超硬材料在各個(gè)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用，重要性自然不言而喻。不管上到航天飛機(jī)宇宙飛船，下到石油鉆探深海潛艇，還是精密機(jī)床武器加工核能發(fā)電，凡是涉及到高精尖的領(lǐng)域都少不得它們的身影。各國科學(xué)家們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域也是皓首研究你追我趕以求更多發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檫@些領(lǐng)域牽涉到一個(gè)國家工業(yè)化現(xiàn)代化及可持續(xù)發(fā)展，對(duì)這些材料的廣泛應(yīng)用也是一個(gè)國家綜合實(shí)力的象征。

Number 1 硫化碳炔(Carbyne)

次甲基自由基（Methylidyne radical）又碳炔，或稱為一碳化一氫，是一個(gè)僅由一個(gè)碳原子跟一個(gè)氫原子構(gòu)成的極不穩(wěn)定氣體或自由基，化學(xué)式為CH-，也稱為甲炔基。

一碳化一氫

金剛石的穩(wěn)定程度非常高因?yàn)樗冀Y(jié)構(gòu)呈三角狀，然而碳炔是在金剛石的基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的加工固牢，所以從目前科學(xué)的角度來看，碳炔是世界上最穩(wěn)定，最堅(jiān)硬的物體。碳炔硬度比鋼高200多倍，是鉆石40倍，是石墨烯抗拉強(qiáng)度的2倍。作為一種結(jié)構(gòu)極其簡單的物質(zhì)，硫化碳炔由一串單原子組成。硫化碳炔的拉伸高度是金剛石的三倍，它的拉伸強(qiáng)度則是石墨烯的兩倍，碳炔這種碳原子一維線性帶狀物的強(qiáng)度比任何材料都要堅(jiān)硬和牢固，超強(qiáng)的硬度史無前例無人能敵。碳納米管和石墨烯的硬度為4.5×108牛頓米/千克，而碳炔則能達(dá)到109牛頓米/千克。碳炔的強(qiáng)度。該材料具有無與倫比的強(qiáng)度，需要施加10納米牛（nanoNewtons）的外力才能破壞其單鏈結(jié)構(gòu)。如果轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度，可達(dá)6.0至7.5×107牛頓米/千克，超過了石墨烯的4.7至5.5×107牛頓米每/克，碳納米管的4.3至5.0×107牛頓米/千克和金剛石的2.5至6.5×107牛頓米/千克。

Number 2 石墨烯(Graphene)

石墨烯管

石墨烯是有史以來測(cè)試過的最強(qiáng)材料。石墨烯是一種平面單層緊密打包成一個(gè)二維（2D）蜂窩晶格的碳原子，并且是所有其他維度的石墨材料的基本構(gòu)建模塊。它可以被包裝成零維（0D）的富勒烯，卷成了一維（1D）的納米管或堆疊成三維（3D）的石墨。它的強(qiáng)度比鋼鐵還要高200倍，具有1 TPA（150,000,000 psi）時(shí)的拉伸模量（剛度）。 1 平方米的石墨烯吊床可以支撐4 公斤的貓，但重量只有一只貓的胡須，0.77 毫克。

Number 3 六邊形鉆石(Hexagonal Diamond)

實(shí)驗(yàn)室制造的六邊形鉆石比天然鉆石更硬

1967年美國通用電氣公司生產(chǎn)出一種具有與鉆石相似折射率和相似密度的晶體。但這種由碳原子組成的晶體不是等軸晶系礦物，而是具六邊對(duì)稱型。幾乎同時(shí)，同樣性質(zhì)的礦物也在美國亞利桑那的隕石中發(fā)現(xiàn)。著名結(jié)晶學(xué)家dame kathleen lonsdale命名為朗斯代爾礦，英文名稱lonsdaleite ，中文則譯為六方鉆石。硬質(zhì)材料對(duì)于加工能力很有用，鉆石長期以來一直用于鉆頭。六角形金剛石可能比立方形金剛石更硬，因此它可能是加工、鉆孔或任何類型的立方形金剛石應(yīng)用的絕佳替代品。它不但工業(yè)優(yōu)勢(shì)很明顯，有朝一日六邊形鉆石有可能用于訂婚戒指，目前實(shí)驗(yàn)室制造的立方鉆石與天然鉆石相比價(jià)值較低，但六邊形鉆石可能更新穎。

Number 4 纖鋅礦型氮化硼(Wurtzite Boron Nitride)

纖鋅礦型氮化硼

纖鋅礦型氮化硼(wBN)和人們熟悉的立方氮化硼(zBN)一樣﹐都是自然界沒有的人造超硬材料,具有十分優(yōu)良的性能;密度高、硬度大、對(duì)鐵族金屬及其合金的化學(xué)惰性遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于金剛石,具有良好的電絕緣性,以及具有僅次于金剛石而高于金屬銅的導(dǎo)熱性。 纖鋅礦型氮化硼由氮和硼結(jié)合而成，在高壓下形成。它這種材料的結(jié)構(gòu)也很像鉆石，但它是由其他一些原子而不是碳組成的。這種材料也是自然發(fā)現(xiàn)的，所以不能浪費(fèi)在實(shí)驗(yàn)室里。它是在高溫高壓的火山噴發(fā)過程中形成的。它可以承受比金剛石多 18% 的應(yīng)力，這是由于柔性鍵的重新定向以及比金剛石更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過重新定向過程后，它變得比鉆石堅(jiān)硬 80%。

