วัสดุใดแข็งกว่าเพชร?

วัสดุบางชนิด เช่น ลอนส์เดลไอต์ อาจแข็งกว่าเพชร แต่ไม่มีอยู่ในปริมาณมากหรือมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย

เพชรสามารถขีดข่วนได้แทบทุกสิ่ง ภาพ: Business Standard — เพชรสามารถขีดข่วนได้แทบทุกสิ่ง ภาพ: *Business Standard*

เพชรเป็นที่ต้องการในด้านความแข็ง เมื่อใช้ทำเครื่องประดับ เพชรสามารถคงอยู่ได้นานหลายชั่วอายุคนและไม่เป็นรอยขีดข่วนแม้จะใช้งานหนักทุกวัน เมื่อนำมาใช้เป็นใบมีดหรือดอกสว่าน เพชรสามารถเจาะทะลุได้เกือบทุกอย่างโดยไม่แตกหัก เพชรในรูปแบบผงช่วยขัดเงาอัญมณี โลหะ และวัสดุอื่นๆ อีกมากมาย ดังนั้น การค้นหาวัสดุที่แข็งกว่าเพชรจึงเป็นเรื่องยาก Live Science ระบุ

เพชรยังคงเป็นวัสดุที่แข็งที่สุดในทางปฏิบัติ ริชาร์ด คาเนอร์ นักเคมีวัสดุจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เออร์ไวน์ กล่าว มีวิธีทำให้เพชรแข็งกว่าเพชรมาตรฐานได้หลายวิธี และวัสดุอื่นๆ ในทางทฤษฎีอาจแข็งกว่าเพชรได้ แต่วัสดุเหล่านี้ไม่มีอยู่ในรูปแบบที่คุณสามารถถือด้วยมือหรือใช้ร่วมกันได้

แม้ว่าผู้สวมใส่เครื่องประดับเพชรจะสามารถยืนยันถึงความทนทานได้ แต่แนวคิดเรื่อง "ความแข็ง" นั้นมีความเฉพาะทางอย่างมาก พอล อาซิโมว์ นักธรณีเคมีจากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (Caltech) กล่าว แนวคิดนี้มักถูกสับสนกับคุณสมบัติอื่นๆ เช่น ความแข็งหรือความทนทาน ซึ่งไม่ได้หมายถึงความแข็งแบบรอยบุ๋มเสมอไป ยกตัวอย่างเช่น เพชรมีความแข็งแบบรอยบุ๋มสูงมาก แต่มีความแข็งแบบดัดงอปานกลาง เพชรแตกง่ายตามหน้าคริสตัล ซึ่งเป็นวิธีที่ช่างอัญมณีสร้างสรรค์เพชรเจียระไนที่สวยงาม

นักวิทยาศาสตร์ วัดความแข็งของรอยบุ๋มได้หลายวิธี นักธรณีวิทยามักใช้สเกลโมห์ส (Mohs scale) ในการเปรียบเทียบ ซึ่งเป็นวิธีระบุแร่ธาตุในพื้นที่โดยพิจารณาจากการเกิดรอยขีดข่วน เพชรมีค่า 10 ซึ่งเป็นค่าสูงสุดในสเกลโมห์ส หมายความว่าเพชรสามารถขีดข่วนได้เกือบทุกอย่าง ในห้องทดลอง นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุศาสตร์ใช้วิธีการที่แม่นยำกว่าที่เรียกว่าการทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์ส (Vickers hardness test) ซึ่งกำหนดความแข็งของวัสดุโดยพิจารณาจากแรงที่ใช้ในการกดรอยบุ๋มด้วยปลายแหลม คล้ายกับการกดไส้ดินสอลงในยางลบ

เพชรประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนเรียงตัวเป็นโครงตาข่ายลูกบาศก์ เชื่อมต่อกันด้วยพันธะเคมีที่สั้นและแข็งแรง โครงสร้างนี้ทำให้เพชรมีความแข็งแบบรอยบุ๋มที่เป็นเอกลักษณ์ วัสดุส่วนใหญ่ที่แข็งกว่าเพชรเกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึกของเพชรทั่วไปเพียงเล็กน้อย หรือเกิดจากการแทนที่อะตอมของคาร์บอนบางส่วนด้วยโบรอนหรือไนโตรเจน

