Který materiál je tvrdší než diamant?

Některé materiály, jako například lonsdaleit, mohou být tvrdší než diamant, ale neexistují ve velkém množství nebo nejsou široce dostupné.

Diamanty dokážou poškrábat téměř cokoli. Foto: Business Standard — Diamanty dokážou poškrábat téměř cokoli. Foto: *Business Standard*

Diamanty jsou vysoce ceněny díky své tvrdosti. Jako šperky mohou vydržet generace a zůstanou bez poškrábání i přes každodenní opotřebení. Jako čepele nebo vrtáky dokáží proniknout téměř čímkoli, aniž by se zničily. Ve formě prášku se diamanty používají k leštění drahokamů, kovů a mnoha dalších materiálů. Proto je podle Live Science extrémně obtížné najít materiál tvrdší než diamant.

Podle Richarda Kanera, chemika materiálů na Univerzitě Richarda Kanera, zůstává diamant pro většinu praktických účelů nejtvrdším materiálem. Existují způsoby, jak vytvořit diamanty tvrdší než standardní diamanty, a teoreticky by i jiné materiály mohly být tvrdší než diamant, ale neexistují ve formě, kterou by bylo možné držet v ruce nebo široce používat.

Zatímco lidé nosící diamantové šperky mohou dosvědčit jejich trvanlivost, pojem „tvrdost“ je podle Paula Asimowa, geochemika z Kalifornského technologického institutu (Caltech), vysoce specializovaný. Často se zaměňuje s jinými vlastnostmi, jako je tuhost nebo pevnost. Tyto vlastnosti nejsou vždy synonymem pro tvrdost. Například diamant může mít velmi vysokou tvrdost, ale pouze průměrnou tuhost. Diamanty se snadno lámou podél krystalových fazet, a tak mohou klenotníci vytvářet krásné diamanty s mnoha fazetami.

Vědci měří tvrdost vtlačením několika různými způsoby. Geologové se často spoléhají na Mohsovu stupnici tvrdosti, což je způsob, jak určit tvrdost minerálů v terénu na základě toho, zda dokáží poškrábat či nikoli. Diamant je na úrovni 10, což je nejvyšší úroveň na Mohsově stupnici tvrdosti, což znamená, že dokáže poškrábat téměř cokoli. V laboratoři se vědci zabývající se materiály spoléhají na přesnější měření zvané Vickersův test tvrdosti, který určuje tvrdost materiálu na základě síly potřebné k vyvolání vtlačení ostrým předmětem, podobně jako když se tuha tužky stlačí proti gumě.

Diamanty se skládají z atomů uhlíku uspořádaných v kubické mřížce, které jsou spojeny silnými, krátkými chemickými vazbami. Tato struktura jim dává charakteristickou tvrdost a odolnost proti vtlačení. Většina materiálů tvrdších než diamant je výsledkem drobných změn krystalové struktury běžného diamantu nebo nahrazením některých atomů uhlíku borem či dusíkem.

Jedním z uchazečů o titul tvrdší než diamant je lonsdaleit. Podobně jako diamant se lonsdaleit skládá z atomů uhlíku, ale ty jsou uspořádány v hexagonální krystalové struktuře místo kubické. Až donedávna se lonsdaleit nacházel v extrémně malém množství, většinou v meteoritech, a vědci si nebyli jisti, zda jej lze klasifikovat jako samostatný materiál, nebo jen jako vadu ve standardní krystalové struktuře diamantu.

Nedávno skupina vědců objevila v meteoritu krystaly lonsdaleitu o velikosti mikronů (jeden mikron se rovná 1/1 000 mm). Jsou to drobné krystaly, ale stále větší než dříve objevené. Jiní vědci informovali o vytvoření lonsdaleitu v laboratoři, ačkoli tyto krystaly existují jen zlomek sekundy. Proto je sice lonsdaleit fascinující, ale je nepravděpodobné, že by v blízké budoucnosti nahradil diamanty v aplikacích, jako je řezání, vrtání nebo leštění.

Úprava nanostruktury diamantů může také vytvořit materiály tvrdší než běžné diamanty. Materiál složený z mnoha drobných diamantových krystalů bude tvrdší než diamanty používané v drahokamech, protože nanočástice jsou fixovány na místě, místo aby se posouvaly po sobě. „Nano-párové“ diamanty, ve kterých částice tvoří zrcadlový obraz jeden druhého, mají dvakrát větší tvrdost vtlačení než běžné diamanty.

Většina vědců se však nesnaží o supertvrdé materiály jen proto, aby překonávali rekordy; místo toho se snaží vytvořit něco užitečného. Možná chtějí vytvořit něco téměř stejně tvrdého jako diamant, ale levnějšího nebo snadněji vyrobitelného v laboratoři.

Například Kanerova laboratoř vyrábí několik supertvrdých kovů, které lze v průmyslových aplikacích použít jako náhradu diamantů. Jeden komerčně dostupný produkt kombinuje wolfram a bor spolu s velmi malým množstvím dalších kovů. Tvar krystalu dává materiálu různé vlastnosti v různých směrech. Při správném zarovnání může podle Kanera poškrábat diamanty. Výroba tohoto materiálu je také cenově dostupná, protože nevyžaduje vysokotlaké podmínky potřebné k výrobě diamantů v laboratoři.

An Khang (podle Live Science )

Zdrojový odkaz