Знаете ли, че някои от най-здравите възможни съществуващи вещества на планетата може би се намират в задния ви двор? Те са навсякъде – от вашата кола до някои видове електроника у дома ви, в природата, в лабораторията. Съвременният свят е пълен с всякакви сплави и материали с впечатляващи възможности. И на всичко отгоре учените се надпреварват да разработват нови и нови материали, които могат да повишат способностите на техните изобретения.

Но какво е всъщност определя едно вещество като здраво?

Когато хората се стараят да измерват устойчивостта на даден материал, всъщност се сблъскват с нещо доста по-сложно от обикновените тестове за устойчивост или твърдост. Може би смятате тези две думи са синоними, но за един специалист в тази област те са толкова различни, че не може и да става дума за някакво сравнение. Най-общо обаче, когато говорим за здравина на дадено нещо, първите тестове, които трябва да му направим, са за неговата устойчивост при разтягане и натиск или по-скоро съпротивителната сила на материала – до каква степен той може да издържи например на налягане, преди да се разруши. Тези тестове зависят от напречния диаметър (все пак зависи колко е дебел, широк и т.н. даденият тестов екземпляр) и от приложената сила на дадена зона от него (обикновено квадратен сантиметър, милиметър и т.н.).

Следващите материали от списъка са подредени от най-слабия, към най-устойчивия. Ще се учудите колко често срещани са някои от тях.

Човешките кости

Вярвате или не, но първият материал е доста близо до вас. Дори е вътре в тялото ви. Макар и костите да не са най-здравият материал на планетата, те всъщност са наистина забележително устойчиви. Защо мислите, че под земята можете да откриете кости на хиляди, дори милиони години?

Структурата на костите, веществата, които съдържат, и т.н. са така комбинирани, че те не са само един вътрешен скелет, поддържащ цялото ви тяло. Костната система заема важна роля при производството на бели кръвни клетки и съхранява важни минерални вещества за вашето тяло. И все пак според някои любопитни изследвания човешката бедрена кост е по-здрава от бетона. Един кубичен сантиметър от нея може да понесе натоварване от над 500 кг, а самата кост би трябвало да издържи товара на тон и половина. Но, разбира се – недейте да я натоварвате толкова много. Все пак между нея има и стави, които ще се повредят със сигурност.

Силициев карбид (карборунд)

Химичната му формула е доста проста – SiC, но този материал има доста добри характеристики. Топи се при цели 2730 градуса по Целзий, защото се състои от два основни елемента – силиций (основата на пясъка) и въглерод. Силициевият карбид всъщност е полупроводник и се среща доста рядко в природата – като минерал с името мойзанит. Заради неговите качества се използва широко в най-различни индустрии, като електрониката, автомобилостроенето и дори астрономията. Синтетично получен прах от него обаче е създаден още през XIX век и от 1893 година насам се използва като абразивно средство – за полиране на повърхности. Зрънца от силициев карбид, слепени фино под формата на керамика, се използват на места, където има сериозно триене и налягане, като например спирачките на автомобилите, съединителя и дори бронежилетките. Но той е масово използван и в електрониката заради устойчивостта на микроелементите, които го съдържат – въпросните издържат на високи температури и напрежения.

Купро-никел

Тази сплав има много различни наименования, но принципно би трябвало да се състои предимно от металните химични елементи мед и никел. Специализираният купро-никел обаче е съставен от определени съотношения на никел, желязо, манган и мед. Тази особена сплав е не само здрава, но и има висока устойчивост към корозия и микродефекти. Освен това притежава сериозна устойчивост на опън и към нагряване.

Използва се масово в корабостроителната индустрия при производството на корпусите на корабите, както и на пропелерите на по-малките кораби и лодки. Солената морска вода може бързо да ерозира много метали (да ги кара да ръждясват), но не и купро-никелът.

Въпреки високата си степен на съдържание на червеникавия метал – мед, цветът му е сребрист. Затова се използва дори при създаването на монети, медали, оръжия и дори в електрическата индустрия.

Титанови сплави

При тези материали също има различни комбинации, но в основата им е редкият метал – титан. Благодарение на лекотата и огромната му здравина титанови сплави се използват от много години насам в различни индустрии, като самолетната, автомобилната, военната и космическата. В тези области нуждата от устойчив, дълготраен на износване материал е особено голяма, защото повишава не само времето за употреба, но и сигурността на превозните средства.

Титановите сплави са много устойчиви на корозия, но за жалост се изработват с труден производствен процес, който повишава значително цената им.

Паяжина

Всички са чували за легендарните способности на това природно чудо, а легендите изобщо не са измислица. Паяжината, която произвеждат онези неприятни членестоноги, е наистина едно от най-здравите природни вещества, срещани на планетата. И неслучайно паяците я използват, за да ловят жертвите си, както и да предпазват поколението си.

Въпреки че характеристиките на паяжината варират според различните видове паяци, нейната якост може да се сравнява с тази на висококачествената стомана и до известна степен на кевлара – веществото, което ползваме за направата на бронежилетки. Белтъчното вещество, което паяците синтезират, е близко по състав на коприната. Но това не му пречи да притежава уникални свойства, а учените са изчислили, че въже от паяжина с дебелина на молив може да удържи цял самолет да излети.

Стъклено влакно

Нишките от стъкло са създадени още през 30-те години на миналия век и днес се използват под най-различна форма – от стъклена вата до оптични кабели. Те имат подобни характеристики като тези на полимерите и въглеродните нишки и макар че не са яки колкото последните, то производството им е далеч по-евтино. Да, поотделно те може да са крехки и чупливи, но натрупани в сноп са не само издръжливи, но имат и други ценни качества като топлоизолация например.

