Какой материал твёрже алмаза?

Некоторые материалы, такие как лонсдейлит, могут быть твёрже алмаза, но они не существуют в больших количествах и не имеют широкого применения.

Алмазы могут поцарапать практически всё. Фото: Business Standard — Алмазы могут поцарапать практически всё. Фото: *Business Standard*

Алмазы ценятся за свою твёрдость. В ювелирных изделиях они могут служить поколениями и не царапаться, несмотря на ежедневный износ. В качестве лезвий или свёрл они могут проникать практически в любые предметы, не ломаясь. В порошкообразном виде алмазы полируют драгоценные камни, металлы и многие другие материалы. Поэтому, по данным журнала Live Science , найти материал твёрже алмаза сложно.

Алмаз по-прежнему остаётся самым твёрдым материалом для большинства практических целей, утверждает Ричард Канер, химик-материаловед из Университета Ричарда Канера. Существуют способы сделать алмазы твёрже обычных, и другие материалы теоретически могли бы быть твёрже алмазов, но они не существуют в формах, которые можно было бы держать в руках или широко использовать.

Хотя люди, носящие украшения с бриллиантами, могут подтвердить их прочность, понятие «твёрдости» весьма специфично, говорит Пол Азимоу, геохимик из Калифорнийского технологического института (Caltech). Его часто путают с другими свойствами, такими как жёсткость или прочность. Это не всегда то же самое, что твёрдость на вдавливание. Например, алмазы обладают очень высокой твёрдостью на вдавливание, но лишь умеренной твёрдостью на изгиб. Алмазы, как правило, легко ломаются по граням кристалла, и именно так ювелиры создают прекрасные огранённые бриллианты.

Ученые измеряют сопротивление вдавливанию несколькими способами. Геологи часто используют единицу сравнения, называемую шкалой Мооса, которая позволяет идентифицировать минералы в полевых условиях по их царапанью. Алмаз имеет 10-ю твердость, самую высокую по шкале Мооса, что означает, что он может поцарапать практически что угодно. В лаборатории материаловеды используют более точный метод, называемый испытанием на твердость по Виккерсу, который определяет твердость материала на основе силы, необходимой для создания отпечатка кончиком индентора, подобно тому, как грифель карандаша давит на ластик.

Алмаз состоит из атомов углерода, расположенных в кубической решётке и соединённых между собой короткими и прочными химическими связями. Эта структура обуславливает его характерную твёрдость при вдавливании. Большинство материалов, твёрже алмаза, получаются в результате небольших изменений кристаллической структуры обычного алмаза или путём замены части атомов углерода бором или азотом.

Одним из претендентов на звание самого твёрдого материала является лонсдейлит. Как и алмаз, лонсдейлит состоит из атомов углерода, но они образуют гексагональную, а не кубическую кристаллическую структуру. До недавнего времени лонсдейлит находили лишь в крайне малых количествах, в основном в метеоритах, и было неясно, можно ли его классифицировать как самостоятельный материал или это просто дефект стандартной кристаллической структуры алмаза.

Недавно группа учёных обнаружила в метеорите кристаллы лонсдейлита микронного размера (1/1000 миллиметра). Это крошечные кристаллы, но они всё же крупнее, чем обнаруженные ранее. Другие учёные сообщали о выращивании лонсдейлита в лабораторных условиях, хотя кристаллы существуют лишь доли секунды. Поэтому, хотя лонсдейлит и интересен, вряд ли он в ближайшее время заменит алмаз в таких областях применения, как резка, сверление или полировка.

Изменение наноструктуры алмазов также позволяет создавать материалы, более твёрдые, чем обычные алмазы. Материал, состоящий из множества мельчайших кристаллов алмаза, будет твёрже, чем драгоценные алмазы, поскольку наноразмерные зёрна удерживаются вместе, а не скользят друг относительно друга. Алмазы-«нанодвойники», в которых зёрна образуют зеркальные отражения друг друга, вдвое более устойчивы к вдавливанию, чем обычные алмазы.

Однако большинство учёных стремятся к созданию сверхтвёрдых материалов не только ради рекордов, но и ради создания чего-то полезного. Возможно, им захочется создать что-то почти такое же твёрдое, как алмаз, но при этом дешевле или проще в изготовлении в лабораторных условиях.

Например, лаборатория Канера производит несколько сверхтвёрдых металлов, которые могут использоваться в качестве промышленных альтернатив алмазам. Один из коммерчески доступных продуктов содержит вольфрам и бор, а также следовые количества других металлов. Форма кристаллов придаёт материалу различные свойства в разных направлениях. По словам Канера, при правильном расположении кристаллов они могут поцарапать алмаз. Этот материал также доступен в производстве, поскольку не требует высокого давления, необходимого для производства алмазов в лабораторных условиях.

Ан Кханг (по данным Live Science )

Ссылка на источник