人类已知的十大：最强韧、最贵及最耐热材料！

来源：材料科学与工程

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这些人类目前能了解到的材料之最，你知道几个？

人类已知的十大最强韧材料

1.石墨烯 Graphene

简介：石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状二维平面薄膜，是从石墨中剥离的单层片状结构，也是目前已知最薄的一种新材料。抗拉强度和弹性模量分别为125Gpa和1.1TPa，其强度为普通钢的100倍，用石墨烯制成的包装袋，可以承受大约2吨的重量，是目前已知的强度最大的材料。

发展趋势：2010年诺贝尔物理学奖获得以后，全球石墨烯专利申请开始急剧增加，未来有望在电子、储能、催化剂、传感器、光电透明薄膜、超强复合材料以及生物医疗等众多领域应用。

主要研究公司：Graphene Technologies、GrapheneIndustries、XG Sciences、大富科技、东旭光电、中国宝安、ST烯碳、宝泰隆、方大碳素等。

2.碳纳米管 Carbon Nanotube

简介：碳纳米管是一种呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管的一维量子材料，可以看做是石墨烯片层卷曲而成，按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管（SWCNT）和多壁碳纳米管（MWCNTs）。碳纳米管具有良好的力学性能，抗拉强度达到50～200GPa，是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。

发展趋势：自90年代发现以来，碳纳米管相关产业蓬勃发展，大量用于制造复合材料和薄膜、透明导体、热界面、防弹衣、风涡轮机叶、功能器件的电极和催化剂载体等。

主要研究公司：Bayer Materials Science AG, Toray Industries Inc., Unidym. Inc., 深圳纳米港有限公司、深圳烯湾科技有限公司、山东大展碳纳米管有限公司、深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司等。

3.金属玻璃 Metallic Glass

简介：金属玻璃又称非晶态金属，通常为合金，具有非晶态结构和玻璃态结构，这种双重结构决定了其拥有晶态金属和玻璃许多无法企及的性质，如良好的导电性，高强度，高弹性，更耐磨和腐蚀。金属玻璃的强度高于钢，硬度超过高硬工具钢。

发展趋势：超级强力、弹力和磁力特质，且较为大块，保持固体而不会在高温下结晶的金属玻璃，主要在引用在航天领域及军用武器。

主要研究公司及机构：Glassimetal Technology Inc.，日本东北大学金属材料研究所，美国加州理工学院等。

4.超高分子量聚乙烯纤维UHMWPE

简介：超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）是由相对分子质量在100万到500万的聚乙烯纺成的纤维，是目前世界上强度最高与比重最轻的纤维，其强度比钢丝高15倍，但是很轻，最多可比芳纶等材料轻40%。

发展趋势：从绳索、系缆和绳网，到生命防护应用、高性能纺织品、复合材料、层压材料，应用范围极其广泛。未来5年和10年内世界UHMWPE的年需求量将分别在6万吨和10万吨。

主要研究公司：荷兰DSM公司，美国Honeywell公司，日本三井化学，上海斯瑞聚合体科技有限公司，湖南中泰特种装备有限责任公司，宁波大成新材料股份有限公司等。

5.氮化硼纳米管 Boron Nitride Nanotubes

简介：氮化硼和碳一样，可以形成单原子层薄片，将其卷曲之后便可形成纳米管。氮化硼纳米管自身的强度和碳纳米管相当，但是其真正的优势来自于当其和高分子材料结合时，它可以牢牢粘在聚合物材料上。氮化硼纳米管材料的强度都比碳纳米管的强度高，比PMMA界面高30%左右，而比环氧树脂高20%左右。

发展趋势：氮化硼纳米管具有光性能、优良的机械和热导性质，并能经受高温，而且，能吸收中子辐射，成为聚合物、陶瓷和金属复合材料的机械或热强化的有效添加剂。氮化硼纳米管额外的应用包括作为防护盾，电绝缘体和传感器。

