Một trong 10 vật liệu cứng nhất hành tinh mà Toplist muốn giới thiệu với bạn đó là Graphen hay gọi là graphene. Nó có hình dạng là tấm phẳng dày bằng một lớp nguyên tử của các nguyên tử cacbon với liên kết sp2 hình thành tinh thể hình dạng tổ ong. Graphen là tên được ghép từ “graphit” (than chì) nối với hậu tố “-en” ; trong đó chính than chì là được ghép lại từ nhiều tấm graphen. Khoảng cách 0,142 nm là chiều dài liên kết cacbon-cacbon trong graphen.

Graphen là phần tử cấu trúc cơ bản của một số hình thù bao gồm: than chì, ống nano cacbon và fulleren. Năm 2010, hai nhà khoa học Andrei Geim và Konstantin Sergeevich Novoselov khám phá ra graphen đã được trao Giải Nobel Vật lý.

Ứng dụng:

• Chế tạo pin.
• Sản xuất vi mạch máy tính.
• Linh kiện smartphone.
  
• Các tế bào năng lượng.
• Các ứng dụng mô sống.

Giấy Bucky là một vật liệu nano ra đời từ các phân tử carbon hình ống, mỏng hơn 1 sợi tóc người tới 50.000 lần. So với thép, Giấy Bucky cứng hơn 500 lần, nhưng nhẹ hơn 10 lần.

Một tờ giấy Bucky trông giống như giấy dùng cho máy đánh chữ carbon kiểu cũ nhưng nó cứng hơn nhiều lần so với khối lượng tương đương của thép. Giấy Bucky cũng có độ dẫn nhiệt tốt và phản xạ quang học thấp.

Ứng dụng:

• Vật liệu chế tạo hàng điện máy, phương tiện vận tải.
• Ứng dụng lĩnh vực hàng không vũ trụ.
• Sản xuất điện cực trong pin nhiên liệu, siêu tụ điện và pin ắc quy.
  

Thủy tinh kim loại, vật liệu nghe có vẻ nghịch này lại đúng khi nó có cả tính chất của thủy tinh và của kim loại. Trong khi các nguyên tử kim loại sắp xếp có trật tự hay tinh thể, thì các nguyên tử trong thủy tinh kim loại ở trạng thái vô định hình, giống như dạng lỏng hoặc thủy tinh. Ở hợp kim tinh thể, các nguyên tử nằm trong vùng gọi là “thớ” và ranh giới giữa các thớ này là một nhược điểm trong vật liệu. Tuy nhiên, thủy tinh kim loại bền hơn nhiều do không có những ranh giới như vậy.

Nếu dùng búa đập một loại kim loại tinh thể, nó sẽ bị lõm do các thớ hấp thụ năng lượng của cú đập và di chuyển dọc ranh giới thớ. Tuy nhiên, các nguyên tử trong kim loại vô định hình nên đặc và dễ dàng đàn hồi trở lại hình dạng ban đầu sau cú đập búa. Vật liệu thủy tinh kim loại có đặc điểm là thiếu các thớ tinh thể nên có thể uốn chúng thành các hình dạng khác nhau. Bên cạnh đó, cấu trúc giống chất lỏng nghĩa là chúng tan chảy ở nhiệt độ thấp hơn so với các vật liệu khác và có thể đúc khuôn dễ dàng như chất dẻo. Những thuộc tính tối ưu này khiến thủy tinh kim loại đang trở thành mối quan tâm của nhiều công ty.

Ứng dụng:

• Xây dựng tàu, thiết bị không gian vũ trụ.
• Phục vụ ngành công nghiệp điện như máy biến thế giảm nhiệt lượng…

Vật liệu Dyneema là loại chất dẻo tổng hợp polythen được quảng cáo là loại sợi cứng nhất trên thế giới. Với đặc điểm là nhẹ hơn nước do khối lượng riêng của Dyneema là 0.97, nó có thể nổi trên mặt nước. Dyneema cứng hơn thép gấp 15 lần, nó có thể chống được đạn bắn từ xa.

Ứng dụng:

• Chế tạo vật liệu siêu dẫn.
• Chế tạo áo giáp chống đạn, vật liệu chống đạn cho ô tô, máy bay,...

Lonsdaleite cũng là một dạng hình thù của kim cương, gọi là lục giác kim cương vì có cấu trúc tinh thể hình lục giác. Trong tự nhiên, nó được hình thành khi các thiên thạch có chứa graphite tấn công Trái đất. Nhiệt độ cao và áp lực của tác động đã biến đổi từ than chì thành kim cương, nhưng vẫn giữ được hình lục giác graphite của mạng tinh thể.

