Який матеріал твердіший за алмаз?

Деякі матеріали, такі як лонсдейліт, можуть бути твердішими за алмаз, але вони не існують у великих кількостях або не мають широкого застосування.

Діаманти можуть подряпати майже все. Фото: Business Standard — Діаманти можуть подряпати майже все. Фото: *Business Standard*

Діаманти цінуються за свою твердість. Як ювелірні вироби, вони можуть служити поколіннями та залишатися неподряпинними, незважаючи на щоденне знос. Як леза чи свердла, вони можуть проникати майже в будь-що, не ламаючись. У порошкоподібному вигляді діаманти полірують дорогоцінні камені, метали та багато інших матеріалів. Тому, за даними Live Science , важко знайти матеріал, твердіший за діаманти.

Алмаз досі залишається найтвердішим матеріалом для більшості практичних цілей, каже Річард Канер, хімік-матеріалознавець з Каліфорнійського університету в Ірвайні. Існують способи зробити алмази твердішими за стандартні алмази, і інші матеріали теоретично можуть бути твердішими за алмаз, але вони не існують у формі, яку можна тримати в руці або використовувати широко.

Хоча люди, які носять діамантові прикраси, можуть засвідчити їхню довговічність, поняття «твердість» є дуже специфічним, каже Пол Азімов, геохімік Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech). Його часто плутають з іншими властивостями, такими як жорсткість або довговічність. Це не завжди те саме, що твердість при вдавлюванні. Наприклад, діаманти мають дуже високу твердість при вдавлюванні, але лише помірну твердість при вигині. Діаманти легко ламаються вздовж кристалічних граней, саме так ювеліри створюють красиві ограновані діаманти.

Вчені вимірюють твердість при вдавлюванні кількома різними способами. Геологи часто покладаються на шкалу порівняння Мооса, спосіб ідентифікації мінералів у польових умовах на основі того, чи дряпають вони. Алмаз має 10 балів, найвищий показник за шкалою Мооса, тобто він може подряпати майже все. У лабораторії вчені-матеріали покладаються на точніший показник, який називається тестом твердості за Віккерсом, який визначає твердість матеріалу на основі сили, необхідної для створення вдавлення кінчиком, подібно до натискання грифеля олівця на гумку.

Алмаз складається з атомів вуглецю, розташованих у кубічній решітці, з'єднаних між собою короткими, міцними хімічними зв'язками. Ця структура надає йому характерної твердості при вдавлюванні. Більшість матеріалів, твердіші за алмаз, є результатом незначних змін кристалічної структури звичайного алмазу або заміни деяких атомів вуглецю бором чи азотом.

Одним із претендентів на звання найтвердішого матеріалу є лонсдейл. Як і алмаз, лонсдейл складається з атомів вуглецю, але вони розташовані в гексагональну кристалічну структуру, а не кубічну. Донедавна лонсдейл знаходили лише в надзвичайно малих кількостях, здебільшого всередині метеоритів, і було неясно, чи можна його класифікувати як самостійний матеріал, чи це просто дефект у стандартній кристалічній структурі алмазу.

Нещодавно команда вчених виявила кристали лонсдейліту мікронного розміру (мікрон – це 1/1000 міліметра) в метеоритах. Це крихітні кристали, але все ж більші, ніж було виявлено раніше. Інші вчені повідомляли про вирощування лонсдейліту в лабораторії, хоча кристали існують лише частку секунди. Тож, хоча лонсдейліт цікавий, він навряд чи замінить алмаз у таких застосуваннях, як різання, свердління чи полірування найближчим часом.

Налаштування нанорозмірної структури алмазів також може створювати матеріали, твердіші за звичайні алмази. Матеріал, виготовлений з багатьох крихітних кристалів алмазу, буде твердішим за алмази з дорогоцінного каміння, оскільки нанорозмірні зерна утримуватимуться на місці, а не ковзатимуть одне повз одне. Алмази-«нано-близнюки», в яких зерна утворюють дзеркальні відображення одне одного, вдвічі стійкіші до вдавлювання, ніж звичайні алмази.

Але більшість вчених не прагнуть створювати надтверді матеріали лише заради рекордної мети; вони прагнуть створити щось корисне. Вони можуть захотіти створити щось майже таке ж тверде, як алмаз, але дешевше або легше виготовити в лабораторії.

Наприклад, лабораторія Канера створює кілька надтвердих металів, які можна використовувати як промислові альтернативи алмазам. Один комерційно доступний продукт поєднує вольфрам і бор, а також слідові кількості інших металів. Форма кристалів надає матеріалу різні властивості в різних напрямках. За словами Канера, при правильному вирівнюванні він може подряпати алмази. Матеріал також доступний у виробництві, оскільки не вимагає високого тиску, необхідного для виробництва алмазів у лабораторії.

Ан Ханг (за даними Live Science )

Посилання на джерело