Quel matériau est plus dur que le diamant ?

Certains matériaux, comme la lonsdaléite, peuvent être plus durs que le diamant, mais ils n'existent pas en grandes quantités et n'ont pas d'usages répandus.

Les diamants peuvent rayer presque tout. Photo : Business Standard

Les diamants sont prisés pour leur dureté. En joaillerie, ils peuvent se transmettre de génération en génération et rester impeccables malgré l'usure quotidienne. Utilisés comme lames ou forets, ils peuvent percer presque tous les matériaux sans se briser. Sous forme de poudre, les diamants polissent les pierres précieuses, les métaux et bien d'autres. Trouver un matériau plus dur que le diamant est donc difficile, selon Live Science .

Selon Richard Kaner, chimiste des matériaux à l'Université de Californie à Irvine, le diamant demeure le matériau le plus dur pour la plupart des applications pratiques. Il existe des méthodes pour rendre les diamants plus durs que les diamants standards, et d'autres matériaux pourraient théoriquement être plus durs, mais ils n'existent pas sous une forme que l'on peut tenir dans la main ou utiliser couramment.

Si les personnes qui portent des bijoux en diamant peuvent témoigner de leur durabilité, la notion de « dureté » est très spécifique, explique Paul Asimow, géochimiste au California Institute of Technology (Caltech). On la confond souvent avec d'autres propriétés comme la rigidité ou la durabilité. Ces dernières ne sont pas toujours synonymes de dureté par indentation. Les diamants, par exemple, présentent une dureté par indentation très élevée, mais une dureté en flexion seulement modérée. Les diamants se cassent facilement le long des faces cristallines, ce qui permet aux joailliers de créer de magnifiques diamants à facettes.

Les scientifiques mesurent la dureté par indentation de différentes manières. Les géologues utilisent souvent l'échelle de Mohs, un outil de comparaison permettant d'identifier les minéraux sur le terrain selon leur capacité à rayer. Le diamant, avec un indice de 10 (le plus élevé sur l'échelle de Mohs), peut rayer presque tous les matériaux. En laboratoire, les spécialistes des matériaux utilisent une mesure plus précise appelée test de dureté Vickers, qui détermine la dureté d'un matériau en fonction de la force nécessaire pour y laisser une empreinte avec une pointe, un peu comme lorsqu'on enfonce une mine de crayon dans une gomme.

Le diamant est composé d'atomes de carbone agencés en un réseau cubique, liés entre eux par des liaisons chimiques courtes et fortes. Cette structure lui confère sa dureté caractéristique. La plupart des matériaux plus durs que le diamant résultent de légères modifications de sa structure cristalline, ou du remplacement de certains atomes de carbone par du bore ou de l'azote.

La lonsdaléite est un candidat sérieux au titre de matériau le plus dur. Comme le diamant, elle est composée d'atomes de carbone, mais agencés selon une structure cristalline hexagonale au lieu d'une structure cubique. Jusqu'à récemment, la lonsdaléite n'avait été découverte qu'en quantités infimes, principalement à l'intérieur de météorites, et l'on ignorait si elle pouvait être considérée comme un matériau à part entière ou simplement comme un défaut de la structure cristalline du diamant.

Récemment, une équipe de scientifiques a découvert des cristaux de lonsdaléite de taille micrométrique (un micron équivaut à un millième de millimètre) dans des météorites. Ces cristaux sont minuscules, mais plus grands que ceux découverts jusqu'à présent. D'autres scientifiques ont rapporté avoir cultivé de la lonsdaléite en laboratoire, bien que les cristaux n'existent que pendant une fraction de seconde. Ainsi, malgré son intérêt, la lonsdaléite ne remplacera probablement pas le diamant dans des applications telles que la découpe, le perçage ou le polissage dans un avenir proche.

En modulant la structure nanométrique des diamants, on peut créer des matériaux plus durs que les diamants classiques. Un matériau composé de nombreux minuscules cristaux de diamant serait plus dur que les diamants de pierres précieuses, car les grains nanométriques resteraient en place au lieu de glisser les uns sur les autres. Les diamants « nano-jumeaux », dont les grains sont des images miroir l'un de l'autre, sont deux fois plus résistants à l'indentation que les diamants classiques.

Mais la plupart des scientifiques ne recherchent pas des matériaux ultra-durs uniquement pour battre des records ; ils cherchent à créer quelque chose d’utile. Ils souhaitent par exemple créer un matériau presque aussi dur que le diamant, mais moins cher ou plus facile à fabriquer en laboratoire.

Le laboratoire de Kaner, par exemple, crée plusieurs métaux ultradurs qui pourraient servir d'alternatives industrielles aux diamants. Un produit commercialisé associe le tungstène et le bore, ainsi que des traces d'autres métaux. La forme des cristaux confère au matériau des propriétés différentes selon l'orientation. Correctement alignés, ces cristaux peuvent rayer les diamants, explique Kaner. Ce matériau est également abordable à produire car il ne nécessite pas les hautes pressions requises pour la fabrication des diamants en laboratoire.

An Khang (selon Live Science )

Lien source: https://vnexpress.net/vat-lieu-nao-cung-hon-kim-cuong-4665154.html