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 Калифорнийского университета в Ирвайне. Существуют способы сделать алмазы твёрже обычных, и другие материалы теоретически могли бы быть твёрже алмаза, но их не существует в форме, которую можно было бы держать в руках или использовать в повседневной жизни.

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 легко ломаются по граням кристалла, и именно так ювелиры создают прекрасные огранённые бриллианты.

Ученые измеряют твердость на вдавливание несколькими способами. Геологи часто используют шкалу Мооса для сравнения минералов, 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 вдавливания кончиком инструмента, 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 внутри метеоритов, и было неясно, можно ли его классифицировать как самостоятельный материал или это всего лишь дефект стандартной кристаллической структуры алмаза.

Недавно группа учёных обнаружила в метеоритах кристаллы лонсдейлита микронного размера (микрон равен 1/1000 миллиметра). Это крошечные кристаллы, но 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 будут удерживаться на месте, а не скользить друг относительно друга. Алмазы-«нанодвойники», в которых зёрна образуют зеркальные отражения друг друга, вдвое более устойчивы к вдавливанию, чем обычные алмазы.

Но большинство учёных разрабатывают сверхтвёрдые материалы не только ради рекордов; они стремятся создать что-то полезное. Возможно, они хотят создать что-то почти такое же твёрдое, как алмаз, но дешевле или проще в изготовлении в лаборатории.

Например, в лаборатории Канера создаются 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 он может царапать алмазы. Этот материал также доступен в производстве, поскольку не требует высоких давлений, необходимых для производства алмазов в лабораторных условиях.

Ан Кханг (по данным Live Science )

Ссылка на источник