آیا می‌دانید قوی ترین و سخت ترین ماده جهان چیست؟ احتمالا اولین حدس‌تان “الماس” باشد. البته، در این صورت، تا حدودی حق با شما است. الماس عموما به عنوان سخت‌ترین ماده‌ی طبیعی بر روی زمین به حساب می‌آید. ولی، درست مانند خیلی چیزهای دیگر، این پاسخ نیز فوق‌العاده بیش از حد ساده‌انگارانه است. نخست این‌که، سختی (و قدرت) یک ویژگی واحد نیست. مواد می‌توانند از یک نظر بسیار قوی باشند، ولی از یک نظر دیگر قوی به حساب نیایند. برخی مواد بهتر از سایر مواد در برابر خراشیدگی مقاومت می‌کنند، در حالی‌که سایر مواد می‌توانند بهتر از آن‌ها نیرو را جذب کنند. ولی امروزه، مواد مصنوعی جدیدی به وجود آمده‌اند که بسیاری از این ویژگی‌ها را در خود ترکیب کرده‌اند.
بنابراین، این مقاله را تا انتها مطالعه کنید تا از ۲۵ قوی ترین و سخت ترین ماده جهان که انسان تاکنون شناخته است آگاه شوید.
۲۵. الماس
الماس یک ماده‌ی باستانی است. البته، فراموش نکنید، در این مورد سختی به مفهوم “مقاومت در برابر خراشیدگی” است. الماس در سنجش سختی موس (سنجش کیفی برای اندازه‌گیری مقاومت مواد معدنی گوناگون) دارای درجه‌ی سختی ۱۰ است (این سنجش مواد را از ۱ تا ۱۰ رتبه‌بندی کرده است، به طوری که رتبه‌ی ۱۰ از همه‌ی مواد سخت‌تر است). الماس آن چنان سخت است که برای بریدن آن فقط می‌توان از یک الماس دیگر استفاده کرد.
۲۴. تار عنکبوت درختی داروین
تار عنکبوت درختی داروین که غالبا آن را محکم‌ترین ماده‌ی بیولوژیک (زیستی) دنیا می‌شناسند (اگر چه اکنون این ادعا از جانب ماده‌ی بیولوژیک دیگری به چالش کشیده شده است)، از فولاد قوی‌تر و از کولار (Kevlar) محکم‌تر است. به همان اندازه، این ماده به طور قابل توجهی سبک است. یک رشته از این تار به طول قطر کره‌ی زمین فقط نیم کیلوگرم وزن دارد.
۲۳. آئروگرافیت
این فوم مصنوعی دارای یکی از سبک‌ترین ساختارهای مواد در جهان است. آئروگرافیت حدود ۷۵ برابر سبک‌تر (ولی بسیار قوی‌تر) از استایروفوم است. این ماده می‌تواند بدون آن‌که آسیبی به ساختارش وارد شود، به اندازه‌ی ۳۰ برابر سایز اصلی‌اش فشرده شود. یک مورد دیگر: آئروگرافیت می‌تواند تا ۴۰،۰۰۰ برابر وزن خود را تحمل کند.
۲۲. شیشه‌ی میکرو آلیاژی پالادیوم
این ماده که توسط دانشمندان کالیفرنیا ایجاد شد، تقریبا دارای ترکیب کاملی از استحکام و قدرت است. دلیل این مسئله این است که ساختار شیمیایی فلز شیشه‌ای ویژگی شکنندگی شیشه را خنثی می‌کند، ولی هم‌چنان قدرت آن را حفظ می‌کند.
۲۱. کاربید تنگستن
کاربید تنگستن به طور باورنکردنی سخت است و دارای مقاومت ارتجاعی خوبی نیز هست، ولی در صورت خم شدن یا ضربه دیدن کاملا شکننده است.
۲۰. کاربید سیلیسیوم
کاربید سیلیسیوم ماده‌ی اصلی مورد استفاده در تانک‌های جنگی است. در واقع، تقریبا برای ساخت هر چیزی که به مقاومت در برابر گلوله، خرد شدن، یا شکستن نیاز داشته باشد، از این ماده استفاده می‌شود.
۱۹. نیترید بور مکعبی
نیترید بور مکعبی که تقریبا به قدرت الماس است، دارای یک خاصیت برجسته است … این ماده در دماهای بالا در نیکل و آهن نامحلول است. به همین دلیل، از این ماده می‌توان برای ماشینکاری این عناصر استفاده کرد (الماس در دماهای بالا با آهن و نیکل تشکیل نیترید می‌دهد).