主要研究公司： 美国BNNT LLC., 武汉化工新材料工业技术研究院有限责任公司等。

6.朗斯代尔石Lonsdaleite

简介：朗斯代尔石由美国地质学家朗斯代尔在一个陨石坑发现，并定义为六方晶系陨石钻石，它与钻石一样，都是由碳原子构成，但它们的碳原子却以不同形状排列，经过模拟实验发现，朗斯代尔石的抗压能力比钻石高出58%。

7.金刚石 Diamond

简介：金刚石是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质，是碳元素的同素异形体。金刚石硬度为摩氏硬度最高级第十级，显微硬度10000kg/mm2，比石英高1000倍，比刚玉高150倍。

发展趋势：金刚石在工业上应用十分广泛，主要集中在金刚石刀具，拉丝模用金刚石，金刚石钻头，近十多年来，中国生产金刚石工具的企业发展很快，年销售收入增长率高达15%。

主要研究公司：日本富士华，Tyrolit，Saint Gobain， 山特维克， 日本往友，黄河旋风，豫金刚石，四方达等。

8.气凝胶 Aerogel

简介：Aerogel气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度最小的固体。密度为3kg/每立方米。气凝胶貌似“弱不禁风”，其实非常坚固耐用。它可以承受相当于自身质量几千倍的压力，在温度达到1200摄氏度时才会熔化。

发展趋势：气凝胶在热学、光学、电学、力学和声学等领域显示许多奇特的性能，可作为保温隔热材料、ICF以及X光激光靶、催化剂、吸附剂、各类电子器件等等具有优秀性能材料。

主要研究公司及机构：德国巴斯夫公司、德国维尔兹堡大学、美国劳伦兹·利物莫尔国家实验室，法国蒙彼利埃材料研究中心，纳诺科技有限公司，光订购埃力生高新科技有限公司，弘大科技（北京）股份公司。

9.碳化硅 Silicon carbide

简介：碳化硅在大自然中为天然矿物莫桑石，或者用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅硬度很大，摩氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石，具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。

发展趋势：碳化硅作为第三代半导体材料的典型代表，受到半导体下游企业的青睐，利用碳化硅单晶衬底和外延材料制作的电力电子器件可在高电压，高频率环境下工作，性能优势突出，产业前景广阔。

主要研究公司及机构：Silicon Carbide Products Inc., 美国Cree公司，河北同光晶体有限公司、中国科学院半导体研究所、厦门芯光润泽科技有限公司等。

10.达尔文吠蛛丝 Darwin'sdark spider

简介：据报道，科学家在马达加斯加岛发现蜘蛛新物种达尔文吠蛛，能编织出世界上最大、也是最坚实的蛛网，这种蜘蛛织出的蛛网宽度达25米，是迄今为止研究过的最强生物材料，是相同尺寸的凯夫拉纤维强度的10倍。

世界最贵的十大材料

1.反物质

简介：反物质，在粒子物理学里是由反粒子组成，反粒子是任意具有相同质量却带有相反电荷的粒子。反物质和物质是相对立的，会如同粒子与反粒子结合一样，导致两者湮灭并释放出高能光子或伽马射线。生产1克反物质将需要2500万亿千瓦时的能量和超过1千万亿美元的成本，由此不难想象，人造反物质是多么地珍稀。

用途：反物质是最理想的宇宙飞船能源，据计算，一粒盐粒大小的10毫克反质子便可产生相当于200吨化学燃料的推进能量。

2.内嵌富勒烯 Endohedral Fullerenes 1亿英镑/克

简介：内嵌富勒烯于1985年首次被发现，是一种球形碳纳米结构，由60个原子组成一个紧凑的富勒烯笼，里面包含非金属单质或简单分子，如氮、磷和氦等。由于生产、分离、纯化和保存过程极其困难，使得其价格高昂。

用途：目前，科学家正在研究将内嵌富勒烯用于原子钟的可能性，可应用于车载定位系统，大幅度提高GPS定位精度。

主要研究公司及机构：牛津大学（牛津大学碳材料设计公司），中国科学院，北京大学等。

3.锎 Californium 2700万美元/克

简介：锎（Californium）是一种放射性金属元素，属于锕系元素，是第六个被人工合成出来的超铀元自然界能自行产生的元素中质量最高的。

用途：同位素锎-252可被用于中子距离治疗来治疗癌症病人，由于可以只局部接受轻微的放射反应，治疗效果优于被广泛使用的放疗。

4.氚 Tritium 30000美元/克

简介：氚（Tritium）也称作超重氢，是氢的同位素之一，它的原子核由一个质子和两个中子组成，并带有放射性，会发生β衰变。氚在自然界中存在极少，一般从核反应中制得，所以造价高昂。

