Некоторые материалы, такие как лонсдейлит, могут быть тверже алмаза, но не существуют в больших количествах и не имеют широкого применения.
Алмазы могут поцарапать практически все. Фото: Бизнес Стандарт
Алмазы ценны из-за своей твёрдости. Как ювелирные изделия, они могут прослужить несколько поколений и остаться непоцарапанными даже при ежедневном ношении. Используемые в качестве лезвий ножей или сверл, они могут проникать практически в любые предметы, не разрушаясь при этом. В виде порошка алмазы помогают полировать драгоценные камни, металлы и многие другие материалы. По данным Live Science , найти материал, который будет тверже алмаза, сложно.
По словам Ричарда Канера, химика-материаловеда из Университета Ричарда Канера, алмаз по-прежнему остается самым твердым материалом для большинства практических целей. Существуют способы создания алмазов, которые тверже стандартных, и теоретически другие материалы могут быть тверже алмазов, но они не существуют в форме, которую можно было бы держать в руке или широко использовать.
По словам Пола Азимоу, геохимика из Калифорнийского технологического института (Калтех), люди, носящие украшения с бриллиантами, могут подтвердить их долговечность, однако понятие «твердость» является весьма специализированным. Его часто путают с другими свойствами, такими как жесткость или прочность. Эти факторы не всегда согласуются с твердостью при вдавливании. Например, алмаз имеет очень высокую твердость при вдавливании, но лишь умеренную твердость при изгибе. Алмазы легко раскалываются по своим кристаллическим граням, и именно так ювелиры создают прекрасно сверкающие ограненные бриллианты.
Ученые измеряют твердость вдавливания несколькими различными способами. Геологи часто полагаются на шкалу твердости Мооса — способ идентификации минералов в полевых условиях на основе того, можно ли их поцарапать или нет. Алмаз имеет наивысшую степень твердости по шкале Мооса — 10, то есть он может поцарапать практически все. В лабораторных условиях материаловеды полагаются на более точное измерение, называемое испытанием на твердость по Виккерсу, которое определяет твердость материала на основе силы, необходимой для создания вмятины острым концом, подобной вдавливанию грифеля карандаша в ластик.
Алмазы состоят из атомов углерода, расположенных в кубической решетке и соединенных короткими, но прочными химическими связями. Такая структура придает ему характерную жесткость, препятствующую образованию вмятин. Большинство материалов, которые тверже алмаза, являются результатом небольших изменений кристаллической структуры обычного алмаза или замены части атомов углерода бором или азотом.
Одним из претендентов на звание материала, тверже алмаза, является лонсдейлит. Подобно алмазу, лонсдейлит состоит из атомов углерода, но они расположены в гексагональной кристаллической структуре, а не в кубической. До недавнего времени лонсдейлит находили лишь в крайне малых количествах, в основном внутри метеоритов, и было неясно, можно ли его классифицировать как самостоятельный материал или он является просто дефектом в стандартной кристаллической структуре алмаза.
Недавно группа ученых обнаружила в метеорите кристаллы лонсдейлита микронных размеров (микрон равен 1/1000 мм). Это крошечные кристаллы, но они все равно больше, чем обнаруженные ранее. Другие ученые сообщали о создании лонсдейлита в лабораторных условиях, хотя кристаллы существуют всего лишь долю секунды. Таким образом, хотя лонсдейлит и интересен, вряд ли в ближайшем будущем он заменит алмаз в таких областях применения, как резка, сверление или полировка.
Изменение наноструктуры алмаза также может привести к созданию материалов, которые тверже обычных алмазов. Материал, состоящий из множества крошечных кристаллов алмаза, будет тверже драгоценных алмазов, поскольку наноразмерные зерна закреплены, а не скользят друг относительно друга. «Нано-двойные» алмазы, в которых частицы образуют зеркальные отражения друг друга, обладают вдвое большей устойчивостью к вдавливанию, чем обычные алмазы.
Однако большинство ученых не стремятся создавать сверхтвердые материалы только для того, чтобы ставить рекорды, а вместо этого стремятся создать что-то полезное. Возможно, они захотят создать что-то почти такое же твердое, как алмаз, но более дешевое или простое в изготовлении в лабораторных условиях.
Например, лаборатория Канера создает несколько сверхтвердых металлов, которые могут использоваться в промышленности в качестве альтернативы алмазам. Коммерчески доступный продукт сочетает в себе вольфрам и бор, а также очень небольшое количество других металлов. Форма кристалла придает материалу различные свойства в разных направлениях. По словам Канера, при правильном расположении он может царапать алмазы. Этот материал также доступен в производстве, поскольку не требует условий высокого давления, необходимых для производства алмазов в лабораторных условиях.
Ан Кханг (по данным Live Science )
Ссылка на источник
Комментарий (0)