世界上十种超硬材料

一、钻石（金刚石：地球上天然存在中最坚硬的物质）

钻石被誉为“宝石之王”，，是最受人们喜爱的宝石之一。钻石是经过琢磨的金刚石，它在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳 (C)元素构成，具有立方结构的天然无色晶体。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。人工合成金刚石的方法主要有两种，高温高压法及化学气相沉积法。金刚石的用途非常广泛，比如工艺品、工业中的切割工具也是贵重宝石。

二、石墨烯（石墨烯断裂强度比最好的钢材高200倍）

石墨烯，是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料 。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，尤其在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有十分重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。 石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)。

三、碳炔（强度超过钻石的40倍）

碳炔是碳原子聚集在一起形成的链，这些碳原子通过双键或者交替的单键和三键连接在一起。碳炔被认为是世界上最强韧的材料，强度超过钻石40倍，碳炔已被证明比钢强200多倍，是石墨烯强度的两倍。碳炔在未来超高强度设备的发展中将有很重要的用途。 碳炔还有一些有意思的性能。比如它的柔韧性与聚合物和双链DNA相似。一旦发生扭曲时，它的整个结构可以自由旋转，强度取决于末端化学组的牢固程度。而最有趣的或许是其稳定性，研究发现当两组碳炔链接触时的确会发生反应，但存在一个激活屏障，能够很容易防止这种情况的发生。

四、碳纳米管（碳纳米管强度比同体积钢的强度高100倍）

碳纳米管，作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。 碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。

五、硼烯（神奇纳米材料）

硼烯最早并不是诞生在实验室，而是在计算机里：计算机模拟显示，硼氧化物的诞生可能可以追溯到1990年，以显示硼原子如何形成单层。从20多年前开始，世界各地的科学家都通过计算机模拟，证明了硼烯的存在，并对其性质进行了预测。 硼烯与石墨烯中的碳一样具有相同的六边形晶格排列，但在每个六边形中心还另有一个硼原子。硼烯在某个方向上比石墨烯的强度还要高。如此优越的力学性质，加上特殊的电学性质和热学性质，硼烯的应用前景将十分宽广。硼烯由于拥有优越的电学、力学、热学属性，被科学界寄予厚望，或将成为继石墨烯之后又一种“神奇纳米材料”。

六、气凝胶（绝缘能力比最好的玻璃纤维强39倍）

气凝胶又称为干凝胶。当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。比如明胶、阿拉伯胶、硅胶、毛发、指甲等。气凝胶也具凝胶的性质，即具膨胀作用、触变作用、离浆作用。 气凝胶，作为世界最轻的固体，已入选吉尼斯世界纪录。目前最轻的硅气凝胶仅有0.16毫克每立方厘米，比空气密度略低，所以也被叫做“冻结的烟”或“蓝烟”。气凝胶看上去“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。另外它的导热性和折射率也非常低，绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。由于具备这些特性，气凝胶便成为航天探测中不可替代的材料，比如俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”探测器都用它来进行热绝缘。

七、纳米线（比钢坚硬15倍）

纳米线是一种一维材料，在横向上被限制在100纳米以下，纵横比在1000以上。碳纳米管就是纳米线大家族中的明星材料。根据组成材料的不同，纳米线可分为不同的类型，包括金属纳米线，半导体纳米线和绝缘体纳米线。通常情况下，随着尺寸的减小，纳米线会体现出比大块材料更好的机械性能，强度变强，韧度变好。在电子、光电子和纳电子机械器械中，纳米线有可能起到很重要的作用。它同时还可以作为合成物中的添加物、量子器械中的连线、场发射器和生物分子纳米感应器。

八、氮化硼（立方氮化硼比金刚石还硬）

氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体，具有四种不同的变体：六方氮化硼（HBN）、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼（CBN）和纤锌矿氮化硼（WBN）。立方氮化硼比金刚石还硬一些，其他种类氮化硼硬度稍弱于金刚石。氮化硼具有耐高温、耐腐蚀、导热性好、热膨胀系数低、抗热震性好、化学稳定性好、良好的润滑性，以及优良的电学性能，在电子、冶金、化工、宇航等尖端技术中具有极为广泛的用途。 氮化硼具有多种优良性能：比如广泛应用于高压高频电及等离子弧的绝缘体、自动焊接耐高温架的涂层、高频感应电炉的材料、半导体的固相掺和料、原子反应堆的结构材料、防止中子辐射的包装材料、雷达的传递窗、雷达天线的介质和火箭发动机的组成物等。

九、金刚砂（碳化硅硬度仅次于金刚石、碳化硼和立方氮化硼）

碳化硅是由美国人艾奇逊在1891年电熔金刚石实验时，在实验室偶然发现的一种碳化物，当时误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂。碳化硅的硬度很大，莫氏硬度为9.5级，稍稍低于金刚石（10级），具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。 碳化硅硬度仅次于金刚石、碳化硼和立方氮化硼，在无机材料中排行第四。目前已能通过热压烧结法制得高致密度的碳化硅。它具有很高的强度及良好的抗氧化性能，在高温下不变形，可作为高温燃气轮机上的涡轮叶片，也可作耐磨的密封材料，还可作火箭尾喷管的喷嘴及轻质的防弹用品等。

十、钛合金（高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度）

钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种。钛合金具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点，广泛用于工业生产，主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。