用途：氚及其标记化合物在军事、工业、水文、地质以及各个科学研究领域里均起着重要的作用。

5.塔菲石 Taaffeite 2000~15万美元/克

简介：塔菲石（Taaffeite）是世界上罕见的宝石矿物之一，以其发现者Richard Taaffe（1898-1967）命名，他于1945年10月在爱尔兰都柏林的一家珠宝店发现了第一个样品，大多数宝石在发现太菲石之前都被误认为是尖晶石。

用途：由于仅在少数已知样品中是已知的，所以非常稀有，目前仅作为宝石用。

6.红色绿柱石 Bixbite 9000~137500美元/克

简介：红色绿柱石是一种罕见的珍贵宝石，于1974年发现于美国。颜色呈深红、浅红及橙红色，有时几乎是红宝石红色或紫红色的绿柱石质宝石，颜色因含锰和微量锂而引起，多色性似红宝石。

用途：主要用作宝石。

7.钚 Plutonium（99.95% Pu-242） 150万美元/克

简介：钚是一种放射性元素，是原子能工业的一种重要原料。

用途：可作为核燃料和核武器的裂变剂。投于长崎市的原子弹，使用了钚制作内核部分。其也是放射性同位素热电机的热量来源。

8.黄金 Gold 37.03美元/克

简介：黄金（Gold）是化学元素金（Au）的单质形式，是一种软的，金黄色的，抗腐蚀的贵金属。如今世界每年矿产黄金2600吨左右。

用途：黄金不仅是用于储备和投资的特殊通货，同时又是首饰业、电子业、现代通讯、航天航空业等部门的重要材料。

9.铂Platinum 31.78美元/克

简介：铂（Platinum）是一种天然形成的白色贵重金属，富有延展性，可拉成很细的铂丝，轧成极薄的铂箔。化学性质极稳定，不溶于强酸强碱溶液，在空气中不氧化。铂金比黄金稀有三十倍，只在全球极少数地方才得以被开采。

用途：珠宝首饰业中，主要用作装饰品和工艺品。化学工业中，用以制造高级化学器皿、铂金坩埚、电极和加速化学反应速度的催化剂。铂铱合金是制造自来水笔笔尖的材料。尤其是在汽车工业中，铂金在尾气处理等方面的作用无可替代，消耗量几乎占到铂金工业用量的一半。

10.铑 Rhodium 24.73美元/克

简介：铑，元素符号Rh，源自希腊语rhodon，意为“玫瑰”，是一种银白色、坚硬的金属，且具有高反射率。铑存在于铂矿当中，通过精炼得到，化学性质稳定，在中等温度下能抵抗大多数普通酸（包括王水在内）。

用途：铑可用来制造加氢催化剂、热电偶、铂铑合金等。

（注：以上物质价格截止日期： 反物质：2014年9月；内嵌富勒烯：2015年12月；锎：1950年；氚：2003年； 塔菲石： 2016年10月；红色绿柱石：2016年5月；钚： 2008年； 金：2017年1月1日；铂：2017年1月1日；铑：2017年1月1日）

世界十大熔点最高的材料

1.碳化钽铪合金 Ta4HfC5 （3990℃）

简介：碳化钽铪合金实际是指五碳化四钽铪化合物，是目前已知化合物中熔点最高的物质。它可以被认为是由碳化钽（熔点3983 ℃）和碳化铪（熔点3928℃）这两种二元化合物组成。

用途：用作火箭、喷气发动机的耐热高强材料以及控制和调节装备的零件等。

2.石墨 Graphite（3652 ℃）

简介：石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子（排列方式呈蜂巢式的多个六边形）以共价键结合，构成共价分子。由于其特殊结构，具有耐高温，导电、导热性，润滑性，化学稳定性，可塑性等。

