Diamenty są znane ze swojej niezwykłej twardości i trwałości, co czyni je cenionym materiałem zarówno w jubilerstwie, jak i przemyśle. Jednak czy istnieje coś, co jest twardsze od diamentu? To pytanie jest bardziej skomplikowane, niż się wydaje.
W praktyce diament wciąż jest uważany za najtwardszy materiał. Istnieją sposoby tworzenia diamentów, które są twardsze niż standardowe diamenty jubilerskie. Istnieją także teoretyczne materiały, które mogą być twardsze od diamentu, ale nie występują w formie, którą można by trzymać w ręce lub szeroko wykorzystywać.
Jednak warto zrozumieć, że twardość jest pojęciem precyzyjnym w nauce i różni się od innych cech, takich jak wytrzymałość czy sztywność. Diament jest bardzo twardy, ale tylko umiarkowanie sztywny, i niespodziewanie łatwo ulega pęknięciu, co wykorzystują jubilerzy do tworzenia pięknych, wielościennej biżuterii.
Twardość materiałów mierzy się różnymi metodami. W geologii stosuje się skalę twardości Mohsa, która służy do identyfikacji minerałów na podstawie zdolności do zadrapania się nawzajem. Diament osiąga wartość 10, co jest maksymalną wartością na skali, oznaczającą, że może zadrapać prawie każdy inny materiał. Na drugim biegunie skali znajduje się miękki i kruchy talk o wartości 1.
W laboratoriach naukowców używa się bardziej precyzyjnej metody, jaką jest test twardości Vickersa, mierzący twardość materiału na podstawie siły potrzebnej do wywołania w nim wcięcia za pomocą spiczastego narzędzia.
Diament składa się z atomów w układzie sześciennej kraty, połączonych krótkimi, silnymi wiązaniami chemicznymi, co nadaje mu słynną twardość. Materiały, które twierdzą, że są twardsze od diamentu, zazwyczaj wynikają z lekkich zmian w klasycznej strukturze krystalicznej diamentu lub z zamiany atomów węgla na atomy takie jak bor czy azot.
Jednym z potencjalnych materiałów twardszych od diamentu jest lonsdaleit. Podobnie jak diament, składa się z atomów węgla, ale tworzy strukturę krystaliczną o układzie heksagonalnym, a nie sześciennej.
Lonsdaleit jest interesujący, ale wciąż nie ma on szans zastąpić diamentu w zastosowaniach takich jak cięcie, wiercenie czy polerowanie. Istnieją także materiały, które są twardsze od standardowego diamentu dzięki manipulacjom na poziomie nanostruktur. Materiał składający się z wielu mikroskopijnych kryształów diamentowych jest twardszy niż diament o jakości jubilerskiej, ponieważ te nanoskalowe ziarna wzajemnie się blokują, zamiast przesuwać. „Nanotwinned” diamenty, w których ziarna tworzą wzory odbijające się lustrzanie, są podobno dwukrotnie twardsze od standardowych diamentów.
Mimo że diament w swoich różnych postaciach nadal pozostaje królem twardości, naukowcy niekoniecznie dążą do ustanawiania rekordów, lecz próbują stworzyć coś praktycznego. Materiałoznawcy inwestują czas w wynajdowanie materiałów o nadzwyczajnej twardości, które można produkcji na dużą skalę, a w wielu przypadkach celem jest znalezienie materiału, który jest prawie tak twardy jak diament, ale tańszy lub łatwiejszy do wytworzenia w laboratorium. Na przykład, laboratorium Richarda Kanera opracowało wiele nadzwyczajnych metali, które mogą być stosowane w przemyśle zamiast diamentu. Jeden z takich materiałów, składający się z połączenia wolframu i boru, jest już dostępny na rynku komercyjnym. Jego kryształy mają różne właściwości w różnych kierunkach, co pozwala mu zadrapać diament, trzymany w odpowiedniej orientacji, i jest bardziej przystępny cenowo w produkcji niż diamenty wytworzone pod wysoce sprasowanym ciśnieniem.
Podsumowując, mimo że diament w różnych postaciach nadal jest uważany za najtwardszy materiał, tradycyjnie twardy krystaliczny materiał będzie musiał stawić czoła wyzwaniom w przyszłości.
Źródło: Live Science