۱۸. داینیما
برخی ادعا می‌کنند این ماده قوی‌ترین فیبر (الیاف) دنیا است. شاید شگفت‌انگیزترین مسئله درباره‌ی داینیما، این باشد که علی‌رغم این‌که از آب هم سبک‌تر است … می‌توان گلوله را متوقف کند!
۱۷. آلیاژهای تیتانیوم
آلیاژهای تیتانیوم به شدت انعطاف پذیر هستند و واقعا مقاومت کششی بالایی دارند، ولی کاملا به سختی آلیاژهای فولاد نیستند.
۱۶. لیکوئید متال (فلز مایع)
این ماده که در مؤسسه فناوری کالیفرنیا (کل‌تک) ایجاد شد، از همه لحاظ بسیار قدرتمند است. لیکوئید متال اساسا یک ماده‌ی همه کاره است. این ماده دارای سطوح بالایی از سختی، مقاومت کششی، و مقاومت در برابر خستگی است.
۱۵. نانوسلولز
این ماده‌ی جدید شگفت‌انگیز که از پالپ چوب ساخته می‌شود، از فولاد هم قوی‌تر است! هم‌چنین، این ماده از فولاد ارزان‌تر است. در واقع، نانوسلولز به عنوان جایگزین ارزان قیمت شیشه و فیبر (الیاف) کربن به شمار می‌رود.
۱۴. دندان جانداری به نام خاره چسب
در بخش‌های بالا، درباره‌ی تار عنکبوت درختی داروین گفته شد که این ماده یکی از قوی‌ترین مواد بیولوژیک بر روی زمین است. با وجود این، ثابت شده است دندان جانداری به نام خاره چسب حتی از تارهای آن عنکبوت هم قوی‌تر است. دندان‌های خاره چسب (حلزون آبی) به شدت محکم هستند. البته این دندان‌ها باید این چنین محکم باشند، زیرا این جاندار از این دندان‌های‌اش برای خارج کردن جلبک‌ها از سطح سنگ استفاده می‌کند. دانشمندان معتقدند در آینده می‌توانیم ساختار فیبری دندان خاره چسب را به طور مصنوعی بسازیم و از آن، در ساخت خودروها، قایق‌ها، و حتی هواپیماها استفاده کنیم.
۱۳. فولاد مارایجینگ
این ماده قدرت عالی و استحکام را با یکدیگر ترکیب کرده، ولی خاصیت چکش خوری‌اش را از دست نداده است. فولاد مارایجینگ کاربردهای زیادی در هوا و فضا و فناوری‌های ابزارسازی دارد.
۱۲. اسمیم
اسمیم عنصری به شدت متراکم است که در ساخت چیزهایی به کار می‌رود که نیازمند سطح بالایی از دوام و سختی هستند (مانند کنتاکت‌های برقی، نوک خودنویس و غیره)
۱۱. کولار (Kevlar)
کولار که در ساخت چیزهای مختلف، از روی طبل گرفته تا جلیقه‌های ضد گلوله، کاربرد دارد، به معنی حقیقی کلمه، “سخت” است. کولار نوعی پلاستیک است که مقاومت کششی فوق‌العاده بالایی دارد. در واقع، مقاومت کششی این ماده تقریبا ۸ برابر سیم فولادی است. این ماده هم‌چنین می‌تواند دمای حدود ۴۵۰ درجه‌ی سانتی‌گراد را تحمل کند.
سخت ترین ماده جهان ۱۰: اسپکترا (Spectra)
پلی اتیلن با کارایی بالا اساسا پلاستیک بسیار قدرتمندی است. این رشته سبک وزن و بسیار قوی می‌تواند به شکلی باور نکردنی، میزان قابل توجهی از کشش را تحمل کند؛ این ماده ۱۰ برابر قوی‌تر از فولاد است. اسپکترا، درست مانند کولار، برای ساخت جلیقه، کلاه خود، و وسایل نقلیه‌ی زرهی ضد گلوله استفاده می‌شود.
سخت ترین ماده جهان ۹: گرافین
این ماده، به عنوان یکی از آلوتروپ‌های (دگرشکل‌های) کربن، علی‌رغم آن‌که ورقهای است به ضخامت یک اتم، ۲۰۰ برابر قوی‌تر از فولاد است. با این‌که گرافین شبیه سلفون‌های بسته‌بندی مواد غذایی است، ولی هرگز نمی‌توانید آن را پاره کنید. برای آن‌که بتوانید حتی یک سوراخ در سطح ورقه‌ی گرافین ایجاد کنید، باید وزنه‌ای به سنگینی یک اتوبوس مدرسه را روی مته‌ای به تیزی نوک مداد وارد کنید تا بتواند سطح گرافین را سوراخ کند.
