인간에게 알려진 가장 강력한 물질 10가지

이 순위는 명시된 경우를 제외하고 인장 강도(GPa)를 기준으로 합니다. 일부 재료(예: 에어로젤)는 초저밀도 또는 열 저항과 같은 고유한 특성으로 인해 순위에 포함되었습니다.

참고: 여기서 '가장 강하다'는 것은 인장 강도(잡아당겨지지 않는 저항력)를 의미합니다. 경도(스크래치 저항성)의 경우, 다이아몬드가 가장 단단한 천연 소재입니다(Mohs 10).

1. 그래핀(130 GPa)

그래핀은 단일 원자 두께의 탄소 격자 구조로 인해 타의 추종을 불허하는 인장 강도를 가진 가장 강력한 소재입니다.

그래핀은 탄소 원자가 sp2 혼성화를 통해 형성된 벌집 모양의 2차원 필름입니다. 흑연과 분리된 단층 시트 구조로, 현재까지 알려진 소재 중 가장 얇은 소재이기도 합니다. 그래핀의 인장 강도와 탄성 계수는 각각 130 GPa와 1.1 TPa이며 강도는 일반 강철의 100배에 달합니다. 약 2톤의 무게를 지탱할 수 있는 그래핀으로 만든 가방은 지금까지 알려진 소재 중 가장 강도가 높습니다.

2. 론스데라이트(121~130 GPa)

희귀한 육각형 형태의 다이아몬드인 론스데라이트는 이론적으로 기존 다이아몬드보다 더 강합니다.

론즈데일라이트는 미국의 지질학자 론즈데일이 분화구에서 처음 발견했으며 육각형 운석 다이아몬드로 정의했습니다. 다이아몬드와 마찬가지로 탄소 원자로 만들어졌지만 탄소 원자가 서로 다른 모양으로 배열되어 있습니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 론스데일라이트는 다이아몬드보다 압력에 대한 저항력이 58% 더 높습니다.

3. 다이아몬드(90~100 GPa)

다이아몬드는 컴팩트한 사면체 결정 구조 덕분에 인장 강도와 경도가 매우 뛰어납니다.

다이아몬드는 지구상에서 가장 단단한 자연 발생 물질이며, 탄소의 동소체입니다. 다이아몬드의 경도는 모스 경도 중 가장 높은 수준인 10등급입니다. 미세 경도는 10000kg/mm2로 석영보다 1,000배, 커런덤보다 150배 높습니다.

4. 탄소 나노튜브(63 GPa)

탄소 나노튜브는 극한의 강도와 가벼운 무게를 결합하여 구조용 나노소재에 이상적입니다.

탄소 나노튜브(CNT) 는 육각형 탄소 원자 배열이 동축 튜브로 형성된 1차원 양자 물질입니다. 그래핀 층의 수에 따라 단일벽 탄소 나노튜브(SWCNT) 또는 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT)로 분류할 수 있습니다. 탄소 나노튜브는 인장 강도가 63GPa로 우수한 기계적 특성을 가지고 있습니다. 탄성 계수는 다이아몬드와 동등하고 강철의 약 5배에 달하는 최대 1TPa에 달할 수 있습니다.

5. 질화붕소 나노튜브(33 GPa)

질화붕소는 탄소와 마찬가지로 단일 원자 시트를 형성할 수 있으며, 이를 말아서 나노튜브를 형성할 수 있습니다. 질화붕소 나노튜브(BNNT)는 탄소 나노튜브와 구조적으로 유사하며 인장 강도는 약 33GPa로 비슷한 수준입니다. BNNT의 진정한 장점은 뛰어난 열적, 화학적 안정성과 폴리머와의 강력한 계면 결합에서 비롯되는데, 탄소 나노튜브에 비해 PMMA에서는 약 30%, 에폭시 수지에서는 약 20% 더 높은 계면 강도를 보입니다.

질화붕소 나노튜브는 광학적 특성, 우수한 기계적 및 열 전도성 특성뿐만 아니라 고온을 견디고 중성자 복사를 흡수하여 폴리머, 세라믹 및 금속 복합재의 기계적 또는 열적 향상을 위한 효과적인 첨가제가 될 수 있습니다. 질화붕소 나노튜브의 추가 응용 분야에는 보호막, 전기 절연체 및 센서가 포함됩니다.

6. 초고분자량 폴리에틸렌 섬유(30.84 GPa)

초고분자량 폴리에틸렌 섬유는 무게 대비 강도가 높아 갑옷과 의료 기기에 사용됩니다.

UHMWPE는 상대 분자량이 100만에서 500만인 폴리에틸렌으로 만든 섬유의 일종으로, 현재 세계에서 가장 강하고 가벼운 섬유 중 하나입니다. 강철 와이어보다 15배 강하지만 무게는 매우 가볍고 아라미드 같은 소재보다 최대 40% 더 가볍습니다.

7. 메탈릭 글래스(1.61 GPa)

메탈릭 유리는 무질서한 원자 구조로 인해 강도와 탄성이 높은 것이 특징입니다.

메탈릭 유리는 일반적으로 비정질 구조와 유리 구조를 가진 합금인 비정질 금속이라고도 합니다. 이 이중 구조는 우수한 전기 전도성, 고강도, 고탄성, 내마모성 및 내식성 등 결정성 금속 및 유리보다 우수한 많은 특성을 가지고 있음을 결정합니다. 금속 유리는 강철보다 강하고 경질 공구강보다 단단합니다.

8. 다윈의 나무껍질 거미줄(1.6 GPa)

이 거미줄은 대부분의 합성 섬유를 능가하는 가장 견고한 생물학적 소재 중 하나입니다.

마다가스카르에서 새로운 종의 거미인 다윈나무껍질거미가 발견되어 세계에서 가장 크고 견고한 거미줄을 만들었습니다. 폭이 25미터에 달하는 이 거미줄은 지금까지 연구된 거미줄 중 가장 강한 생물학적 소재이며 같은 크기의 케블라보다 10배 더 강합니다.

9. 실리콘 카바이드(0.3 GPa)

실리콘 카바이드는 내열성과 적당한 인장 강도로 잘 알려진 내구성 있는 세라믹입니다.

실리콘 카바이드는 자연에 존재하는 천연 광물이거나 석영 모래, 석유 코크스(또는 석탄 코크스), 나무 조각 및 기타 원료를 고온에서 제련하여 저항 용광로에서 제련하여 만들어집니다. 실리콘 카바이드는 모스 경도가 9.5로 세계에서 가장 단단한 다이아몬드에 이어 두 번째로 단단합니다. 또한 실리콘 카바이드는 열전도율이 뛰어납니다. 반도체의 일종으로 고온에서 산화에 저항할 수 있습니다.

10. 에어로젤(0.02 GPa)

에어로젤은 인장 강도는 낮지만 단열에 유용한 초경량 소재입니다.

에어로젤은 세계에서 가장 작은 밀도를 가진 고체 물질의 한 형태입니다. 에어로젤은 밀도가 매우 낮기 때문에 무게 대비 강도가 매우 뛰어나며 질량의 수천 배에 달하는 압축력을 견딜 수 있고 최대 1200°C까지 열적으로 안정적으로 유지됩니다.

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