Todos los dispositivos que usamos todos los días están hechos de materiales que tienen propiedades sorprendentes que los hacen funcionar. Sin embargo, no todos los dispositivos requieren el material más resistente. Siempre existirá la necesidad de encontrar la sustancia más fuerte de la tierra.
Si piensas en el material más resistente del mundo, es probable que los diamantes sean lo primero que te venga a la mente.
Pero, ¿es el diamante el material más resistente?
En cierto sentido, tienes razón. Con frecuencia se la conoce como la sustancia natural más resistente del mundo. Sin embargo, esta respuesta está muy simplificada, como ocurre con la mayoría de las cosas.
En primer lugar, la dureza (y la resistencia) no son lo mismo. En ciertos aspectos, los materiales pueden ser extremadamente poderosos, pero no en otros. Algunas personas pueden absorber mejor la fuerza, mientras que otras pueden soportar mejor los arañazos. También se están desarrollando nuevos materiales sintéticos que combinan muchas de estas cualidades.
Sin embargo, antes de comenzar me gustaría explicarte el parámetro en base al cual se organizan estos materiales en esta lista. Se introduce una métrica llamada Valor de Potencia (PV) que es equivalente al promedio de la resistencia a la tracción y la densidad del material. Según el valor de la potencia, estos materiales se enumeran en orden creciente (del más débil al más fuerte).
¡Así que empecemos!
Estos son los 15 materiales más fuertes conocidos por el hombre:
Contenido
Aerógrafo
Imagina la fuerza del grafeno mezclado con una ligereza insondable. Esta sustancia también se conoce como aerogel de grafeno. Simplemente no te lo puedes imaginar. Hagámoslo aún más increíble, ¿de acuerdo? ¡Siete veces más ligero que el aire! Esta extraordinaria sustancia puede absorber hasta 900 veces su propio peso en aceite y recuperarse completamente después de más del 90% de compresión.
Existe la esperanza de que esta sustancia sea eficaz en la limpieza de los derrames de petróleo. No se derrite hasta que alcanza una temperatura de 1200 °C, lo que los convierte en materiales muy fuertes y resistentes que pueden soportar una presión cientos de veces su masa.
Aplicaciones
- Desde su creación, se han sugerido una variedad de usos para el aerografito. Estos incluyen aplicaciones como adhesivos conductores de electricidad, electrónica para aviación, satélites y carreras, así como baterías livianas para transporte ecológico de vanguardia.
- Además, la sustancia se puede utilizar para recubrir objetos no conductores de electricidad, como plásticos, para mejorar su conductividad.
- Sirve como absorbente de contaminación portátil en el control de contaminantes.
En 2013, un equipo de investigadores dirigido por Gao Chao, de la Universidad de Zhejiang, hizo el descubrimiento del aerografeno. Anteriormente, este equipo estaba desarrollando materiales basados en grafeno, pero estos eran exclusivamente compuestos 1-D o 2-D. Crearon el material tridimensional conocido como aerografeno creando primero soluciones de nanotubos de carbono liofilizados con óxido de grafeno y luego eliminando el oxígeno. El aerografeno fue una tecnología fantástica que está ganando popularidad rápidamente a pesar de ser relativamente reciente.
Aunque el grafeno se crea prácticamente en cualquier lugar del mundo, China, Brasil y Canadá se encuentran entre los principales productores del material. Naturalmente, estas naciones tienen una ventaja en la producción de aerografeno.
Propiedades | Valor |
Resistencia a la tracción | 0.00016 GPa |
Módulo elástico | 0.05 GPa |
Densidad | 0,00016 g/cm3 |
Valor de potencia | 0.00016 |
Corteza de Darwin, seda de araña
Una araña que fue encontrada en las profundidades de las selvas tropicales de Madagascar construye las telarañas más grandes del mundo utilizando seda que es más resistente que cualquier otro material biológico conocido. La Caerostris Darwini de una pulgada de ancho, a menudo conocida como araña de corteza de Darwin, puede cubrir áreas de 30 pies cuadrados con telarañas que cuelgan en el aire de hilos de anclaje de 80 pies de largo.
La tela de araña, que mide 25 m de ancho, es 10 veces más fuerte que el kevlar del mismo tamaño y la sustancia orgánica más fuerte investigada hasta ahora.
