Welk materiaal is harder dan diamant?

Sommige materialen, zoals lonsdaleiet, zijn harder dan diamant, maar komen niet in grote hoeveelheden voor en hebben geen wijdverbreide toepassingen.

Diamanten kunnen bijna alles krassen. Foto: Business Standard — Diamanten kunnen bijna alles krassen. Foto: *Business Standard*

Diamanten worden gewaardeerd om hun hardheid. Als sieraden kunnen ze generaties lang meegaan en krasvrij blijven, ondanks dagelijkse slijtage. Als zaagblad of boor kunnen ze bijna alles doorboren zonder te breken. In poedervorm polijsten diamanten edelstenen, metalen en vele andere materialen. Volgens Live Science is het daarom lastig om een materiaal te vinden dat harder is dan diamant.

Diamant is nog steeds het hardste materiaal voor de meeste praktische doeleinden, zegt Richard Kaner, materiaalkundige aan de Universiteit van Californië in Irvine. Er zijn manieren om diamanten harder te maken dan standaarddiamanten, en andere materialen zouden theoretisch harder kunnen zijn dan diamant, maar ze bestaan niet in een vorm die je in je hand kunt houden of in het dagelijks leven kunt gebruiken.

Hoewel mensen die diamanten sieraden dragen, kunnen getuigen van de duurzaamheid ervan, is het concept 'hardheid' zeer specialistisch, zegt Paul Asimow, geochemicus aan het California Institute of Technology (Caltech). Het wordt vaak verward met andere eigenschappen zoals stijfheid of duurzaamheid. Deze zijn niet altijd hetzelfde als indrukkingshardheid. Diamanten hebben bijvoorbeeld een zeer hoge indrukkingshardheid, maar slechts een matige buighardheid. Diamanten breken gemakkelijk langs kristalvlakken, en zo creëren juweliers prachtige, gefacetteerde diamanten.

Wetenschappers meten de hardheid van een indrukking op verschillende manieren. Geologen gebruiken vaak de vergelijkingsschaal van Mohs, een manier om mineralen in het veld te identificeren op basis van hun krasbestendigheid. Diamant heeft een 10, de hoogste score op de schaal van Mohs, wat betekent dat het bijna alles kan krassen. In het laboratorium gebruiken materiaalkundigen een nauwkeurigere maatstaf, de Vickers-hardheidstest, die de hardheid van een materiaal bepaalt op basis van de kracht die nodig is om een indrukking met een punt te maken, vergelijkbaar met het drukken van een potlood in een gum.

Diamant bestaat uit koolstofatomen die gerangschikt zijn in een kubisch rooster, verbonden door korte, sterke chemische bindingen. Deze structuur geeft het zijn karakteristieke inkepingshardheid. De meeste materialen die harder zijn dan diamant, ontstaan door kleine veranderingen in de kristalstructuur van normale diamant, of door een deel van de koolstofatomen te vervangen door boor of stikstof.

Een van de kanshebbers voor de titel van hardste materiaal is lonsdaleiet. Net als diamant bestaat lonsdaleiet uit koolstofatomen, maar deze zijn gerangschikt in een hexagonale in plaats van een kubische kristalstructuur. Tot voor kort werd lonsdaleiet slechts in extreem kleine hoeveelheden aangetroffen, voornamelijk in meteorieten, en het was onduidelijk of het als een op zichzelf staand materiaal geclassificeerd kon worden of dat het slechts een defect in de standaard kristalstructuur van diamant betrof.

Onlangs ontdekte een team wetenschappers kristallen van lonsdaleiet ter grootte van een micrometer (een micrometer is 1/1000ste van een millimeter) in meteorieten. Dit zijn minuscule kristallen, maar nog steeds groter dan eerder ontdekt. Andere wetenschappers hebben gemeld dat ze lonsdaleiet in het laboratorium hebben laten groeien, hoewel de kristallen slechts een fractie van een seconde bestaan. Hoewel lonsdaleiet interessant is, is het niet waarschijnlijk dat het diamant binnenkort zal vervangen in toepassingen zoals snijden, boren of polijsten.

Door de nanoschaalstructuur van diamanten te verfijnen, kunnen ook materialen ontstaan die harder zijn dan gewone diamanten. Een materiaal gemaakt van vele kleine diamantkristallen zou harder zijn dan edelsteendiamanten, omdat de nanoschaalkorrels op hun plaats worden gehouden in plaats van langs elkaar te schuiven. "Nano-tweeling"-diamanten, waarbij de korrels elkaars spiegelbeeld vormen, zijn twee keer zo goed bestand tegen indrukkingen als gewone diamanten.

Maar de meeste wetenschappers zijn niet alleen op zoek naar superharde materialen om records te breken; ze willen iets nuttigs creëren. Misschien willen ze iets creëren dat bijna net zo hard is als diamant, maar goedkoper of makkelijker in het lab te maken is.

Het laboratorium van Kaner produceert bijvoorbeeld verschillende superharde metalen die als industrieel alternatief voor diamanten kunnen dienen. Een commercieel verkrijgbaar product combineert wolfraam en boor, samen met sporen van andere metalen. De vorm van de kristallen geeft het materiaal verschillende eigenschappen in verschillende richtingen. Wanneer ze op de juiste manier worden uitgelijnd, kunnen ze diamanten krassen, aldus Kaner. Het materiaal is ook betaalbaar om te produceren omdat het niet de hoge druk vereist die nodig is om diamanten in een laboratorium te produceren.

Reactie (0)