Który materiał jest twardszy niż diament?

[reklama_1]

Niektóre materiały, takie jak lonsdaleit, mogą być twardsze od diamentu, ale nie występują w dużych ilościach i nie mają szerokiego zastosowania.

Diamenty mogą zarysować prawie wszystko. Zdjęcie: Business Standard — Diamenty mogą zarysować prawie wszystko. Zdjęcie: *Business Standard*

Diamenty są cenione za swoją twardość. Jako biżuteria, mogą przetrwać pokolenia i pozostać odporne na zarysowania pomimo codziennego zużycia. Jako ostrza lub wiertła, mogą przebić niemal wszystko bez pękania. W postaci proszku diamenty polerują kamienie szlachetne, metale i wiele innych materiałów. Znalezienie materiału twardszego niż diamenty jest zatem trudne, jak twierdzi Live Science .

Diament jest nadal najtwardszym materiałem do większości praktycznych zastosowań, mówi Richard Kaner, chemik materiałowy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine. Istnieją sposoby na to, aby diamenty były twardsze niż standardowe diamenty, a inne materiały teoretycznie mogłyby być twardsze niż diament, ale nie istnieją w formie, którą można trzymać w dłoni lub powszechnie używać.

Chociaż osoby noszące biżuterię z diamentów mogą potwierdzić jej trwałość, pojęcie „twardości” jest bardzo specjalistyczne, mówi Paul Asimow, geochemik z California Institute of Technology (Caltech). Często myli się ją z innymi właściwościami, takimi jak sztywność czy trwałość. Nie zawsze są one tym samym, co twardość wgłębna. Na przykład diamenty mają bardzo wysoką twardość wgłębną, ale tylko umiarkowaną twardość zginającą. Diamenty łatwo pękają wzdłuż powierzchni kryształu, dzięki czemu jubilerzy tworzą piękne, fasetowane diamenty.

Naukowcy mierzą twardość wgłębienia na kilka różnych sposobów. Geolodzy często opierają się na skali porównawczej Mohsa, która pozwala identyfikować minerały w terenie na podstawie tego, czy zarysowują się. Diament ma 10, najwyższą wartość w skali Mohsa, co oznacza, że może zarysować prawie wszystko. W laboratorium materiałoznawcy opierają się na bardziej precyzyjnej metodzie zwanej testem twardości Vickersa, która określa twardość materiału na podstawie siły potrzebnej do wykonania wgłębienia ostrym przedmiotem, podobnie jak wciskanie grafitu ołówka w gumkę.

Diament składa się z atomów węgla ułożonych w sieć sześcienną, połączonych krótkimi, silnymi wiązaniami chemicznymi. Taka struktura nadaje mu charakterystyczną twardość wgłębną. Większość materiałów twardszych od diamentu powstaje w wyniku drobnych zmian w strukturze krystalicznej zwykłego diamentu lub poprzez zastąpienie niektórych atomów węgla borem lub azotem.

Jednym z kandydatów do tytułu najtwardszego materiału jest lonsdaleit. Podobnie jak diament, lonsdaleit składa się z atomów węgla, ale są one ułożone w heksagonalnej, a nie sześciennej strukturze krystalicznej. Do niedawna lonsdaleit znajdowano jedynie w bardzo małych ilościach, głównie wewnątrz meteorytów, i nie było jasne, czy można go zaklasyfikować jako samodzielny materiał, czy też jest jedynie defektem w standardowej strukturze krystalicznej diamentu.

Niedawno zespół naukowców odkrył w meteorytach kryształy lonsdaleitu o rozmiarach mikronów (mikron to 1/1000 milimetra). Są to maleńkie kryształy, ale wciąż większe niż wcześniej odkryto. Inni naukowcy donieśli o wyhodowaniu lonsdaleitu w laboratorium, choć kryształy te istnieją tylko przez ułamek sekundy. Choć lonsdaleit jest interesujący, prawdopodobnie nie zastąpi diamentu w zastosowaniach takich jak cięcie, wiercenie czy polerowanie w najbliższym czasie.

Regulacja nanostruktury diamentów może również prowadzić do powstania materiałów twardszych niż zwykłe diamenty. Materiał złożony z wielu drobnych kryształów diamentu byłby twardszy niż diamenty szlachetne, ponieważ nanocząstki byłyby utrzymywane na miejscu, a nie przesuwałyby się względem siebie. Diamenty „nano-bliźniacze”, w których ziarna tworzą swoje lustrzane odbicia, są dwukrotnie bardziej odporne na wgniecenia niż zwykłe diamenty.

Jednak większość naukowców nie poszukuje supertwardych materiałów tylko po to, by pobić rekordy; chcą stworzyć coś użytecznego. Mogą chcieć stworzyć coś, co będzie niemal tak twarde jak diament, ale tańsze lub łatwiejsze do wykonania w laboratorium.

Laboratorium Kanera, na przykład, tworzy kilka supertwardych metali, które mogłyby być wykorzystywane jako przemysłowa alternatywa dla diamentów. Jeden z dostępnych na rynku produktów łączy wolfram i bor, a także śladowe ilości innych metali. Kształt kryształów nadaje materiałowi różne właściwości w różnych kierunkach. Odpowiednio ułożony może zarysować diamenty, mówi Kaner. Materiał jest również niedrogi w produkcji, ponieważ nie wymaga wysokiego ciśnienia wymaganego do produkcji diamentów w laboratorium.

An Khang (według Live Science )

Link źródłowy