หนึ่งในผู้ท้าชิงตำแหน่งวัสดุที่แข็งที่สุดคือลอนส์เดลไอต์ เช่นเดียวกับเพชร ลอนส์เดลไอต์ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอน แต่จัดเรียงตัวอยู่ในโครงสร้างผลึกหกเหลี่ยมแทนที่จะเป็นลูกบาศก์ จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ลอนส์เดลไอต์ถูกค้นพบในปริมาณน้อยมาก ส่วนใหญ่อยู่ในอุกกาบาต และยังไม่ชัดเจนว่าสามารถจัดเป็นวัสดุชนิดเดียวกันได้หรือไม่ หรือเป็นเพียงข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึกเพชรมาตรฐาน

เมื่อไม่นานมานี้ ทีมนักวิทยาศาสตร์ค้นพบผลึกลอนส์เดลไอต์ขนาดไมครอน (1 ไมครอนเท่ากับ 1/1,000 ของมิลลิเมตร) ในอุกกาบาต ผลึกเหล่านี้มีขนาดเล็กมาก แต่ก็ยังมีขนาดใหญ่กว่าที่เคยค้นพบก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ รายงานว่าพบลอนส์เดลไอต์ในห้องทดลอง แม้ว่าผลึกเหล่านี้จะมีอยู่เพียงเสี้ยววินาที ดังนั้น แม้ว่าลอนส์เดลไอต์จะน่าสนใจ แต่ก็ไม่น่าจะมาแทนที่เพชรในการใช้งานต่างๆ เช่น การเจียระไน การเจาะ หรือการขัดเงาในเร็วๆ นี้

การปรับโครงสร้างระดับนาโนของเพชรยังสามารถสร้างวัสดุที่มีความแข็งกว่าเพชรทั่วไปได้อีกด้วย วัสดุที่ทำจากผลึกเพชรขนาดเล็กจำนวนมากจะมีความแข็งกว่าเพชรพลอย เนื่องจากเกรนระดับนาโนจะยึดติดแน่นอยู่กับที่แทนที่จะเลื่อนผ่านกัน เพชร “นาโนทวิน” ซึ่งเกรนจะสะท้อนภาพสะท้อนซึ่งกันและกัน มีความทนทานต่อการบุ๋มมากกว่าเพชรทั่วไปถึงสองเท่า

แต่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ไม่ได้มุ่งแสวงหาวัสดุที่แข็งเป็นพิเศษเพียงเพื่อทำลายสถิติเท่านั้น พวกเขากำลังมองหาสิ่งที่มีประโยชน์ พวกเขาอาจต้องการสร้างสิ่งที่แข็งเกือบเท่าเพชร แต่ราคาถูกกว่าหรือผลิตได้ง่ายกว่าในห้องปฏิบัติการ

ยกตัวอย่างเช่น ห้องปฏิบัติการของ Kaner ได้ผลิตโลหะที่มีความแข็งเป็นพิเศษหลายชนิด ซึ่งสามารถนำมาใช้เป็นทางเลือกทางอุตสาหกรรมแทนเพชรได้ ผลิตภัณฑ์หนึ่งที่มีวางจำหน่ายทั่วไปประกอบด้วยทังสเตนและโบรอน รวมถึงโลหะอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย รูปร่างของผลึกทำให้วัสดุมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันไปในแต่ละทิศทาง เมื่อจัดเรียงในทิศทางที่ถูกต้อง มันสามารถขีดข่วนเพชรได้ Kaner กล่าว วัสดุนี้ยังผลิตได้ในราคาไม่แพง เพราะไม่ต้องใช้แรงดันสูงในการผลิตเพชรในห้องปฏิบัติการ

อันคัง (อ้างอิงจาก Live Science )

ลิงค์ที่มา