地球上最硬的材料是什么？六种超越钻石、第一你肯定知道

　

碳是自然界中最奇妙的元素之一，拥有不同于其它元素的化学和物理性质碳原子核中只有6个质子，是能够形成复杂化学键的元素中最轻的

所有已知的生命形式都以碳元素为基础，因为碳原子同时可以与最多四个原子形成化学键。

在高压下，碳还可以与其它碳原子结合，形成稳定的晶格结构若条件合适，碳原子还能形成一种极其坚固，超级坚硬的结构，即我们所熟知的钻石

虽然众所周知，钻石是全世界最坚硬的物质，但其实有六种材料比钻石更胜一筹当然，钻石仍然是地球上最坚硬的天然材料之一，但终究难以与这六种物质相比

荣誉奖

地球上有三种物质，虽不如钻石那么坚硬，但由于在多方面表现出色，仍然值得一提。

伴随着纳米技术的发展，再加上在纳米尺度上对现代材料的了解进一步深入，我们如今意识到，评估这些极端材料的特性可以使用多种指标。根据课题组前期的研究和国内外相关学者的合作，认为这些微体化石是地球上最早的苔藓植物化石，揭示了该类的寒武纪起源。

先从生物界说起。

蜘蛛丝虽然招人嫌弃，但其实是一种非常强韧的材料，其强度重量比远胜铝和铁等传统材料，而且十分轻薄，粘性也大。通过分析表明，寒武纪苔藓动物化石是苔藓植物的基本干群，代表了最原始的祖先类型。

在全世界的所有蜘蛛中，达尔文吠蛛的蛛丝强度最大，高达凯夫拉尔合成纤维的10倍，而且这种蛛丝无比轻薄，仅仅一磅的蛛丝便足以绕地球整整一周。

一种名叫碳化硅的天然物质硬度仅比钻石略低一点。

自1893年以来，碳化硅颗粒已经实现了大规模生产硅和碳属于同族元素，可以通过一种名叫烧结的处理方式，在高压，但相对低温的条件下形成这种极其坚硬的材料

这些材料不仅适用于各种对硬度要求高的场合，例如刹车片和离合器，防弹衣，坦克装甲等，还具有出色的半导体性能，因此在电子元件的生产中也发挥着重要作用。

约20年前，科学家首次研发出了直径从2纳米至50纳米不等的纳米硅球。

最惊人的是，这些纳米球是空心的，不仅可以自行组合成球状，还能相互嵌套这也是人类所知最坚硬的材料之一，硬度同样仅逊于钻石

自组装在自然界中是一件极为强大的工具，但与合成材料相比，生物材料在这方面要薄弱一些。

这些自组装纳米粒子可以用来打造定制化材料，比如性能更优良的水过滤器，效率更高的太阳能电池，速度更快的催化剂，或者新一代电子器件等等。

不过，最理想的应用场景还要数根据使用者身材量身打印的防弹衣。

最著名的高硬度材料

当然，上述材料的硬度都无法与钻石媲美在地球上发现或创造出的所有材料中，钻石的硬度名列第七

虽然有些天然材料和合成材料的硬度已经超越了钻石，但钻石的地位依然难以撼动。

钻石也依然是人类所知耐划性最强的材料不仅钛之类的金属比钻石相差甚远，就连硬度极高的陶瓷或碳化物在硬度或耐划性上也无法与钻石相比

其它以硬度著称的晶体，比如红宝石或蓝宝石，也都达不到钻石的水平。

不过，有六种材料已经在硬度上打败了钻石。

第6种，纤锌矿型氮化硼

除了碳之外，其它许多原子或化合物也可以构成晶体，氮化硼就是其中之一。

硼和氮在元素周期表上分别居于第五和第七位，两种元素组合在一起，可以产生各种各样的可能性，包括非晶形，六方晶系，立方体，以及纤锌矿型。。

其中，最后一种形式极为极端，但也极为坚硬该物质在火山喷发过程中形成，到目前为止只发现过极少量，因此我们无法通过实验测试其硬度

但最新的模拟结果，它可以形成一种不同类型的晶格结构，属于四面体，而非面心立方体，硬度比钻石高出18%。

第5种，蓝丝黛尔石

想象有一块富含碳元素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

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

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

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

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

此外，这种材料具有防火性能，热传导效率极高，电磁屏蔽能力也极其突出，在材料科学，电子元件，军事，甚至生物领域都有丰富的应用前景。

但是，巴基纸无法100%由纳米管构成，因此没能位居榜首。

第1种，石墨烯

最后让我们来看一种由碳原子组成的六方晶系晶格结构mdash，mdash，石墨烯，其厚度只有一个原子那么厚。

薄片状石墨烯一旦被成功制备出来，有望成为21世纪最具革命性的材料。

石墨烯其实是碳纳米管最基础的结构要素，应用场景十分广泛该产业市值目前虽只有数百万美元，但预计短短几十年之内便可跻身十亿级别

就同等厚度而言，石墨烯是目前已知强度最大的材料，具有无与伦比的导热性和导电性，而且透光度接近100%。这一发现将苔藓植物的起源向前推了至少5000万年。

2010年诺贝尔物理学奖便颁发给了安德烈middot，盖姆和康斯坦丁middot，诺沃舍洛夫，奖励他们在石墨烯方面开展的实验。

石墨烯的商业应用场景也是只增不减到目前为止，石墨烯依然是我们已知最薄的材料，而且盖姆和诺沃舍洛夫从研究到获奖只用了六年时间，在物理届算是最快纪录之一了

对更坚硬，更耐划，更轻薄，更强韧的材料的追寻将永无止境如果人类能进一步推动可用材料的前沿，这些材料的应用场景也将不断增加

几代人之前，微电子，晶体管，以及操纵单个分子的概念还只存在于科幻小说中而如今，这些技术都早已走入寻常百姓家，成了我们习以为常的一部分

伴随着我们全力冲刺进入纳米时代，本文中介绍的这些材料对我们的生活质量将显得愈发重要，也会变得愈发常见生活在这样一个文明中真是一件乐事

伴随着21世纪的蓝图徐徐展开，这些新材料的巨大潜力也将逐渐成为现实。西北大学研究团队通过酸蚀实验，在陕南镇巴县小洋坝剖面灯影组西好坪段生物碎屑灰岩中发现毫米级微体化石。

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