¿Cuáles son algunas de las posibles aplicaciones de la seda de araña de corteza de Darwin?
Aplicaciones de la seda de araña
- Prendas de protección contra disparos.
- Ropa ligera y resistente al desgaste.
- Las cuerdas, las redes, los cinturones de seguridad abrochados y los paracaídas son equipos de seguridad esenciales.
- paneles en vehículos de motor o embarcaciones que son resistentes a la oxidación.
- Soporta vasos sanguíneos que son frágiles, como tendones o ligamentos artificiales.
En su artículo de 2010, Matja Kuntner e Ingi Agnarsson fueron las primeras personas en caracterizar formalmente a Caerostris Darwini. La descripción de la especie se completó el 24 de noviembre de 2009, exactamente 150 años después de la publicación de El origen de las especies de Charles Darwin. El nombre de la especie es un homenaje al naturalista Charles Darwin.
Propiedades | Valor |
Resistencia a la tracción | 1.6 GPa |
Densidad | 1,3 g/cm3 |
Módulo elástico | 10 GPa |
Extensibilidad | 52% |
Dureza | 354 MJ m3 |
Valor de potencia | 1.45 |
Dientes de lapa
La sustancia más fuerte de la lapa, un caracol marino, son sus dientes, que tienen una base biológica. Está compuesto por una mezcla de proteínas y minerales denominada goethita, un mineral a base de hierro. Esta sustancia tiene una resistencia a la tracción de 4,5 GPa y es casi cinco veces más fuerte que la seda de araña. Estos dientes les permiten perforar rocas y recuperar comida de ellas.
Aplicación
- Las lapas raspan la comida de las rocas y se la llevan a la boca usando una lengua cubierta de dientes diminutos, tragando con frecuencia pequeños trozos de roca en el proceso.
- Durante la marea alta, las lapas usan sus dientes para agarrarse a las rocas y raspar las algas para alimentarse.
- Los automóviles, barcos e incluso aviones del futuro pueden incorporar la estructura de fibra de los dientes de lapas, según los científicos.
Los ingenieros descubrieron la sustancia biológica más fuerte jamás probada en los dientes de lapas en 2015. El composite, que los investigadores probaron en muestras de laboratorio de tamaños muy pequeños, se utiliza para fabricar los dientes. Descubrieron que era más fuerte que todos los materiales artificiales, excepto los más resistentes, incluida la seda de araña.
Estas fibras, que están hechas del mineral a base de hierro goethita, se tejen en una base de proteínas de manera similar a cómo se usan las fibras de carbono para reforzar el plástico. El diente lapa es casi tan bueno como los mejores materiales de fibra de carbono de alto rendimiento y es más duradero que las fibras de Kevlar en términos de materiales artificiales.
Propiedades | Valor |
Resistencia a la tracción | 4.5 GPa |
Módulo elástico | 140 GPa |
Densidad | 0,0009 g /cm3 |
Dureza Vickers | 646 kg⋅m−1⋅s−2 |
Longitud crítica de la fibra | 420 – 800 nm |
Valor de potencia | 2.25 |
Carburo de silicio (moissanita)
Un compuesto químico duro hecho de silicio y carbono se llama carburo de silicio, comúnmente conocido como carborundo. Desde 1893, se ha producido en masa como polvo y cristal para su uso como abrasivo. Es un semiconductor que se presenta naturalmente como el mineral muysanita, increíblemente poco común. Se crea fundiendo materias primas a alta temperatura en un horno resistivo, incluida arena de cuarzo, coque de petróleo, astillas de madera y otras cosas.
Aplicación
- Hoy en día, los elementos de carburo de silicio se utilizan para una variedad de procesos, incluida la fusión de vidrio y metales no ferrosos, el tratamiento térmico de metales, la fabricación de vidrio flotado, la fabricación de componentes cerámicos y electrónicos, el encendido de luces piloto de calentadores de gas, etc.
- Para las técnicas de mecanizado abrasivo como el esmerilado, el arenado y el corte por chorro de agua, se utiliza polvo de carburo de silicio.
- Para su uso en entornos difíciles, corrosivos y de alta temperatura, el carburo de silicio se utiliza como dispositivo de detección en la industria química, así como en los sectores de pruebas de turbinas o motores.