用途：传统可用作耐火材料、导电材料、耐磨润滑材料以及铸造、翻砂、压模及高温冶金材料，新型用作柔性石墨密封材料，汽车电池，新型复合材料等。

主要研究公司：Northern Graphite, Alabama Graphite Corp., Superior Graphite,吉林炭素有限公司，山西晋能集团有限公司，方大碳素等。

3.金刚石 Diamond（3550 ℃）

简介：金刚石是原子晶体，石墨是混合型晶体，石墨晶体的熔点反而高于金刚石，似乎不可思议，但石墨晶体片层内共价键的键长是1.42×10－10m，金刚石晶体内共价键的键长是1.55×10－10m。同为共价键，键长越小，键能越大，键越牢固，破坏它也就越难，也就需要提供更多的能量，故而熔点应该更高。

用途：工艺品和工业中的切割工具，如拉丝模、车刀、刻线刀、硬度计压头、地质和石油钻头、砂轮刀、玻璃刀、金刚石笔、修整器刀以及磨料等。

主要研究公司：英国Elementsix公司，美国Diamond Innovation, 韩国IL Jin公司，凯吉斯KGS金刚石集团，郑州华晶金刚石股份有限公司等。

4.钨 Tungsten（3400 ℃）

简介：钨是一种钢灰色或银白色的金属，硬度高，熔点高，常温下不受空气侵蚀。它作为熔点最高的难熔金属（一般熔点高于1650℃的金属），有良好的高温强度。

用途：主要用作制造灯丝和高速切削合金钢、超硬模具，也用于光学仪器，化学仪器。

5.二硼化锆 ZrB2（3245℃）

简介：二硼化锆（ZrB2）是具有六方晶体结构的高度共价的耐火陶瓷材料，其构成的超高温陶瓷（UHTC）熔点达3246oC，具有高熔点、相对低的密度（约为6.09g / cm 3）和良好的高温强度。

用途：可用作高温航空应用（如超音速飞行或火箭推进系统）。

6.二硼化钛 TiB2（3225℃）

简介：二硼化钛（TiB2）外表呈灰色或灰黑色，具有六方（AlB2）的晶体结构。硬度大，作为陶瓷具有优良的导热性，氧化稳定性和耐机械侵蚀性。

用途：TiB2是一种合理的电导体，可以用作铝冶炼中的阴极材料。

7.铼 Rhenium（3180℃）

简介：铼是一种金属元素，高熔点金属之一，外表与铂相同，溶于稀硝酸或过氧化氢溶液，不溶于盐酸和氢氟酸中。能被氧化成很安定的七氧化二铼Re2O7，这是铼的特殊性质。

用途：可用来制造电灯丝，人造卫星和火箭的外壳，原子反应堆的防护板等。

8.碳化钛TiC（3100℃）

简介：碳化钛（TiC）是一种极硬的（摩氏硬度达 9-9.5）耐火陶瓷材料，类似于碳化钨。它是具有金属光泽的铁灰色晶体，属于氯化钠型面心立方晶体结构。具有高熔点、沸点和硬度，还有良好的导热和导电性，在温度极低时甚至表现出超导性。

用途：广泛用于制造金属陶瓷， 耐热合金、硬质合金、抗磨材料、高温辐射材料以及其它高温真空器件。

9.锇 Osmium（3045℃）

简介：锇是元素周期表第六周期Ⅷ族元素，铂族金属成员之一，属重铂族金属，是目前已知的密度最大的金属。金属锇在空气中十分稳定，粉末状的锇易氧化。

用途：锇可用来制造超高硬度合金，锇同铑、钌、铱或铂的合金，常用作电唱机、自来水笔尖及钟表和仪器中的轴承。

10.碳化硅 SiC（2820℃）

简介：碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成。

用途：碳化硅颗粒可以通过烧结结合在一起以形成非常硬的陶瓷，其广泛地用于需要高耐久性的应用中，例如汽车制动器，汽车离合器和防弹背心中的陶瓷板。

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