璃等强化玻璃，作为材料本身的韧性也不够高 。
但在2011年，研究人员发明了一种新型微合金玻璃，包含磷、硅、锗、银、钯五种元素，其中钯元素可以形成剪切带，让玻璃受力时可以发生塑性形变、而不会直接破裂 。
这种材料集极高的强度与韧性于一身，不仅轻松打败了各类钢铁，这份榜单上名列其后的其它材料也都无法与之媲美 。
简而言之，这是世界上最坚硬的不含碳材料 。
第2种、巴基纸
石墨烯|地球上最硬的材料是什么？六种超越钻石、第一你肯定知道
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由碳纳米管制成的巴基纸可以阻挡直径50纳米以上的粒子通过 。它具有独特的物理、化学、电学和机械性质 。虽然可以折叠或剪断，但该材料强度极高 。
【石墨烯|地球上最硬的材料是什么？六种超越钻石、第一你肯定知道】如果完全不含杂质，其强度可达同等体积钢铁的500倍 。图为扫描电子显微镜下的巴基纸 。
自20世纪末以来，有一种名叫碳纳米管的材料一直享有“硬度胜过钻石”的美名 。该物质属于六方晶系晶体，结构整体呈椭圆形，稳定性胜过人类所知的任何结构 。
如果将大量碳纳米管组合成一个平面，就会得到一张薄薄的“纸”，名叫巴基纸 。
除了巴基纸之外，还有一种同样坚硬的结构叫巴基球，由60个碳原子结合在一起组成 。巴基球也算是一种天然材料，可以在特定宇宙环境中形成 。
虽然巴基球已在纳米领域得到了应用，但还未实现量化生产，暂时无法在宏观尺度上大展身手，因此未被列入这份“最坚硬材料榜” 。
相比之下，构成巴基纸的每根纳米管直径只有2至4纳米，但这种结构极为强韧，可以结合成面积较大的薄片状材料 。其重量只有钢铁的10%，但强度要高出成百上千倍 。


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