Number 5 金屬玻璃(Metallic Glass)

液態(tài)金屬

在好萊塢電影《終結(jié)者》中具有不死之身的未來戰(zhàn)士給觀眾留下了深刻的印象，他無堅(jiān)不摧，而且破碎后能夠像液體一樣自然流動(dòng)然后自動(dòng)修復(fù)成原來的樣子。 科幻電影中的神奇現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)生活中也有他對(duì)應(yīng)的材料。 這就是金屬玻璃（metallic glass），也稱為液態(tài)金屬（liquid metal）或 非晶態(tài)合金是一種由鈀的微合金制成的玻璃，大部分是直接由液態(tài)急冷凍而成的，生產(chǎn)成本低，是一種有廣闊應(yīng)用前景的新型材料。它的特性是具有極高的強(qiáng)度的同時(shí)又沒有玻璃那么脆，而且密度不高，質(zhì)量比很多合金都要輕。

Number 6 馬氏體時(shí)效鋼(Maraging Steel)

馬氏體時(shí)效鋼

馬氏體鋼是通過熱處理可以調(diào)整其力學(xué)性能的不銹鋼，通俗地說，是一類可硬化的不銹鋼。淬火后硬度較高，不同回火溫度具有不同強(qiáng)韌性組合，主要用于蒸汽輪機(jī)葉片、餐具、外科手術(shù)器械。根據(jù)化學(xué)成分的差異，馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。根據(jù)組織和強(qiáng)化機(jī)理的不同，還可分為馬氏體不銹鋼、馬氏體和或半馬氏體沉淀硬化不銹鋼以及馬氏體時(shí)效不銹鋼等。它是由無碳馬氏體為基體組成，經(jīng)過較長的熱處理，有著高強(qiáng)度韌性且延展性的鋼。常被應(yīng)用于航空航天和模具制造等方面。

Number 7 鋨金屬(Osmium)

鋨金屬

鋨金屬非常堅(jiān)硬，在高溫下可保持光澤。鋨的壓縮性非常低，因此體積模量非常高，在395和462 GPa之間，與鉆石的443 GPa相約。在壓力為4 GPa的情況下，鋨的硬度也比較高。由于堅(jiān)硬易碎，蒸氣壓低（鉑系元素中最低），熔點(diǎn)極高（所有元素中第四高），所以固體鋨很難塑形，生產(chǎn)過程十分困難。鋨也屬于稀有金屬，可用來制造超高硬度的合金，適合制作極端耐久性硬度物品。

Number 8 碳復(fù)合材料(Carbon Composite Material)

碳纖維復(fù)合材料

碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高于鋼。材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。

Number 9 蜘蛛絲(Spider Silk)

叢林中的蜘蛛網(wǎng)

蜘蛛絲具有極強(qiáng)的機(jī)械性能。極高的抗拉強(qiáng)度?？估瓘?qiáng)度是指材料在拉伸條件下的最大承載能力。蜘蛛絲的抗拉強(qiáng)度（高達(dá)1.4 GPa），與高等級(jí)合金鋼相當(dāng)（0.45-2 GPa），甚至可以達(dá)到芳綸纖維，如凱夫拉纖維的一半（3 GPa）。但是金屬絲或凱夫拉纖維幾乎不可伸長，而蜘蛛絲可伸長自然狀態(tài)下本身長度的40%，在高濕的環(huán)境下可伸長本身長度的5倍。很多人可能都認(rèn)為，蜘蛛網(wǎng)是一個(gè)比較脆弱的物體，那只是因?yàn)槲覀冊(cè)谌粘Ｉ钪锌吹降闹┲刖W(wǎng)太小。這種由蛋白質(zhì)組成的動(dòng)物纖維，具高強(qiáng)度及韌性。當(dāng)很多蜘蛛網(wǎng)交合在一起時(shí)，所形成的蜘蛛網(wǎng)的硬度就會(huì)比普通的鋼材要大十倍，可用于軍事裝備如避彈衣等。

Number 10 金剛石(Diamond)

璀璨奪目的金剛石

金剛石晶體中每個(gè)碳原子都以sp3雜化軌道與另外4個(gè)相鄰的碳原子形成共價(jià)鍵，每四個(gè)相鄰的碳原子均構(gòu)成正四面體。因此未經(jīng)打磨過的金剛石晶體外形往往為正八面體。金剛石中的C-C鍵很強(qiáng)，所有的價(jià)電子都參與了共價(jià)鍵的形成，不存在自由電子，所以金剛石硬度非常高。日常中可以看到被做成鉆頭，用作物體切割、研磨、拋光等。

不久的將來，經(jīng)過科學(xué)家們的研究和不懈努力一定會(huì)發(fā)現(xiàn)或者合成更加堅(jiān)硬的物質(zhì)，它們會(huì)幫助人類創(chuàng)造更加美好的未來。