El inventor estadounidense Edward G. Acheson encontró el carburo de silicio en 1891. China (64%) es el mayor productor mundial de carburo de silicio, seguido de Rusia (8,5%) e India (5,2%).
Propiedades | Valor |
Resistencia a la tracción | 1.65 GPa |
Módulo elástico | 137 GPa |
Densidad | 3,21 g/cm3 |
Gravedad específica | 3.218–3.22 |
Índice de refracción | 2.654 |
Lustre | Adamantino a metálico |
Módulo a granel | 176 GPa |
Valor de potencia | 2.43 |
Dyneema y UHMWPE
El UHMWPE, a menudo conocido como Dyneema y Spectra, es un tipo de fibra polimérica. Fuertes derivados del polietileno componen ambas fibras. Estas fibras son más duraderas que el Kevlar, otra fibra de aramida muy conocida. Superan al acero en aproximadamente 15 veces.
La fibra más fuerte del mundo es supuestamente Dyneema. El hecho de que pueda detener las balas a pesar de ser más ligero que el agua es posiblemente su cualidad más asombrosa.
Aplicaciones
- Las placas compuestas en las armaduras, en particular las armaduras personales y, ocasionalmente, las armaduras de los vehículos, utilizan derivados del hilo UHMWPE.
- Las fibras UHMWPE se utilizan en una variedad de aplicaciones civiles, incluidos guantes resistentes a cortes, mangueras resistentes al desgarro, cuerdas de arco, equipos de escalada, cabrestantes de vehículos, líneas de pesca, líneas de arpón de arpón, velas de alto rendimiento, etc.
- Un material laminado llamado Dyneema Composite Fabric (DCF) está hecho de dos delgadas membranas de poliéster transparente y una rejilla de hilos de Dyneema. Originalmente conocido como «Cuben Fiber», este material fue creado para ser utilizado en velas de barcos de carreras y es increíblemente resistente para su peso. Más recientemente, ha descubierto nuevos usos, sobre todo en la producción de equipos de camping ultraligeros y ligeros, como tiendas de campaña y mochilas.
U Sir John Charnley utilizó UHMWPE por primera vez en un entorno clínico en 1962 y, en la década de 1970, se había convertido en el material de soporte estándar para los reemplazos totales de cadera y rodilla.
Los 3 principales productores de la lámina UHMWPE son India, China y Alemania. El mundo vende la mayor parte de su lámina de UHMWPE a India, Estados Unidos y los Emiratos Árabes Unidos. Con 168 envíos, India es el principal exportador de láminas de UHMWPE, seguido de China con 138 y Alemania en tercer lugar con 74 envíos.
Propiedades | Valor |
Resistencia a la tracción | 3.9 GPa |
Módulo elástico | 110 GPa |
Densidad | 0,98 g/cm3 |
Tenacidad | 3.53 N/tex |
Temperatura máxima de servicio | 150 °C (302 °F) |
Valor de potencia | 2.44 |
Kevlar
Al igual que otras aramidas como Nomex y Technora, el Kevlar es un tejido sintético robusto y resistente al calor. Por lo general, se hila en láminas de tela o cuerdas que se pueden utilizar solas o como componente de piezas de material compuesto.
Aplicación
- Debido a su alta relación resistencia-peso a la tracción, que es cinco veces mayor que el acero, el kevlar tiene una amplia gama de usos, incluidos chalecos protectores, velas de carreras y neumáticos de bicicleta.
- Además de utilizarse para líneas de amarre y otros usos subacuáticos, también se emplea para crear parches de tambor de marcha contemporáneos que puedan soportar impactos significativos.
- Normalmente, se utiliza para crear compuestos. El Kevlar se puede utilizar para crear compuestos híbridos fusionándolo con otras fibras.
Cuando DuPont buscó fibras más fuertes y ligeras que el acero en 1965, la química Stephanie Kwolek hizo el descubrimiento del Kevlar. La producción de fibra de Kevlar es en realidad un oligopolio. Du Pont es el mayor fabricante mundial de para-aramidas porque fabrica Kevlar. Actualmente, Du Pont produce en tres países: Japón, Irlanda del Norte y Estados Unidos.