Стъклени нишки се използват в специалния материал – фибростъкло, който представлява структура от пластмаса и стъклени нишки. Той не съдържа никакъв въздух или газови примеси, като е забележително здрав, лек и устойчив на всякакви корозии. Затова от него се правят корпуси на лодки, автомобили и други здрави конструкции.

Диамант

Според скалата на Мос, която служи за определяне на относителната твърдост на материалите още от 1812 година насам, диамантът е едно от най-твърдите вещества на планетата. Естественият диамант се среща в различни разновидности и цветове и тъй като условията за получаването му са доста необичайни (огромни налягания и температури), той е рядък и изключително скъп. Въпреки това преди много години е открит начин за синтез на изкуствени диаманти, които, макар и да не са толкова красиви като естествените, могат да ги заменят за „тежката работа“. Например да бъдат монтирани на върха на пробивните машини и така да улеснят сондажи и изкопни работи, да режат всякакви други материали, дори други диаманти, както и да бъдат използвани в електрониката заради особените си свойства.

Диамантите могат да бъдат надраскани само от други диаманти, но… колкото и да са твърди, те могат лесно да се счупят, защото твърдостта е нещо различно от издръжливостта.

Кевлар

Дойде и неговият ред в класацията. Споменахме го по-нагоре, но кевларът не е естествен материал, нито толкова стар. Първоначално той не е използван в бронежилетки и за защита като днес, а през 70-те години на миналия век е бил употребяван вместо стандартните метални жици вътре в гумите на състезателните автомобили.

Кевларът е полимер с органичен произход (пара-арамидно влакно), изобретен през 1966 година от Dupont. Освен че е 5 пъти по-здрав от стомана със същото тегло, той е устойчив на влага и гниене. Незаменим е днес при производство на бронирани жилетки, работни облекла, подложки за дискови спирачки, изолации и др.

Patella Vulgata

Това е името на масово срещан вид мида в Западна Европа, която е деликатес. Всъщност не самата мида е супер здрава, а по-скоро нейните зъбчета (радула). Последната представлява мембрана, покрита с редове рогови зъбчета, чрез които мидата се храни. Погледнато статистически, тези зъбчета са най-здравият биологичен материал на планетата, превъзхождащ дори паяжината. Здравината им се сравнява с тази на въглеродните влакна. Изследване от 2015 година сочи, че устойчивостта на опън на тези зъбчета е много по-голяма от тази на паяжината и може да устои на страховитото налягане от 4.9 GPa (гигапаскала). Подобна устойчивост е характерна за най-съвременните хай-тек материали като въглеродните нанотръбички.

Зилон

За това вещество вероятно не сте чували. Но благодарение на него днес е жив големият пилот от Формула 1 Фернандо Алонсо. По време на зловещ инцидент в Гран при на Австралия през 2016 година той катастрофира, а зилонът в каската и гумите спасява живота му, тъй като веществото е 10 пъти по-здраво от стоманата, а 1 милиметър напречно сечение от него издържа на цели 450 килограма.

Зилонът е създаден от SRI International и представлява уникално химично вещество, създадено на база на течнокристален полиоксазол – материал почти два пъти по-здрав от кевлара. Синтетичният полимер е създаден през 80-те години на миналия век и се произвежда във вид на влакна. Притежава устойчивост от 5.8 гигапаскала и освен това е устойчив и на термични въздействия. От него се произвеждат най-качествените тенис ракети, сноубордове, различни видове медицинско оборудване, като дори ще го срещнете и в елементи от марсианските роботи – роувъри, покоряващи Червената планета.

Въглеродни влакна

За тях пък определено сте чували. Тези нишки са с микроскопичен диаметър от едва 5 - 10 микрометра, като са изградени предимно от въглеродни атоми. Но днес се използват масово там, където е нужна изключителна здравина, лекота и други качества.

Карбоновите нишки са предпочитани пред стоманените сплави заради якостта, лекотата, химическата си устойчивост, високата температурна устойчивост и изолационните качества. Материалът се използва в автомобилната индустрия, спорта, строителството, военната област.

Интересното е, че е открит още през 1860 година, но истинските му качества се проявяват години по-късно. В наши дни се използва повсеместно – не само в здрави структури, но и дори в текстилни изделия – дрехи, ръкавици, електрониката – микроелектроди, загряващи елементи и много други.

Боров нитрид (Wurtzite)

Един от най-редките материали в света – боров нитрид е и едно от най-яките вещества в този списък. Може да бъде намерен в природата, но е ужасно рядък и затова учените са намерили начин да го синтезират. Това вещество е с 18 процента по-здраво от диамантите. Всъщност има различни видове боров нитрид, а разновидността му Wurtzite (W-BN) дължи устойчивостта си на подреждането на атомните връзки в кристалната си решетка. Затова подложен на голям натиск, той дори повишава здравината си. Състои се от подредени атоми на елементите бор и азот.

Графен

Първенецът днес по отношение на здравина е отново базиран на въглерода. Това е най-здравият материал, известен днес на хората. Прозрачната материя е съставена от един-единствен слой въглеродни атоми, подредени в мрежа – елементът, основа на живота, на въглищата, графита и въглеродните нанотръбици.

В наши дни графенът е много специално нещо, което е изключително скъпо, но тъй като е 200 пъти по-здрав от стоманата, се използва в аерокосмическата индустрия, автомобилната и др. Той има толкова много приложения, че със сигурност може да се нарече „материалът на бъдещето“. Здравината му се измерва с невероятните 130 гигапаскала, като в специални модули може да достигне дори 1 терапаскал! И въпреки това, подобно на диаманта, той е относително крехък и при определени условия лесно се чупи.