Les 10 matériaux les plus résistants connus de l'homme

1. Le graphène (130 GPa)

Le graphène est le matériau le plus résistant connu, et son réseau de carbone d'une épaisseur d'un seul atome lui confère une résistance à la traction inégalée.

Le graphène est un film bidimensionnel en nid d'abeille formé d'atomes de carbone en hybridation sp2. Il s'agit d'une structure en feuillet monocouche séparée du graphite et constitue également le matériau le plus fin jamais découvert. Sa résistance à la traction et son module d'élasticité sont respectivement de 130 Gpa et 1,1 Tpa, soit 100 fois plus résistants que l'acier ordinaire. Un sac en graphène peut supporter un poids d'environ 2 tonnes, ce qui en fait le matériau le plus résistant connu à ce jour.

2. Lonsdaleite (121~130 GPa)

La lonsdaléite, une forme hexagonale rare de diamant, est théoriquement plus résistante que le diamant conventionnel.

La pierre de Lonsdale a été découverte dans un cratère par le géologue américain Lonsdale et définie comme un diamant météoritique hexagonal. Comme les diamants, elle est composée d'atomes de carbone, mais ces derniers sont disposés selon des formes différentes. Les résultats de la simulation montrent que la pierre de Lonsdale est 58 % plus résistante à la pression que le diamant.

3. Le diamant (90~100 GPa)

Le diamant présente une résistance à la traction et une dureté exceptionnelles grâce à sa structure cristalline tétraédrique compacte.

Le diamant est la substance la plus dure présente sur Terre sous de nombreuses formes naturelles, et il est un allotrope du carbone. Sa dureté atteint le niveau de dureté Mohs le plus élevé (grade 10). Sa microdureté est de 10 000 kg/mm², soit 1 000 fois supérieure à celle du quartz et 150 fois supérieure à celle du corindon.

4. Le nanotube de carbone (63 GPa)

Les nanotubes de carbone combinent une résistance extrême et un poids léger, ce qui les rend idéaux pour les nanomatériaux structurels.

Les nanotubes de carbone (CNTS) sont un matériau quantique unidimensionnel dont l'arrangement hexagonal des atomes de carbone forme des tubes circulaires coaxiaux de plusieurs à plusieurs dizaines de couches. Ils se divisent en nanotubes de carbone monoparois (SWCNT) et nanotubes de carbone multiparois (MWCNT) selon le nombre de couches de graphène. Les nanotubes de carbone présentent d'excellentes propriétés mécaniques. De plus, leur module d'élasticité peut atteindre 1 TPa, soit l'équivalent de celui du diamant et environ cinq fois celui de l'acier.

5. Nanotubes de nitrure de bore (33 GPa)

Les nanotubes de bore nanométriques (BNNT) présentent une structure similaire à celle des nanotubes de carbone, mais offrent une meilleure stabilité thermique et chimique pour une résistance comparable.

Comme le carbone, le nitrure de bore peut former des feuillets d'atomes uniques qui peuvent être enroulés pour former des nanotubes. Les nanotubes de nitrure de bore sont aussi résistants que les nanotubes de carbone, mais leur véritable avantage réside dans leur capacité à adhérer fermement au polymère lorsqu'ils se lient à celui-ci. Leur résistance est supérieure à celle des nanotubes de carbone, environ 30 % supérieure à celle de l'interface PMMA et environ 20 % supérieure à celle de la résine époxy.

Les nanotubes de nitrure de bore présentent des propriétés optiques, d'excellentes propriétés de conductivité mécanique et thermique, ainsi qu'une bonne résistance aux températures élevées et une absorption des neutrons, ce qui en fait des additifs efficaces pour l'amélioration mécanique ou thermique des composites polymères, céramiques et métalliques. Parmi les autres applications des nanotubes de nitrure de bore figurent les écrans de protection, les isolants électriques et les capteurs.

6. UHMWPE Fiber (30.84 GPa)

La fibre de polyéthylène à très haut poids moléculaire est utilisée dans les blindages et les dispositifs médicaux en raison de son excellent rapport résistance/poids.

L'UHMWPE est une fibre fabriquée à partir de polyéthylène dont le poids moléculaire relatif est compris entre 1 et 5 millions. Il s'agit actuellement de la fibre la plus résistante et la plus légère au monde. 15 fois plus résistante que le fil d'acier, elle est très légère, et au maximum 40 % plus légère que des matériaux comme l'aramide.

7. Verre métallique (1.61 GPa)

Le verre métallique présente une résistance et une élasticité élevées grâce à sa structure atomique désordonnée.

Le verre métallique, également appelé métal amorphe, est généralement un alliage à structure amorphe et vitreuse. Cette double structure lui confère de nombreuses propriétés supérieures à celles du métal et du verre cristallins, telles qu'une bonne conductivité électrique, une résistance et une élasticité élevées, ainsi qu'une meilleure résistance à l'usure et à la corrosion. Le verre métallique est plus résistant que l'acier et plus dur que l'acier à outils dur.

8. Araignée de Darwin (1.6 GPa)

Cette soie d'araignée se distingue comme l'un des matériaux biologiques les plus résistants, surpassant la plupart des fibres synthétiques.

Une nouvelle espèce d'araignée, l'araignée à écorce de Darwin, a été découverte à Madagascar et crée la toile la plus grande et la plus solide au monde. Avec ses 25 mètres de large, cette toile est le matériau biologique le plus résistant jamais étudié et dix fois plus résistante que le Kevlar de même taille.

9. Carbure de silicium (0.3 GPa)

Le carbure de silicium est une céramique durable reconnue pour sa résistance thermique et sa résistance à la traction modérée.

Le carbure de silicium est un minéral naturel, ou il est fabriqué à partir de sable de quartz, de coke de pétrole (ou de coke de charbon), de copeaux de bois et d'autres matières premières par fusion à haute température dans un four résistif. Le carbure de silicium est dur, avec une dureté Mohs de 9,5, la deuxième plus dure au monde après le diamant. De plus, le carbure de silicium présente une excellente conductivité thermique. C'est une sorte de semi-conducteur qui résiste à l'oxydation à haute température.

10. Aérogel (0.02 GPa)

L'aérogel est un matériau ultraléger avec une résistance à la traction minimale, mais précieux pour l'isolation thermique.

L'aérogel est un matériau solide dont la densité est la plus faible au monde. Très résistants et durables, ils peuvent supporter une pression plusieurs milliers de fois supérieure à leur masse et ne fondent qu'à 1 200 degrés Celsius.

Merci d'avoir lu notre article. Pour en savoir plus sur les matériaux les plus résistants, nous vous conseillons de consulter le site de Stanford Advanced Materials (SAM). 

References

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