Lassen Sie mich zunächst die Zugfestigkeit beider Substanzen angeben:
Diamond: 1600 MPa
Steel : 2617 MPa
Wie Sie wissen sollten, ist die Zugfestigkeit, wie stark ein Material belastet oder gezogen werden kann, bevor es bricht. Die obigen Daten zeigen, dass Diamant spröder ist als Stahl. Aber ich dachte, ein Diamant ist das stärkste natürliche Objekt auf diesem Planeten. Wie kann es spröder sein als etwas, das von Menschen gemacht ist? Widerstehen die 4 starken kovalenten Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen nicht dem Zug und tragen eine enorme Menge an Gewicht durch?
Die Festigkeit von Materialien wird durch Defekte beeinträchtigt. Ein perfekter Eisenkristall wäre extrem stark. Sobald ein Riss beginnt, ist es nicht so schwer, ihn um ein Atom tiefer vorzudringen. Denken Sie an das Aufreißen einer Plastiktüte. Viel einfacher, sobald der Riss beginnt.
Spröde Materialien können leichter brechen, da sie sich weniger dehnen. Es ist einfacher, ein Blatt Papier zu zerreißen als ein Blatt Gummi. Gummi dehnt sich aus, sodass die Kraft über einen großen Bereich verteilt wird. Bei Papier befindet sich alles in einem kleinen Bereich nahe der Spitze des Risses. Ein kleiner Bereich hat eine kleinere Querschnittsfläche. Die Spannung ist bei gleicher Kraft größer.
Die von Ihnen zitierten Daten zeigen, dass Diamant stärker als Stahl ist, aber Stärke ist nicht dasselbe wie Sprödigkeit (oder tatsächlich Steifheit). Sprödigkeit hat damit zu tun, wie viel Energie benötigt wird, um etwas zu brechen, und berücksichtigt die Verformung, die es aushalten kann, sowie seine Festigkeit. Stahl kann sich stark verformen, bevor er bricht, Diamant nicht, und daher ist Diamant spröder als Stahl, aber viel stärker.
Tatsächlich zeigen die von Ihnen vorgelegten Daten, dass Eisen/Stahl spröder ist als Diamant. Die genaue Zugfestigkeit von Diamant ist unbekannt, es wurden jedoch Werte von bis zu 60000 MPa beobachtet. Typische Werte der Zugfestigkeit von Eisen/Stahl variieren von 100 bis 11000 MPa. Daher hält Diamant mehr aus als Eisen/Stahl.
Ein Glasstab kann eine höhere Zugfestigkeit als Eisen haben, wenn er richtig poliert wird. Ein Diamantstab mit einem perfekten Kristallgitter hat also eine große Zugfestigkeit. Aber wahrscheinlich nicht das Größte, vielleicht würde ein aufgerollter Graphenstab besser tun, da mehr der Bindungen gleichzeitig Zugkraft aufnehmen können. Eine einfache Kette von Kohlenstoffatomen mit Doppelbindungen dazwischen kann ein Gewinner sein. Aber wenn Kristalle brechen, brechen sie, Stahl ist so viel besser, da er dehnbar und dehnbar ist. Die Energie, die benötigt wird, um das Material in zwei Teile zu ziehen, kann dann bei einigen Stahlsorten höher sein. Spinnenseide kann auch gut funktionieren.
Ein perfekter Kristall aus diamantgeätztem Nanoglatt hätte eine viel höhere Zugfestigkeit als dieser. Gemäß https://en.wikipedia.org/wiki/Fracture_mechanics, sind es mikroskopisch kleine Oberflächenrisse, die dazu führen, dass spröde Feststoffe eine viel geringere Festigkeit haben, da sich jede Spannung, die darauf ausgeübt wird, an der Spitze des Risses konzentriert. Je länger der Riss ist, desto weniger Spannung ist erforderlich, um die Spannung an der Spitze des Risses zu vergrößern und den Riss weiter auszubreiten. Sobald genügend Spannung aufgebracht wird, um den Riss weiter auszubreiten, kann die Spannung noch leichter vergrößert werden, da der Riss länger ist, sodass Sie den außer Kontrolle geratenen Effekt des Risses bekommen, der mit Schallgeschwindigkeit im Material wächst, wodurch das Objekt scheinbar sofort bricht. Kratzen ist eine Möglichkeit, einen Riss in ein nanoglattes Objekt einzubringen, und es leistet gute Arbeit, denn laut Whit3rds Antwort auf meine Frage unter Wie kratzt eine unendlich harte Spitze ein amorphes sprödes Material, wenn sie daran entlang gleitet?, führt der Beginn des Kratzens zu Rissen, die sich dann durch erhöhte Spannung ausbreiten können, wodurch die Oberfläche schwach genug wird, um noch tiefer gekratzt zu werden, was die Oberfläche weiter schwächt, und dieser Prozess setzt sich fort, bis der Kratzer so tief ist, dass die Spitze nicht mehr genug ausübt Kraft pro Bereich, um den Kratzer tiefer zu machen, sogar mit der reduzierten Stärke als Ergebnis des Kratzens.
Ein Diamant ist nicht stärker als Stahl. Es ist glatter als Stahl, da seine Moleküle viel dichter beieinander liegen, was es zum Beispiel für einen Bohrer mit Diamantspitze einfacher macht, Verschleiß zu widerstehen, da alles, was er bohrt, um die Glätte der Diamantspitze rutscht. Heutzutage verwenden Safecracker jedoch einen speziellen Bohrer mit Stahlspitze. Aufgrund ihrer Herstellung halten sie länger als Diamantspitzen. Stahl ist viel dichter als ein Diamant, jedes einzelne Stahlmolekül wiegt viel mehr als ein Kohlenstoffatom allein.
Glätte ist mehr oder weniger ein Trick des Diamanten, um ihn aussehen zu lassen, als wäre er Titan oder so etwas. Es ist nicht nur glatt.
Stahl ist das stärkste Metall, das wir derzeit haben. Das einzige Problem ist, dass Stahl in feuerfesten Materialien unter freiem Himmel hergestellt wird, wo Luftmoleküle und andere Ablagerungen in den Stahl schmelzen können. Aber Stahl ist so stark, dass es eigentlich nicht so wichtig ist. Aber ja, machen Sie Stahl so glatt wie einen Diamanten, und Sie haben Superman-Metall mit einer größeren Verschleiß- und Reißfestigkeit als jede andere dem Menschen bekannte Oberfläche.
Mindwin