Lonsdaleite lần đầu tiên được xác định vào năm 1967 từ các thiên thạch Canyon Diablo. Nó có màu nâu vàng, và có một chỉ số khúc xạ là 2,40-2,41 và trọng lượng riêng là 3,2-3,3. Có độ cứng hơn kim cương (hơn 58%) theo mô phỏng tính

toán.

Ứng dụng:

• Cắt đá và kim loại.
• Ngành mỹ phẩm và y học.

Boron nitride là chất chịu nhiệt và cách nhiệt, nó là hợp chất boron và nitơ với công thức hóa học là BN. Do cấu trúc hình lục giác lạ lùng của boron nitride, nên nó có tên là wurtzite boron nitride, có thể chịu lực mạnh hơn kim cương 18%. Loại vật liệu hiếm này có kết cấu kết nối giữa các nguyên tử theo hình khối, giống như kết cấu nguyên tử ở khối boron nitride và kim cương. Tuy nhiên, sự khác nhau là các nguyên tử của vật liệu này kết nối với nhau ở các góc độ khác nhau.

Ở mức áp lực như nhau, tức vẫn trong khả năng chịu đựng của kim cương, thì các liên kết trong kim cương phản ứng tương tự. Tuy nhiên, wurtzite boron nitride trở nên mạnh hơn đến gần 80% khi bị áp lực cao hơn thế. Việc tạo ra wurtzite boron nitride khá khó khăn. Trong tự nhiên, nó chỉ được tạo ra từ áp lực và sức nóng khủng khiếp của núi lửa phun trào. Như vậy, để tạo được chất này, con người sẽ phải tạo ra các vụ nổ tương tự thế, nghĩa là cực kỳ khó thực hiện; điều này đến nay vẫn chưa được thử nghiệm.

Kim cương là loại vật liệu tự nhiên cứng nhất trên thế giới có khả năng chống trầy xước. Kim cương là một trong hai dạng thù hình được biết đến nhiều nhất của cacbon (dạng còn lại là than chì), có độ cứng rất cao và khả năng khúc xạ ánh sáng cực tốt làm cho nó có rất nhiều ứng dụng trong cả công nghiệp và ngành kim hoàn.

Kim cương được cho là một loại khoáng sản với những tính chất vật lý gần như hoàn hảo. Chúng là vật liệu tốt nhất để tạo ra các bề mặt nhám và chỉ có những viên kim cương khác, những tinh thể cacbon dạng lồng hay ADNR mới có thể cắt kim cương được. Khoảng 150 triệu cara (30.000 kg) kim cương được khai thác mỗi năm với tổng giá trị là 10 tỷ đô la Mỹ. Ngoài ra khoảng 100.000 kg kim cương hàng năm được điều chế nhân tạo.

Ứng dụng:

• Một loại đá quý dùng làm đồ trang sức.
• Chất dẫn nhiệt.
• Vật liệu quang học.
• Điện tử.

Kevlar là một dạng của para-aramid - một loại sợi tổng hợp, liên quan đến các aramit như Nomex và Technora. Các hạt nano tí hon có khả năng tự tập hợp này là vật liệu hữu cơ cứng nhất mà con người đã từng tạo ra được.

Ứng dụng:

• Lốp xe đạp và thuyền buồm.
• Áo giáp.

Carborunđum hay Silic Cacbua, là một hợp chất của carbon và silic với công thức hóa học là SiC. Trong tự nhiên, nó xuất hiện dưới dạng khoáng chất vô cùng quý hiếm moissanit. Năm 1893, Silic cacbua bột đã được sản xuất hàng loạt để sử dụng như một chất mài mòn. Hạt silic cacbua có thể liên kết với nhau bằng cách thiêu kết để tạo gốm rất cứng.

Ứng dụng:

• Hệ thống phanh xe, bộ ly hợp xe.
• Các tấm gốm trong áo chống đạn.

Loài nhện Darwin’s Bark (tên khoa học là Caerostris darwini), sinh trưởng tự nhiên ở Madagascar, sản sinh ra loại tơ dai và chắc hơn tơ của bất kỳ loài nhện nào khác. Tơ nhện của Darwin’s Bark thậm chí còn dai chắc hơn gấp 10 lần sợi Kevlar – loại vật liệu để làm áo chống đạn. Theo như phân tích đối với tơ nhện Darwin’s Bark cho thấy, nó là vật liệu sinh học có độ dai chắc nhất từng được biết đến cho tới nay.