De la capacidad total de fabricación de 94,7 millones de libras (4.29.55.162,4 kg) de fibras de aramida, estas tres instalaciones tienen una capacidad de producción de 65,9 millones de libras (2.98.91.712,8 kg). Además, Du Pont es responsable de alrededor de un tercio de la producción mundial en Europa y aproximadamente la mitad de la producción mundial en Japón.
Propiedades | Valor |
Resistencia a la tracción | 3.6 GPa |
Módulo elástico | 76 GPa |
Densidad | 1,44 g/cm3 |
Tenacidad | 2.08 N/tex |
Alargamiento a la rotura | 2.3 B |
Temperatura máxima de servicio, aire | 149 – 177 °C (300 – 351 °F) |
Relación de Poissons | 0.36 |
Valor de potencia | 2.52 |
Vidrio metálico
El metal amorfo, que suele ser una aleación que contiene vidrio y estructura amorfa, es otro nombre para el vidrio metálico. Debido a su estructura dual, posee numerosas cualidades que no están presentes en el metal cristalino o el vidrio, incluida la buena conductividad eléctrica, alta resistencia, alta elasticidad, mayor desgaste y resistencia a la corrosión. Más duro que el acero duro para herramientas y más fuerte que el acero es el vidrio metálico.
Aplicaciones
- Los vidrios metálicos se utilizan para crear resistencias estándar precisas, memorias de computadora y sensores de resistencia magnética debido a su alta resistencia eléctrica.
- Los vidrios metálicos son ideales para cortar y producir herramientas quirúrgicas debido a su gran resistencia a la corrosión.
- Debido a que tienen una fuerte resistencia a la corrosión, se utilizan vidrios metálicos a base de cromo y fósforo para las superficies internas de las vasijas de los reactores.
La aleación (Au75Si25) creada en 1960 en Caltech por W. Klement (Jr.), Willens y Duwez fue el primer vidrio metálico que se documentó.
Los dos países que más vidrios metálicos producen son China y Estados Unidos, respectivamente. Japón ocupa el tercer lugar en el mundo en producción de vidrio metálico.
Propiedades | Valor |
Resistencia a la tracción | 2 GPa |
Módulo elástico | 132 GPa |
Densidad | 4,3-5,1 g/cm3 |
Espesor | 30μm |
Resistividad | 130Ωμcm |
Valor de potencia | 3.35 |
Zylon
Una fibra de polímero sintético con gran resistencia a la tracción, rigidez y resistencia a las llamas y al calor se llama Zylon. La excepcional resistencia de esta fibra es el resultado de un enlace químico especial. De hecho, una sola hebra de fibra de 1,5 mm tiene suficiente resistencia a la tracción para soportar el peso de un coche pequeño, según Toyoba.
El zylon se utiliza en una variedad de aplicaciones que requieren una resistencia extremadamente alta y una estabilidad térmica excepcional, al igual que el Kevlar.
Aplicación
- Varios de los productos más conocidos incluyen raquetas de tenis, palas de tenis de mesa, numerosos dispositivos médicos y algunos rovers marcianos.
- El zylon se utiliza en muchos productos, incluidos guantes de seguridad, chalecos antibalas y ropa para bomberos.
- El zylon se utiliza en una variedad de aplicaciones industriales. El fieltro resistente al calor hecho de Zylon se produce para una variedad de usos. Para máquinas de soldar, se puede utilizar como material de cubierta de cables. Incluso como componente de refuerzo, se puede encontrar en el cemento.
La fabricación de un polímero y el centrifugado húmedo por chorro seco del polímero líquido en una hebra de material fibroso produce Zylon, que tiene una estructura cristalina isotrópica. Las hebras fibrosas se pueden envolver para hacer hilos, que luego se pueden tejer para una variedad de tipos de telas. Las fibras también se pueden dividir en fibras cortadas para su uso en procedimientos de fabricación adicionales.
SRI International creó y desarrolló este material polimérico sintético en la década de 1980, y Toyobo lo produjo. La fibra se conoce como PBO en el uso general. Dado que Toyoba, la empresa que comenzó a producir Zylon, tiene su sede en Japón y lo ha estado haciendo desde entonces, parece evidente que Japón es el país que más Zylon produce.
