Einige Materialien wie Lonsdaleit sind möglicherweise härter als Diamant, kommen jedoch nicht in großen Mengen vor und werden nicht häufig verwendet.
Diamanten können fast alles zerkratzen. Foto: Business Standard
Diamanten werden wegen ihrer Härte geschätzt. Als Schmuckstücke überdauern sie Generationen und bleiben trotz täglicher Beanspruchung kratzfrei. Als Klingen oder Bohrer können sie fast alles durchdringen, ohne zu zerbrechen. In Pulverform polieren Diamanten Edelsteine, Metalle und viele andere Materialien. Laut Live Science ist es daher schwierig, ein härteres Material als Diamanten zu finden.
Diamanten seien für die meisten praktischen Zwecke immer noch das härteste Material, sagt Richard Kaner, Materialchemiker an der Richard Kaner University. Es gebe zwar Möglichkeiten, Diamanten härter als Standarddiamanten zu machen, und auch andere Materialien könnten theoretisch härter sein als Diamanten, aber sie existieren nicht in Formen, die man in der Hand halten oder breit einsetzen könnte.
Träger von Diamantschmuck können dessen Haltbarkeit zwar bestätigen, doch der Begriff „Härte“ ist ein sehr spezieller Begriff, erklärt Paul Asimow, Geochemiker am California Institute of Technology (Caltech). Er wird oft mit anderen Eigenschaften wie Steifigkeit oder Haltbarkeit verwechselt. Diese sind nicht immer dasselbe wie die Eindruckhärte. Diamanten beispielsweise haben eine sehr hohe Eindruckhärte, aber nur eine mäßige Biegehärte. Diamanten neigen dazu, leicht entlang ihrer Kristallflächen zu brechen, wodurch Juweliere wunderschöne, facettierte Diamanten herstellen.
Wissenschaftler messen die Eindruckfestigkeit auf verschiedene Arten. Geologen verwenden häufig die Mohs-Härteklasse, eine Vergleichseinheit, mit der Mineralien im Gelände anhand ihrer Kratzfestigkeit identifiziert werden. Diamanten haben den Wert 10, den höchsten Wert auf der Mohs-Skala, und können daher fast alles zerkratzen. Im Labor verwenden Materialwissenschaftler ein präziseres Verfahren namens Vickers-Härteprüfung. Diese bestimmt die Härte eines Materials anhand der Kraft, die erforderlich ist, um mit einer Spitze einen Eindruck zu hinterlassen – ähnlich wie beim Eindrücken einer Bleistiftmine in einen Radiergummi.
Diamanten bestehen aus Kohlenstoffatomen, die in einem kubischen Gitter angeordnet und durch kurze, starke chemische Bindungen miteinander verbunden sind. Diese Struktur verleiht ihnen ihre charakteristische Eindruckhärte. Die meisten Materialien, die härter als Diamanten sind, entstehen durch leichte Modifikationen der Kristallstruktur von normalem Diamanten oder durch den Ersatz einiger Kohlenstoffatome durch Bor oder Stickstoff.
Ein Anwärter auf den Titel des härtesten Materials ist Lonsdaleit. Wie Diamant besteht Lonsdaleit aus Kohlenstoffatomen, die jedoch in einer hexagonalen statt einer kubischen Kristallstruktur angeordnet sind. Bis vor kurzem wurde Lonsdaleit nur in extrem geringen Mengen, meist in Meteoriten, gefunden. Es war unklar, ob es als eigenständiges Material klassifiziert werden konnte oder ob es sich lediglich um einen Defekt in der Standardkristallstruktur von Diamanten handelte.
Kürzlich fand ein Wissenschaftlerteam mikrometergroße (1/1.000 Millimeter) Lonsdaleit-Kristalle in einem Meteoriten. Es handelt sich zwar um winzige Kristalle, sie sind aber immer noch größer als bisher bekannte. Andere Wissenschaftler berichteten von der Züchtung von Lonsdaleit im Labor, obwohl die Kristalle nur für den Bruchteil einer Sekunde existieren. Obwohl Lonsdaleit interessant ist, ist es unwahrscheinlich, dass er Diamanten in Anwendungen wie Schneiden, Bohren oder Polieren in absehbarer Zeit ersetzen wird.
Durch die Feinabstimmung der Nanostruktur von Diamanten lassen sich zudem Materialien herstellen, die härter sind als herkömmliche Diamanten. Ein Material aus vielen winzigen Diamantkristallen wäre härter als Edelsteindiamanten, da die Nanokörner zusammengehalten werden, anstatt aneinander vorbeizugleiten. „Nanotwin“-Diamanten, bei denen die Körner spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, sind doppelt so widerstandsfähig gegen Eindrücke wie herkömmliche Diamanten.
Die meisten Wissenschaftler streben jedoch nicht nur nach superharten Materialien, um Rekorde aufzustellen. Sie wollen vielmehr etwas Nützliches schaffen. Vielleicht möchten sie etwas herstellen, das fast so hart wie Diamant ist, aber im Labor billiger oder einfacher herzustellen ist.
Kaners Labor stellt beispielsweise mehrere superharte Metalle her, die als industrielle Alternative zu Diamanten eingesetzt werden könnten. Ein kommerziell erhältliches Produkt kombiniert Wolfram und Bor sowie Spuren anderer Metalle. Die Form der Kristalle verleiht dem Material in verschiedenen Richtungen unterschiedliche Eigenschaften. Bei richtiger Ausrichtung können sie einen Diamanten zerkratzen, sagt Kaner. Die Herstellung des Materials ist zudem kostengünstig, da es nicht die hohen Drücke erfordert, die für die Diamantenproduktion im Labor erforderlich sind.
An Khang (laut Live Science )
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