۸. نانو ورقهای باکی پیپر (Buckypaper)
این ورق که با استفاده از فناوری نانو و از نانولوله‌ی کربنی ساخته شده است، ۵۰،۰۰۰ بار نازک‌تر از موی انسان است. به همین خاطر نیز ۱۰ برابر سبک‌تر از فولاد، و در عین حال، ۵۰۰ برابر قوی‌تر از آن است.
۷. ریزتورینه فلزی
سبک‌ترین فلز جهان، ریز تورینه‌ی فلزی، دارای یکی از سبک‌ترین ساختارهای مواد در جهان است. برخی ادعا می‌کنند، این ریز تورینه ۱۰۰ برابر سبک‌تر از استایروفوم است. این ماده‌ی مصنوعی و متخلخل، و در عین حال بسیار قدرتمند، در بسیاری از حوزه‌های مهندسی کاربرد دارد. به گفته‌ی شرکت بوئینگ، آن‌ها از این ماده در ساخت هواپیماهای‌شان، به خصوص در قسمت‌های کف، چارچوب‌های صندلی، و دیوارهای هواپیما استفاده می‌کنند.
سخت ترین ماده جهان ۶: نانو لوله‌های کربنی
نانو تیوب‌ها یا نانو لوله‌های کربنی یا به عبارت ساده‌تر “ الیاف تو خالی استوانه‌ای بدون درز”، از ورقهای واحدِ گرافیتِ خالص ساخته شده‌اند. این ماده بسیار سبک است. نانو لوله‌های کربنی، در مقیاس نانو، ۲۰۰ برابر قوی‌تر از فولاد هستند.
۵. گرافینِ هوا ژل (آئروگرافین)
آئروگرافین یا گرافین هوا ژل استحکام قابل تصور برای گرافین و میزان سبکی غیر قابل تصوری را با هم ترکیب کرده است. نمی‌توانید تصور کنید این ماده به چه میزان سبک است. برای آن‌که میزان سبکی غیر قابل تصور آن را به تصویر بکشیم، می‌توانیم بگوییم این ماده ۷ برابر سبک‌تر از هوا است! این ماده‌ی باورنکردنی، بعد از آن‌که بیش از ۹۰ درصد فشرده شود، می‌تواند به طور کامل بازیابی شود، و هم‌چنین این ماده می‌تواند بیش از ۹۰۰ برابر وزن خود، روغن جذب کند. امید می‌رود با استفاده از این ماده بتوان لکه‌های نفتی بر سطح دریا را جمع‌آوری کرد.
۴. ماده‌ای تحت توسعه در دانشگاه ام‌آی‌تی هنوز نامی برای‌اش انتخاب نشده است
تا هنگام نگارش این مقاله، دانشمندان مؤسسه فناوری ماساچوست (ام‌آی‌تی) ادعا می‌کنند به رازی پی برده‌اند که می‌توانند از طریق آن، قدرت گرافینِ دو بعدی را در گرافینِ سه بعدی به حداکثر برسانند. این ماده‌ی بی‌نام (البته تا به اکنون) ممکن است تقریبا ۵ درصد چگالی فولاد را داشته باشد، و در عین حال، ۱۰ برابر آن نیز قدرتمند باشد.
سخت ترین ماده جهان ۳: کربین
کربین، علی‌رغم آن‌که فقط یک زنجیره‌ی واحد از اتم‌ها است، دارای مقاومت کششی به میزان ۲ برابر گرافین و سختی به میزان ۳ برابر الماس است.
۲. نیترید بور ورتزیت
این ماده‌ی طبیعی که تحت فشار انفجارات آتشفشانی تولید می‌شود، ۱۸ درصد سخت‌تر از الماس است. این ماده یکی از دو ماده‌ی طبیعی است که دانشمندان به تازگی دریافته‌اند بسیار سخت‌تر از الماس هستند. فقط مشکل این‌جا است که از این ماده به مقدار زیاد در طبیعت وجود ندارد، و از این رو، انجام آزمایش‌های کافی دشوار است.
سخت ترین ماده جهان ۱: لونسدالیت (lonsdalite)
این ماده که به الماس شش ضلعی نیز مشهور است، مانند الماس از اتم‌های کربن ساخته می‌شود، ولی تنها با این تفاوت که ترتیب ساختاری آن با الماس فرق می‌کند. لونسدالیت به همراه نیترید بور ورتزیت دو ماده‌ی طبیعی هستند که از الماس سخت‌ترند. در واقع، این ماده ۵۸ درصد سخت‌تر از الماس است! این ماده نیز، درست مانند نیترید بور ورتزیت، نسبتا در طبیعت کم یاب است. این ماده زمانی تولید می‌شود که شهاب سنگ‌های حاوی گرافیت به زمین برخورد کنند.