Vilket material är hårdare än diamant?

Vissa material som lonsdaleit kan vara hårdare än diamant men existerar inte i stora mängder eller har utbredda användningsområden.

Diamanter kan repa nästan vad som helst. Foto: Business Standard

Diamanter är värdefulla för sin hårdhet. Som smycken kan de hålla i generationer och förbli repfria trots dagligt slitage. Som blad eller borr kan de penetrera nästan vad som helst utan att gå sönder. I pulverform polerar diamanter ädelstenar, metaller och många andra material. Så det är svårt att hitta ett material som är hårdare än diamanter, enligt Live Science .

Diamant är fortfarande det hårdaste materialet för de flesta praktiska ändamål, säger Richard Kaner, materialkemist vid University of California, Irvine. Det finns sätt att göra diamanter hårdare än vanliga diamanter, och andra material skulle teoretiskt sett kunna vara hårdare än diamant, men de existerar inte i en form som du kan hålla i handen eller använda gemensamt.

Även om personer som bär diamantsmycken kan intyga dess hållbarhet, är begreppet "hårdhet" mycket specialiserat, säger Paul Asimow, geokemist vid California Institute of Technology (Caltech). Det förväxlas ofta med andra egenskaper som styvhet eller hållbarhet. Dessa är inte alltid samma sak som indentationshårdhet. Diamanter har till exempel en mycket hög indentationshårdhet men endast en måttlig böjhårdhet. Diamanter går lätt sönder längs kristallytor, vilket är så juvelerare skapar vackra, fasetterade diamanter.

Forskare mäter indentationshårdhet på några olika sätt. Geologer förlitar sig ofta på Mohs jämförelseskala, ett sätt att identifiera mineraler i fält baserat på om de repar. Diamant är en 10:a, den högsta på Mohs-skalan, vilket betyder att den kan repa nästan vad som helst. I labbet förlitar sig materialforskare på ett mer exakt mått som kallas Vickers hårdhetstest, vilket bestämmer ett materials hårdhet baserat på den kraft som krävs för att göra en indentation med en spets, ungefär som att trycka en blyertspenna i ett suddgummi.

Diamant består av kolatomer arrangerade i ett kubiskt gitter, sammanlänkade av korta, starka kemiska bindningar. Denna struktur ger den dess karakteristiska intryckningshårdhet. De flesta material som är hårdare än diamant är ett resultat av små förändringar i kristallstrukturen hos vanlig diamant, eller genom att vissa kolatomer ersätts med bor eller kväve.

En kandidat till titeln hårdaste material är lonsdaleit. Liksom diamant är lonsdaleit gjord av kolatomer, men de är arrangerade i en hexagonal kristallstruktur istället för en kubisk. Fram tills nyligen hade lonsdaleit bara hittats i extremt små mängder, mestadels inuti meteoriter, och det var oklart om det kunde klassificeras som ett material i sig självt eller om det bara var en defekt i den vanliga diamantkristallstrukturen.

Nyligen hittade ett forskarlag mikronstora (en mikron är 1/1 000-dels millimeter) kristaller av lonsdaleit i meteoriter. Dessa är små kristaller, men fortfarande större än vad som tidigare upptäckts. Andra forskare har rapporterat att de odlar lonsdaleit i labbet, även om kristallerna bara existerar i en bråkdels sekund. Så även om lonsdaleit är intressant är det inte troligt att den kommer att ersätta diamant i tillämpningar som skärning, borrning eller polering inom den närmaste framtiden.

Att finjustera nanostrukturen hos diamanter kan också skapa material som är hårdare än vanliga diamanter. Ett material tillverkat av många små diamantkristaller skulle vara hårdare än ädelstensdiamanter eftersom nanokornen skulle hållas på plats snarare än att glida förbi varandra. "Nano-tvillingdiamanter", där kornen bildar spegelbilder av varandra, är dubbelt så intryckningsresistenta som vanliga diamanter.

Men de flesta forskare söker inte efter superhårda material bara för att slå rekord; de vill skapa något användbart. De kanske vill skapa något som är nästan lika hårt som diamant men som är billigare eller enklare att tillverka i labbet.

Kaners laboratorium skapar till exempel flera superhårda metaller som skulle kunna användas som industriella alternativ till diamanter. En kommersiellt tillgänglig produkt kombinerar volfram och bor, tillsammans med spårmängder av andra metaller. Kristallernas form ger materialet olika egenskaper i olika riktningar. När de är rätt justerade kan det repa diamanter, säger Kaner. Materialet är också prisvärt att tillverka eftersom det inte kräver det höga tryck som krävs för att producera diamanter i ett labb.

An Khang (enligt Live Science )

Källänk: https://vnexpress.net/vat-lieu-nao-cung-hon-kim-cuong-4665154.html