超硬材料广泛应用于各个领域，其重要性不言而喻。无论是上至航天飞机飞船，下至石油钻探深海潜艇，还是精密机床和武器加工核能发电，在所有涉及高精度的领域都少不了它们。各国科学家也渴望在该领域有更多发现，因为这些领域涉及一个国家的工业化、现代化和可持续发展，这些材料的广泛应用也是一个国家综合实力的象征。

硫化碳炔(碳炔)

次甲基自由基又称碳炔，或一氢碳化物，是一种极不稳定的气体或自由基，仅由一个碳原子和一个氢原子组成，其化学式为CH-，也称为甲基乙酰基。

一氢碳化物

钻石的稳定性非常高，因为它的碳结构是三角形的。然而，从科学的角度来看，碳炔是世界上最稳定、最坚硬的物体。碳炔的硬度是钢的200多倍，金刚石的40倍，石墨烯的2倍。作为一种非常简单的物质，硫化碳炔由一系列单原子组成。硫化碳炔的拉伸高度是金刚石的三倍，拉伸强度是石墨烯的两倍。碳炔的强度，一维线性条状的碳原子，比其他任何材料都更硬更强，硬度无与伦比。碳纳米管和石墨烯的硬度为4.5×108牛顿米/千克，而碳炔可以达到109牛顿米/千克。碳炔的强度。该材料的强度为* * *，需要10毫牛顿的外力才能破坏其单链结构。如果换算成强度，可以达到6.0到7.5×107牛顿米/千克，高于石墨烯、碳纳米管、金刚石。

第二石墨烯

石墨烯管

石墨烯是一种* * *材料，经过了历史的检验。石墨烯是一种在平面单层中紧密堆积成二维(2D)蜂窝状晶格的碳原子，它是所有其他维度石墨材料的基本构建模块。它可以被包装成零维(0D)富勒烯，卷成一维(1D)纳米管或堆叠成三维(3D)石墨。它的强度比钢高200倍，在1 TPA (150，000，000 psi)下具有拉伸模量(刚度)。一张1平方米的石墨烯吊床可以支撑4公斤的猫，但重量只有一根猫的胡子，0.77毫克。

三号六角菱形

实验室里做的六角钻石比* * *钻石还硬。

1967年，美国通用电气公司生产出一种与钻石折射率相近、密度相近的晶体。但这种由碳原子组成的晶体并不是等轴矿物，而是六方对称型。几乎与此同时，美国亚利桑那州的陨石中也发现了相同性质的矿物。* * *晶体学家dame kathleen lonsdale将其命名为lonsdale Mine，英文名为lonsdaleite，中文翻译为六角形钻石。硬质材料对加工能力非常有用，金刚石早就用在钻头上了。六方金刚石可能比立方金刚石更硬，因此它可能是机械加工、钻孔或任何种类的立方金刚石应用的替代品。它不仅具有明显的工业优势，而且有朝一日六方钻石也可能用于订婚戒指。目前实验室制造的立方钻石价值低于* * *钻石，但六方钻石可能更新颖。

4号纤锌矿氮化硼(纤锌矿氮化硼)

纤锌矿氮化硼

纤锌矿氮化硼(wBN)和大家熟悉的立方氮化硼(zBN)一样，是一种自然界中没有的、性能优异的人造超硬材料。密度高，硬度高，对铁族金属及其合金的化学惰性远优于金刚石，电绝缘性好，导热系数仅次于金刚石但高于金属铜。纤锌矿氮化硼是氮和硼在高压下结合形成的。这种材料的结构也与钻石非常相似，但它是由其他原子组成的，而不是碳。这种物质也是自然发现的，所以不能浪费在实验室里。它是在高温高压火山喷发过程中形成的。它可以承受比金刚石多18%的应力，这是由于柔性键的重新定向和比金刚石更复杂的结构。重新定向后，它变得比钻石硬80%。

金属玻璃(5号)

铁水

在好莱坞电影《终结者》中，不朽的未来战士给观众留下了深刻的印象。他是无敌的，被打碎后能像液体一样自然流动然后自动恢复原貌。科幻电影中的神奇现象在现实生活中也有其对应的素材。这是金属玻璃，也称为液态金属或非晶合金。它是一种由钯的微合金制成的玻璃，大部分直接冻结在液态。生产成本低，是一种具有广阔应用前景的新材料。它的特点是有* * *的强度，不像玻璃那么脆，而且密度不高，质量比很多合金都轻。

# 6马氏体时效钢

马氏体时效钢

马氏体钢是一种机械性能可以通过热处理来调节的不锈钢。总的来说，它是一种可硬化的不锈钢。淬火后硬度高，不同回火温度有不同的强韧性组合，主要用于汽轮机叶片、餐具和手术器械。根据化学成分的不同，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢。根据微观组织和强化机制的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和/或半马氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体时效不锈钢。它是一种无碳马氏体基钢，经过长时间热处理后具有高强度、韧性和延展性。它常用于航空航天和模具制造。

7号锇金属(锇)

锇金属

锇金属非常坚硬，在高温下也能保持光泽。锇的可压缩性非常低，因此它的体积模量非常高，在395到462 GPa之间，与金刚石的体积模量相似。在4 GPa的压力下，锇的硬度也比较高。由于它又硬又脆，蒸汽压低(铂元素中的* * *)，熔点为* * *(所有元素中的第四高)，所以固态锇很难成型，制作工艺非常困难。锇也是一种稀有金属，可用于制造超高硬度的合金，适用于制造具有极高耐用性和硬度的物品。

8号碳复合材料

碳纤维复合材料

碳纤维是一种力学性能优异的新材料，比重不到钢的1/4。碳纤维树脂复合材料的拉伸强度一般在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，拉伸弹性模量为23000~43000Mpa，也高于钢。材料的强密度比可以达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度只有59Mpa/(g/cm3)左右，比模量也高于钢。

9号蜘蛛丝

丛林中的蜘蛛网

蜘蛛丝具有很强的机械性能。* * *拉伸强度。抗拉强度是指材料在拉伸条件下的最大承载能力。蜘蛛丝的抗拉强度(高达1.4 GPa)相当于高级合金钢(0.45-2 GPa)，甚至是芳纶纤维的一半，比如凯夫拉纤维(3 GPa)。而金属丝或凯夫拉纤维几乎不能伸长，而蜘蛛丝在自然状态下可以伸长自身长度的40%，在高湿度环境下可以伸长自身长度的5倍。很多人可能会认为蜘蛛网是一个易碎的物体，只是因为我们日常生活中看到的蜘蛛网太小了。这种由蛋白质制成的动物纤维具有很高的强度和韧性。当许多蜘蛛网结合在一起时，形成的蜘蛛网的硬度将比普通钢大十倍，可用于防弹衣等军事装备。

# 10钻石

耀眼的钻石

金刚石晶体中的每个碳原子通过sp3杂化轨道与另外四个相邻的碳原子形成共价键，每四个相邻的碳原子形成一个正四面体。所以未打磨的钻石晶体形状往往是八面体。金刚石中的C-C键很强，所有价电子都参与共价键的形成，没有自由电子，所以金刚石的硬度很高。日常生活中可以看到，它被制成钻头，用于切割、研磨、抛光物体。

在不久的将来，通过科学家们的研究和不懈努力，更硬的物质将被发现或合成，这将有助于人类创造更美好的未来。