Алмазы, безусловно, известны своей исключительной твёрдостью, но действительно ли существует что-то более прочное на Земле или в космосе? Исследование этого вопроса не так просто, как может показаться на первый взгляд.
Согласно химику-материаловеду из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Ричарду Кейнеру, для большинства практических целей алмаз по-прежнему считается самым твердым материалом. Тем не менее, ученые нашли способы создания алмазов, которые могут быть тверже обычных камней.
Также существуют другие материалы, теоретически более твёрдые, но пока недоступные для широкого использования.
Важно отметить, что в научном контексте "твёрдость" — это не только вопрос физического состояния. Геохимик из Калифорнийского технологического института, Пол Асимоу, поясняет, что твердость часто путают с такими качествами, как жесткость и прочность.
Например, алмаз обладает высокой твердостью, но при этом довольно хрупок и может легко раскалываться по граням кристаллов.
Твердость минералов измеряют по шкале Мооса, где алмаз занимает высшую точку — 10. Для сравнения, мягкий тальк имеет твердость всего 1. В лабораториях ученые используют метод испытания на твердость по Виккерсу, который позволяет более точно определить твердость материалов.
Алмазы состоят из атомов углерода, расположенных в кубической решетке, что придаёт им известную прочность. Существуют материалы, которые могут быть более твердыми, чем алмаз, благодаря изменению кристаллической структуры или замене атомов углерода другими элементами, такими как бор или азот.
Одним из наиболее интересных претендентов на звание более твердого материала является лонсдейлит. Он также состоит из атомов углерода, но имеет гексагональную кристаллическую структуру. Лонсдейлит долгое время находился в малых количествах, в основном внутри метеоритов, и его статус как отдельного минерала вызывал вопросы.
Однако недавние находки кристаллов лонсдейлита микронного размера добавили ему достоверности. Ученые также пытались создать этот минерал в лабораторных условиях, хотя полученные кристаллы существуют лишь мгновение.
Тем не менее, лонсдейлит пока не может заменить алмаз в таких приложениях, как резка и сверление. Однако исследование наноразмерной структуры алмаза открывает новые горизонты: ученые могут создавать более твердые материалы из множества крошечных алмазных кристаллов.
Сообщается, что "нанодвойные" алмазы, которые состоят из зеркально отражающихся зёрен, могут быть вдвое тверже обычных.
Большинство ученых, занимающихся разработкой сверхтвердых материалов, стремятся создать полезные изделия, а не только побить рекорды. По словам Асимоу, важнее создать что-то почти такое же твердое, как алмаз, но более доступное и простое в производстве.
В лаборатории Канера были разработаны различные сверхтвердые металлы, которые могут служить альтернативой алмазам в промышленности. Один из таких материалов, который сейчас доступен на рынке, представляет собой комбинацию вольфрама и бора.
Его кристаллическая структура позволяет этому материалу царапать алмазы при правильной ориентации. Кроме того, его создание обходится дешевле, поскольку не требует высоких давлений, необходимых для производства алмазов в лаборатории.
Таким образом, хотя алмаз по-прежнему остается наиболее твёрдым материалом, в будущем его могут потеснить новые, более прочные альтернативы.