Некоторые материалы, такие как лонсдейлит, могут быть тверже алмаза, но не существуют в больших количествах и не имеют широкого применения.
Алмазы могут поцарапать почти все. Фото: Business Standard
Алмазы ценятся за свою твердость. Как ювелирные изделия, они могут служить поколениями и оставаться без царапин, несмотря на ежедневный износ. Как лезвия или сверла, они могут проникать практически во все, не ломаясь. В порошкообразной форме алмазы полируют драгоценные камни, металлы и многие другие материалы. Поэтому, по данным Live Science , трудно найти материал тверже алмазов.
Алмаз по-прежнему остается самым твердым материалом для большинства практических целей, говорит Ричард Канер, химик-материаловед из Университета Ричарда Канера. Существуют способы сделать алмазы тверже стандартных алмазов, и другие материалы теоретически могут быть тверже алмазов, но они не существуют в формах, которые можно держать в руке или широко использовать.
Хотя люди, носящие бриллиантовые украшения, могут подтвердить их долговечность, понятие «твердость» очень специализировано, говорит Пол Азимоу, геохимик из Калифорнийского технологического института (Caltech). Его часто путают с другими свойствами, такими как жесткость или долговечность. Это не всегда то же самое, что твердость на вдавливание. Например, алмазы имеют очень высокую твердость на вдавливание, но только умеренную твердость на изгиб. Алмазы, как правило, легко ломаются вдоль своих кристаллических граней, и именно так ювелиры создают красивые, ограненные алмазы.
Ученые измеряют сопротивление вдавливанию несколькими различными способами. Геологи часто полагаются на единицу сравнения, называемую шкалой Мооса, способ идентификации минералов в полевых условиях на основе того, царапаются ли они. Алмаз имеет показатель 10, самый высокий по шкале Мооса, что означает, что он может поцарапать практически все. В лаборатории материаловеды полагаются на более точную меру, называемую испытанием на твердость по Виккерсу, которая определяет твердость материала на основе силы, необходимой для создания вмятины острием, подобно вдавливанию грифеля карандаша в ластик.
Алмаз состоит из атомов углерода, расположенных в кубической решетке, соединенных между собой короткими, прочными химическими связями. Эта структура придает ему характерную твердость при вдавливании. Большинство материалов, которые тверже алмаза, являются результатом небольших изменений кристаллической структуры обычного алмаза или замены некоторых атомов углерода бором или азотом.
Одним из претендентов на звание самого твердого материала является лонсдейлит. Как и алмаз, лонсдейлит состоит из атомов углерода, но они расположены в гексагональной кристаллической структуре, а не в кубической. До недавнего времени лонсдейлит находили только в крайне малых количествах, в основном в метеоритах, и было неясно, можно ли его классифицировать как отдельный материал или это просто дефект в стандартной кристаллической структуре алмаза.
Недавно группа ученых обнаружила в метеорите кристаллы лонсдейлита микронного размера (1/1000 миллиметра). Это крошечные кристаллы, но они все равно больше, чем обнаруженные ранее. Другие ученые сообщали о выращивании лонсдейлита в лаборатории, хотя кристаллы существуют всего лишь долю секунды. Поэтому, хотя лонсдейлит интересен, вряд ли он заменит алмаз в таких областях применения, как резка, сверление или полировка в ближайшее время.
Настройка наноструктуры алмазов также может производить материалы, которые тверже обычных алмазов. Материал, состоящий из множества крошечных алмазных кристаллов, будет тверже драгоценных алмазов, поскольку наноразмерные зерна удерживаются вместе, а не скользят друг мимо друга. «Нанодвойные» алмазы, в которых зерна образуют зеркальные отражения друг друга, в два раза более устойчивы к вдавливанию, чем обычные алмазы.
Однако большинство ученых не гонятся за сверхтвердыми материалами только для того, чтобы ставить рекорды; вместо этого они стремятся создать что-то полезное. Они могут захотеть создать что-то почти такое же твердое, как алмаз, но более дешевое или более простое в изготовлении в лаборатории.
Например, лаборатория Канера производит несколько сверхтвердых металлов, которые могут использоваться в качестве промышленных альтернатив алмазам. Один коммерчески доступный продукт сочетает вольфрам и бор, а также следовые количества других металлов. Форма кристаллов придает материалу различные свойства в разных направлениях. При правильном расположении он может поцарапать алмаз, говорит Канер. Этот материал также доступен в производстве, поскольку не требует условий высокого давления, необходимых для производства алмазов в лаборатории.
Ан Кханг (по данным Live Science )
Ссылка на источник
Комментарий (0)