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. Als jouw leger een stalen zwaard had en de vijand had slechts ijzeren zwaarden, dan was het duidelijk wie het gevecht zou winnen. Tegenwoordig wordt een soortgelijke strijd vooral gevoerd tussen elektronicafabrikanten en chipfabriekanten. De kunst is om met steeds dunnere, kleinere en vooral sterkere materialen chips te maken die steeds meer kunnen, maar niet groter of zwaarder worden. Daarnaast zijn er natuurlijk voldoende toepassingen te bedenken voor sterke materialen, zoals natuurlijk het leger, maar ook de industrie en de ruimtevaart. Maak je maar op voor een overzicht van een aantal materialen waar je nog nooit van hebt gehoord en die soms slechts een paar jaar geleden zijn ontwikkeld. De sterkte van het materiaal wordt uitgedrukt in MPa. Dat is de kracht die nodig is om het materiaal te breken.


10. Kevlar

Treksterkste: 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. Ook vandaag de dag wordt het nog steeds gebruikt in fietsbanden en autobanden. De kans dat je jouw kevlar band plat rijdt is erg klein. Het materiaal is vijf keer sterker dan staal.

9. Patella Vulgata


Tango22/wikicommons

Treksterkste: 3000-6500 MPa

De Patella Vulgata is niet één of ander industrieel materiaal, zoals je misschien zou denken, 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 besloot een verveelde bioloog om de sterkte van deze zeeslakkentanden eens aan een nauwkeurig onderzoek te onderwerpen, waarna hij er achter kwam dat sommige van deze tanden sterker zijn dan spinnenzijde. Dat was het tot dan toe sterkste natuurlijke materiaal. Waarom de tanden zo idioot sterk zijn is overigens niet bekend. Misschien iets voor een vervolgonderzoek.


8. Buckypaper


Raywhitby/wikicommons

Bij papier denk je waarschijnlijk aan iets anders dan wat met `Buckypaper` wordt bedoeld. Dit `papier` is namelijk 50000 keer dunner dan een mensenhaar en 500 keer sterker dan staal. Nogal indrukwekkende eigenschappen. Het materiaal is gemaakt uit koolstof nanobuisjes en was vooral bedoeld als een middel om de buisjes praktisch te gebruiken. Inmiddels is de interesse een stuk breder. Vanwege de enorme sterkte, ten opzichte van het gewicht zou het ook ideaal kunnen zijn als materiaal voor bepantsering en kogelvrije vesten. Misschien wordt buckypaper wel het nieuwe kevlar.

7. Zylon

Treksterkste: 5800 MPa

Langzaam maar zeker komen we nu aan bij het soort materialen waarvan je waarschijnlijk nog nooit hebt gehoord. Zylon is er daar waarschijnlijk één van. Het is een kunstmatig gemaakt materiaal en is volgens de fabrikant: `een speciale variant van thermohardend vloeibaar kristalijn polyoxazool`. Dat laatste mag je uiteraard gelijk weer vergeten. Veelzeggender is dat zylon ongeveer 1,6 keer zo sterk is als kevlar en vooral wordt gebruikt voor onder meer tennisrackets, snowboards en tafeltennisbladen.


6. Koolstofvezel

Hadhuey/wikicommons

Treksterkste: 5800 MPa

Koolstof is op zichzelf een overal voorkomend materiaal. Een aantal wetenschappers vroeg zich af wat er zou gebeuren als je de koolstofmoleculen heel dicht op elkaar stopt. Nou, dan krijg je dus een koolstofvezel. Een ontzagwekkend sterk materiaal van slechts 5 tot 10 micrometer in diameter. Het wordt vooral gebruikt als vervanging van bijvoorbeeld staal. De eigenschappen van koolstofvezel zijn namelijk stukken beter. Het is sterker, smelt minder snel en is in verhouding een heel stuk lichter. Het heeft trouwens ook een groot nadeel: koolstofvezel is voorlopig ook heel veel duurder.

5. 3D-vorm van grafeen ontwikkeld door MIT-ingenieurs

Bij het zoeken naar het sterkste materiaal, gaat het zelden alleen om de sterkte maar ook om het gewicht. Het ultieme materiaal is dus super licht en super sterk. Op die manier is het natuurlijk heel makkelijk om te verwerken. Bijvoorbeeld in je telefoon, maar ook in een kogelvrij vest. Één van de meest bizarre materialen tot nu toe is het 3D grafeen (later in de lijst) dat een paar jaar geleden werd ontwikkeld door ingenieurs van MIT, een beroemde universiteit in de VS. Zij wisten grafeen zo te verwerken dat er een echt materiaal uit ontstond, dat ze voorlopig maar 3D grafeen hebben genoemd. Nu nog bedenken wat we er in het echt mee kunnen doen.


4. Koolstofnanobuizen


Schwarzm/wikicommons

Treksterkste: 11000-63000 MPa

Als je denkt aan het hardste materiaal, denken de meeste mensen gelijk aan diamant. Dat is niet zo raar, als je bedenkt dat diamant bestaat uit super samengeperst koolstof. Door de enorme druk ontstaat vervolgens diamant. Al vele decennia proberen wetenschappers dit proces industrieel na te doen. En met succes. Industriële diamant wordt al heel lang geproduceerd. Maar kan het nog verder? Kun je de koolstof nog verder samenpersen, dan bij diamant het geval is. Het antwoord daarop zijn koolstofnanobuizen. Met het blote oog niet te zien, maar inmiddels onmisbaar voor iedere zichzelf respecterende chipfabrikant. De nanobuizen zijn namelijk de toekomst om elektronische verbindingen te maken, waaruit de chips bestaan.

3. Lonsdaleite

Treksterkste: 28000+ MPa

De top drie van sterkste materialen bestaan allemaal uit zulke minuscule materialen over verbindingen dat je ze alleen onder een hele goede microscoop kunt zien. Ze dienen dan ook vooral als materiaal, of toekomstig materiaal, om nieuwe supermaterialen te produceren, zoals het eerder genoemde 3D grafeen. Lonsdaleite is hierbij wel een vreemde eend in de bijt. Het is namelijk een natuurlijk gevormd materiaal dat ontstaat als een meteoriet op de aarde botst. Dit gaat met zoveel geweld en kracht gepaard dat grafiet in diamant veranderd. Alleen is het geen natuurlijke diamant, maar een variatie daarop. Het verschil zie je alleen onder de microscoop.

2. Wurtzite Boron Nanotube

Treksterkste: 33000 MPa

Wurtzite boriumnitriet, zoals het materiaal ook wel wordt genoemd, is een variant op het hierboven genoemde lonsdaleite. Ook dit materiaal bestaat uit samengeperste koolstof. Het verschil zit hem alleen in hoe dat gebeurt. Je zou zeggen dat een meteorietinslag al een hele knal is, maar blijkbaar kan het nog net wat gewelddadiger. Met een vulkaanuitbarsting. Tijdens de enorme energie die daarbij vrijkomt wordt het boriumnitriet gevormd. Ook hierbij moet je wel heel goed onder een microscoop kijken om het te zien.

1. Grafeen

Treksterkste: 130.000 MPa

Het allersterkste materiaal ter wereld is zonder twijfel grafeen. Vergelijk de sterkte maar eens met de bovenstaande materialen. Het grote probleem van grafeen is echter dat het door de enorme sterkte, nauwelijks te verwerken valt in bruikbare materialen. Het bestaat dan ook vooral in combinatie met andere materialen. Pas in 2004 wisten wetenschappers het pure grafeen te isoleren. Met 130.000 MPa is het maar liefst 200 keer sterker dan staal.