Диамантите са ценени заради тяхната твърдост. В бижутата те могат да издържат поколения и да издържат на надраскване по време на ежедневно носене. Като остриета или свредла, те могат да пробият почти всичко, без да бъдат унищожени. Като прах, диамантите полират скъпоценни камъни, метали и други материали.
И така, има ли нещо по-твърдо от диаманта? Оказва се, че намирането на отговора е малко трудно.
За повечето практически цели диамантът все още е най-твърдият материал Ричард Канер, химик по материали в Калифорнийския университет, Лос Анджелис. Има начини за създаване на диаманти, които са по-твърди от стандартните диаманти със скъпоценни камъни. Има и други материали, които теоретично може да са по-твърди от диаманта, но те не съществуват във форма, която да държите в ръката си или да използвате широко.
Свързани: Кое е по-рядко: злато или диаманти?
Въпреки че всеки, който носи диамантен пръстен, може да потвърди издръжливостта на кристала, важно е да се разбере, че „твърдостта“ означава нещо много специфично за учените, каза Пол Азимов, геохимик в Калтек. Често се бърка с други качества, като твърдост или сила. Тези фактори понякога, но не винаги, корелират с твърдостта.
Диамантът, например, е много твърд, но само умерено твърд. И е изненадващо лесно да се счупи: Лесно се разбива по кристалните си повърхности, което е начинът, по който фрезите за скъпоценни камъни могат да създават красиви, многогранни диаманти, които блестят.
Учените измерват твърдостта по няколко различни начина. Геолозите често разчитат на сравнителна метрика, наречена скала за твърдост на Моос, начин за идентифициране на минерали в полето въз основа на това дали могат да се надраскат един друг. Диамантът е 10 – най-високата част на скалата – което означава, че може да надраска почти всичко. Мек, ронлив талк е 1.
В лабораторията учените по материали разчитат на по-прецизно измерване, наречено тест за твърдост на Викерс, което определя твърдостта на материала въз основа на силата, необходима за вдлъбнатина с остър връх. (За да си представите това, представете си, че забивате молив в гумена гума.)
Диамантът се състои от въглерод атоми, подредени в кубична решетка, държани заедно чрез къси, силни химични връзки. Тази структура му придава известната твърдост. Повечето материали, за които се твърди, че са по-твърди от диаманта, идват от лека промяна на класическата кристална структура на диаманта или замяна на някои от въглеродните атоми с атоми като бор или азот.
Основен претендент за материал, по-твърд от диаманта, е лонсдейлитът. Подобно на диаманта, лонсдейлитът се състои от въглеродни атоми, но те са подредени в шестоъгълна кристална структура вместо в кубична.
„Lonsdaleite е много озадачаващ“, каза Азимоу пред Live Science. Доскоро той беше открит в толкова малки количества, предимно в метеорити, че не беше ясно дали се счита за самостоятелен материал или е просто дефект в стандартната диамантена кристална структура.
Наскоро екип от учени установи микронни кристали лонсдейлит в метеорити — все още малки, но много по-големи кристали от предишните находки. Това дава на минерала повече доверие, каза Азимоу. Други учени съобщават правейки лонсдейлит в лабораториятавъпреки че кристалите съществуват само за част от секундата.
Така че lonsdaleite е интригуващ, но скоро няма да замени диаманта за приложения като рязане, пробиване или полиране.
Играта с наномащабната структура на диаманта също може да направи материал, който е по-твърд от обикновен диамант. Материал, който е съставен от много малки диамантени кристали, ще бъде по-твърд от диамант с качество на скъпоценен камък, който е единичен кристал, тъй като наномащабните зърна се блокират, вместо да се движат едно покрай друго. Съобщава се, че „наносплетените“ диаманти, в които зърната образуват огледални модели едно на друго удвоява твърдостта на обикновените диаманти.
В крайна сметка обаче повечето учени не преследват свръхтвърди материали само за да поставят рекорди — те се опитват да създадат нещо полезно.
„Учените по материали прекарват много време в изобретяване на свръхтвърди материали, които могат да бъдат направени в мащаб“, каза Азимоу. „И за много цели това, че е по-твърд от диаманта, не е критерии за проектиране.“ Учените може да искат нещо почти толкова твърдо, колкото диамант, но по-евтино или по-лесно за производство в лабораторията.
Например, лабораторията на Канер е създала разнообразие от свръхтвърди метали, които биха могли да се използват в индустриални приложения вместо диаманта. Един, който е вече се предлага в търговската мрежа е комбинация от волфрам и бор, с няколко други метала, поръсени вътре. Формата на кристалите придава на материала различни свойства в различни посоки – така че, когато се държи в правилната ориентация, той може да надрасче диамант, каза Канер пред Live Science. Освен това е по-достъпно за създаване, отчасти защото не изисква условията на високо налягане, използвани за производството на диаманти в лабораторията, отбеляза той.
Така че, докато диамантът в многобройните му форми все още е водещ по отношение на твърдостта, класическият материал ще бъде изправен пред предизвикателства за своя трон занапред.