Top 10 Sterkte materialen op aarde

Mensen zijn al duizenden jaren bezig met een oneindige zoektocht naar steeds sterkere materialen. Vroeger was daar een heel simpele reden voor: wie het sterkste zwaard had, won het gevecht. Tegenwoordig wordt een soortgelijke strijd gevoerd in de technologie.

De kunst is om met steeds dunnere en kleinere materialen chips te maken die krachtiger zijn zonder zwaarder te worden. Daarnaast zijn sterke materialen onmisbaar voor de industrie, defensie en de ruimtevaart. Hier is een overzicht van de meest indrukwekkende materialen op aarde.

10. Kevlar

Treksterkte: 3620 MPa

Waarschijnlijk heb je weleens van kevlar gehoord. Het is vooral bekend vanwege het gebruik in kogelvrije vesten. Het unieke van kevlar is dat het zo sterk is dat het een kogel kan tegenhouden, maar tegelijkertijd niet al te zwaar is.

Toch is kevlar niet uitgevonden voor of door het leger, maar voor de Formule-1. Ze wilden het gebruiken als vervanging van staal in banden, zodat de auto lichter zou worden. Vandaag de dag wordt het ook nog steeds gebruikt in fietsbanden en autobanden. Het materiaal is vijf keer sterker dan staal.

9. Patella Vulgata

Treksterkte: 3000-6500 MPa

De Patella Vulgata is niet één of ander industrieel materiaal, maar een zeeslak. Beter bekend als de Europese limpet. Het beestje komt vooral voor in en rondom West-Europa. De sterkte gaat overigens niet om de slak als geheel, maar over zijn tanden.

In 2015 ontdekten biologen dat deze tanden sterker zijn dan spinnenzijde, wat tot dan toe het sterkste natuurlijke materiaal was. De tanden bevatten flinterdunne vezels van het mineraal goethiet. Waarom de tanden zo idioot sterk zijn is overigens niet precies bekend.

8. Buckypaper

Treksterkte: ca. 3000 MPa

Bij papier denk je waarschijnlijk aan iets anders dan wat met Buckypaper wordt bedoeld. Dit papier is namelijk 50.000 keer dunner dan een mensenhaar en in potentie honderden keren sterker dan staal.

Het materiaal is gemaakt uit koolstof nanobuisjes. Vanwege de enorme sterkte ten opzichte van het gewicht zou het ideaal kunnen zijn als materiaal voor bepantsering en kogelvrije vesten. Misschien wordt buckypaper wel de opvolger van kevlar in de nabije toekomst.

7. Zylon

Treksterkte: 5800 MPa

Langzaam maar zeker komen we nu aan bij materialen waarvan je waarschijnlijk nog nooit hebt gehoord. Zylon is een kunstmatig gemaakt materiaal van thermohardend vloeibaar kristallijn polyoxazool.

Veelzeggender is dat zylon ongeveer 1,6 keer zo sterk is als kevlar. Het wordt tegenwoordig vooral gebruikt in situaties waar extreme veiligheid vereist is, zoals bij de koorden van parachutes voor ruimtesondes, in tennisrackets en in beschermende kleding voor autocoureurs.

6. Koolstofvezel

Treksterkte: 3500-5800 MPa

Koolstofvezel bestaat uit moleculen die in een kristalstructuur dicht op elkaar zijn gepakt. Dit resulteert in een ontzagwekkend sterk materiaal van slechts 5 tot 10 micrometer in diameter.

Het wordt vooral gebruikt als vervanging van staal in de luchtvaart en luxe sportwagens. De eigenschappen zijn superieur: het is sterker, hittebestendiger en veel lichter. Het enige nadeel is dat koolstofvezel op dit moment nog behoorlijk kostbaar is om te produceren.

5. 3D-vorm van grafeen (MIT)

Bij het zoeken naar het sterkste materiaal gaat het vaak om de balans tussen kracht en gewicht. Ingenieurs van het MIT wisten grafeenvlokken zo te verwerken dat er een poreuze 3D-structuur ontstond.

Dit materiaal heeft een dichtheid van slechts 5% van die van staal, maar is toch tien keer sterker. Het laat zien dat de geometrische rangschikking van atomen net zo belangrijk is als het materiaal zelf voor het bepalen van de uiteindelijke sterkte.

4. Koolstofnanobuizen

Treksterkte: 11.000-63.000 MPa

Koolstofnanobuizen (CNT’s) zijn cilindervormige moleculen van koolstof. Ze hebben een unieke structuur waardoor ze extreem sterk zijn. Wetenschappers proberen dit proces industrieel na te bootsen om de opvolger van diamant te creëren.

Deze buisjes zijn met het blote oog niet te zien, maar inmiddels onmisbaar voor moderne chipfabrikanten. Ze zijn namelijk de toekomst voor het maken van de minuscule elektronische verbindingen waaruit de krachtigste computerchips bestaan.

3. Lonsdaleite

Treksterkte: 28.000+ MPa

Lonsdaleite is een vreemde eend in de bijt. Het is een zeldzame vorm van diamant die ontstaat wanneer een meteoriet die grafiet bevat op de aarde inslaat. De enorme hitte en druk zorgen ervoor dat de koolstof transformeert.

In tegenstelling tot normale diamant heeft lonsdaleite een hexagonale kristalstructuur. Simulaties wijzen uit dat pure lonsdaleite tot 58% harder kan zijn dan gewone diamant, al is het in de natuur vaak vermengd met onzuiverheden.

2. Wurtzite Boriumnitride

Treksterkte: ca. 33.000 MPa

Wurtzite boriumnitride is qua structuur vergelijkbaar met diamant, maar het bestaat niet uit koolstof maar uit boor en stikstof. Het ontstaat tijdens extreme gebeurtenissen zoals vulkaanuitbarstingen onder enorme druk.

Het materiaal is extreem zeldzaam en kan alleen onder een microscoop goed bestudeerd worden. Het is een van de weinige stoffen die onder bepaalde omstandigheden sterker en harder kan zijn dan een traditionele diamant.

1. Grafeen

Treksterkte: 130.000 MPa

Het allersterkste materiaal ter wereld is zonder twijfel grafeen. Het bestaat uit een enkele laag koolstofatomen in een honingraatrooster. Pas in 2004 wisten wetenschappers dit pure materiaal te isoleren.

Met een treksterkte van 130.000 MPa is het maar liefst 200 keer sterker dan staal. Het grote probleem is momenteel nog dat het op atomair niveau zo sterk is, dat het lastig is om er grote, bruikbare objecten van te maken zonder die kracht te verliezen.