Les 10 matériaux les plus résistants connus de l'homme

Ce classement est basé sur la résistance à la traction (GPa), sauf indication contraire. Certains matériaux (par exemple, l'aérogel) sont inclus pour leurs propriétés uniques, telles qu'une très faible densité ou une résistance thermique.

Remarque : le terme "le plus solide" se réfère ici à la résistance à la traction (résistance à l'arrachement). En ce qui concerne la dureté (résistance aux rayures), le diamant reste le matériau naturel le plus dur (Mohs 10).

1. Graphène (130 GPa)

Le graphène est le matériau connu le plus solide, avec une résistance à la traction inégalée due à son réseau de carbone d'une épaisseur d'un seul atome.

Le graphène est un film bidimensionnel en nid d'abeille formé d'atomes de carbone à hybridation sp2. Il s'agit d'une structure de feuillets monocouche séparée du graphite et c'est également le matériau connu le plus fin. La résistance à la traction et le module d'élasticité du graphène sont respectivement de 130 GPa et de 1,1 TPa, et sa résistance est 100 fois supérieure à celle de l'acier ordinaire. Les sacs en graphène, qui peuvent supporter un poids d'environ 2 tonnes, sont de loin le matériau le plus solide que l'on connaisse.

2. Lonsdaleite (121~130 GPa)

La lonsdaléite, une forme hexagonale rare du diamant, est théoriquement plus résistante que le diamant classique.

La lonsdaléite a été identifiée pour la première fois dans un cratère par le géologue américain Lonsdale et définie comme un diamant météoritique hexagonal. Comme le diamant, la lonsdaléite est constituée d'atomes de carbone, mais ceux-ci sont disposés selon des formes différentes. Les résultats de la simulation montrent que la lonsdaléite est 58 % plus résistante à la pression que le diamant.

3. 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 naturelle la plus dure sur terre, et c'est un allotrope du carbone. La dureté du diamant correspond au niveau le plus élevé de la dureté de Mohs, soit le grade 10. Sa microdureté est de 10000kg/mm2, ce qui est 1000 fois plus élevé que le quartz et 150 fois plus élevé que le corindon.

4. Nanotube de carbone (63 GPa)

Les nanotubes de carbone allient résistance extrême et légèreté, ce qui en fait des nanomatériaux structurels idéaux.

Lesnanotubes de carbone (NTC) sont des matériaux quantiques unidimensionnels constitués d'atomes de carbone hexagonaux disposés en tubes coaxiaux. Ils peuvent être classés en nanotubes de carbone à paroi simple (SWCNT) ou en nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNT) en fonction du nombre de couches de graphène. Les nanotubes de carbone ont d'excellentes propriétés mécaniques, avec une résistance à la traction de 63 GPa. Leur module d'élasticité peut atteindre jusqu'à 1 TPa, ce qui est équivalent à celui du diamant et environ 5 fois celui de l'acier.

5. Nanotubes de nitrure de bore (33 GPa)

Comme le carbone, le nitrure de bore peut former des feuilles d'un seul atome qui peuvent être enroulées pour former des nanotubes. Les nanotubes de nitrure de bore (BNNT) ont une structure similaire à celle des nanotubes de carbone et offrent une résistance à la traction comparable, avec des valeurs de l'ordre de 33 GPa. Leur véritable avantage réside dans leur exceptionnelle stabilité thermique et chimique, ainsi que dans leur forte liaison interfaciale avec les polymères - les BNNT présentent une résistance interfaciale supérieure d'environ 30 % avec le PMMA et d'environ 20 % avec la résine époxy par rapport aux nanotubes de carbone.

Les nanotubes de nitrure de bore ont des propriétés optiques, d'excellentes propriétés de conductivité mécanique et thermique, résistent à des températures élevées et absorbent les rayonnements neutroniques, devenant ainsi des additifs efficaces pour l'amélioration mécanique ou thermique des composites à base de polymères, de céramiques et de métaux. D'autres applications des nanotubes de nitrure de bore comprennent les boucliers de protection, les isolants électriques et les capteurs.

6. Fibre UHMWPE (30,84 GPa)

La fibre de polyéthylène à très haut poids moléculaire est utilisée dans les armures et les appareils médicaux en raison de son rapport résistance/poids élevé.

L'UHMWPE est une sorte de fibre fabriquée à partir de polyéthylène avec un poids moléculaire relatif de 1 million à 5 millions, qui est actuellement l'une des fibres les plus résistantes et les plus légères au monde. Elle est 15 fois plus résistante qu'un fil d'acier tout en étant très légère, et elle est 40 % plus légère au maximum que des matériaux tels que l'aramide.

7. Verre métallique (1,61 GPa)

Le verre métallique se caractérise par une résistance et une élasticité élevées en raison de sa structure atomique désordonnée.

Le verre métallique est également appelé métal amorphe, qui est généralement un alliage, avec une structure amorphe et une structure de verre. Cette double structure lui confère de nombreuses propriétés supérieures à celles du métal cristallin et du verre, telles qu'une bonne conductivité électrique, une grande solidité, une grande élasticité, une plus grande 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.

8. Soie d'araignée de l'écorce 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 pour créer la toile la plus grande et la plus solide du monde. D'une largeur de 25 mètres, la toile de l'araignée est le matériau biologique le plus solide jamais étudié et 10 fois plus résistant que le kevlar de même taille.

9. Carbure de silicium (0,3 GPa)

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

Lecarbure de sil icium est un minéral naturel ou il est fabriqué à partir de sable de quartz, de coke de pétrole (ou 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 de 9,5 sur l'échelle de Mohs, ce qui le place en deuxième position après le diamant le plus dur du monde. En outre, le carbure de silicium possède une excellente conductivité thermique. C'est une sorte de semi-conducteur qui peut résister à l'oxydation à haute température.

10. Aérogel (0,02 GPa)

L'aérogel est un matériau ultraléger dont la résistance à la traction est minime, mais qui est très utile pour l'isolation thermique.

L'aérogel est une forme de matériau solide qui a la plus faible densité au monde. Les aérogels ont un rapport poids/résistance remarquable en raison de leur densité extrêmement faible et peuvent résister à des forces de compression des milliers de fois supérieures à leur masse. Ils restent thermiquement stables jusqu'à 1 200 °C.

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Références

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