Propiedades | Valor |
Resistencia a la tracción | 5.8 GPa |
Módulo elástico | 270 GPa |
Densidad | 1,56 g/cm3 |
Gravedad específica | 1.54 |
Tenacidad | 37 cN/dtex |
Alargamiento a la rotura | 3.5 % |
Filamento decitex | 1.7 DTEX |
Recuperación de humedad | 2 % |
Valor de potencia | 3.68 |
Microcelosía metálica
La microcelosía metálica, el metal más ligero del mundo, es también uno de los materiales de construcción más ligeros del planeta. Supuestamente es 100 veces más ligero que la espuma de poliestireno, según algunos. Tiene aplicaciones en muchos sectores de la ingeniería porque es un material sintético, poroso e increíblemente resistente. Ha sido citado por Boeing como un material utilizado principalmente en las paredes, los marcos de los asientos y el suelo de los aviones.
Aplicación
- Diseños estructurales ligeros que pueden soportar golpes, vibraciones y ruido.
- Existen numerosos usos potenciales para la tecnología de microcelosía metálica en los campos de la ingeniería automotriz y aeronáutica.
- Una capa de micro celosía sirve como protección contra choques del dispositivo de memoria en el sistema de protección del registrador de vuelo.
Fue revelado originalmente en noviembre de 2011 y fue creado por un grupo de científicos de los Laboratorios HRL de California en conjunto con investigadores de la Universidad de California, Irvine y Caltech. Las muestras prototipo se crearon a partir de una aleación de níquel y fósforo. El prototipo de microcelosía fue nombrado una de las 10 innovaciones que cambiaron el mundo de Popular Mechanics en 2012.
Propiedades | Valor |
Resistencia a la tracción | 10 GPa |
Densidad | 0,0009 g/cm3 |
vacío | 99.99% |
Valor de potencia | 5 |
Diamante
Un tipo de alótropo de carbono es el diamante. Si bien los diamantes artificiales también se pueden crear en un laboratorio, este se encuentra de forma natural. Cada carbono crea cuatro enlaces covalentes, y la estructura cristalina es cúbica muy pequeña sin electrones libres.
Aplicaciones
- Los diamantes se utilizan en la fabricación de automóviles y son un componente crucial de la industria automotriz. Las muelas abrasivas recubiertas de diamante se utilizan para biselar y pulir el vidrio de las ventanas, mientras que las sierras de diamante y las brocas se utilizan para cortar y terminar las carrocerías de los automóviles y los componentes del motor.
- Las membranas de diamante son translúcidas, muy duraderas y resistentes a la abrasión y al calor. Las ventanas de diamante se utilizan para cubrir aberturas en láseres, cámaras de vacío y máquinas de rayos X. Se fabrican a partir de membranas de diamante increíblemente finas.
- Debido a que los diamantes son irrompibles e incluso resistentes a los arañazos, se utilizan para grabar piedras duras como el granito y el cuarzo.
Los diamantes naturales fueron descubiertos originalmente por los humanos en cuevas indias entre el 4 y el 6 a.C., pero habían pasado millones de años desde que se produjeron.
Se cree que alrededor de 700 millones de quilates de diamantes industriales se encuentran en reservas en todo el mundo, la mayoría en Australia (31%), el Congo (Kinshasa), Botswana (19%), Sudáfrica (10%) y Rusia (6%). Rusia (31%), Botswana (20%) y la República Democrática del Congo son los tres principales productores de diamantes.
Propiedades | Valor |
Resistencia a la tracción | 20 GPa |
Módulo elástico | 1050 GPa |
Densidad | 3,5–3,53 g/cm3 |
Módulo de volumen | 437.88 GPa |
Gravedad específica | 3.52±0.01 |
Lustre | Diamantino |
Diafanidad | Transparente a subtransparente a translúcido |
Índice de refracción | 2.418 |
Óptico | Isótropo |
Valor de potencia | 11.75 |
Nitruro de boro wurtzita
Una de las sustancias más fuertes del mundo es el nitruro de boro wurtzita. Está formado por hexágonos. Tiene una resistencia a la tracción teórica de hasta 90 GPa, que es comparable al papel bucky. Aunque a efectos prácticos se supone que tiene 33 GPa. Las diferentes formas de nitruro de boro tienen diferentes resistencias a la tracción en función de su estructura.
Sin embargo, aún no se ha demostrado. Es difícil de mostrar debido a las restricciones en la disponibilidad de w-BN. Todavía se cree que es una sustancia más fuerte que un diamante en e