Který materiál je tvrdší než diamant?

Některé materiály, jako například lonsdaleit, mohou být tvrdší než diamant, ale neexistují ve velkém množství ani nemají široké využití.

Diamanty dokážou poškrábat téměř cokoli. Foto: Business Standard — Diamanty dokážou poškrábat téměř cokoli. Foto: *Business Standard*

Diamanty jsou ceněny pro svou tvrdost. Jako šperky mohou vydržet generace a zůstanou bez poškrábání i přes každodenní opotřebení. Jako čepele nebo vrtáky dokáží proniknout téměř čímkoli, aniž by se zlomily. V práškové formě diamanty leští drahokamy, kovy a mnoho dalších materiálů. Najít materiál tvrdší než diamanty je tedy podle Live Science obtížné.

Diamant je pro většinu praktických účelů stále nejtvrdším materiálem, říká Richard Kaner, chemik materiálů na Univerzitě Richarda Kanera. Existují způsoby, jak diamanty učinit tvrdšími než standardní diamanty, a jiné materiály by teoreticky mohly být tvrdší než diamanty, ale neexistují ve formě, kterou byste mohli držet v ruce nebo široce používat.

Zatímco lidé nosící diamantové šperky mohou dosvědčit jejich trvanlivost, pojem „tvrdost“ je velmi specializovaný, říká Paul Asimow, geochemik z Kalifornského technologického institutu (Caltech). Často se zaměňuje s jinými vlastnostmi, jako je tuhost nebo trvanlivost. Ty nejsou vždy totéž co tvrdost vtlačením. Například diamanty mají velmi vysokou tvrdost vtlačením, ale pouze střední tvrdost v ohybu. Diamanty mají tendenci se snadno lámat podél svých krystalových ploch, a proto klenotníci vytvářejí krásné, fazetované diamanty.

Vědci měří odolnost proti vtlačení několika různými způsoby. Geologové se často spoléhají na jednotku srovnání zvanou Mohsova stupnice, což je způsob, jak identifikovat minerály v terénu na základě toho, zda poškrábou. Diamant má číslo 10, což je nejvyšší hodnota na Mohsově stupnici, což znamená, že dokáže poškrábat téměř cokoli. V laboratoři se vědci zabývající se materiály spoléhají na přesnější měřítko zvané Vickersova zkouška tvrdosti, která určuje tvrdost materiálu na základě síly potřebné k vytvoření vtlačení hrotem, podobně jako když se tuha vtlačí do gumy.

Diamant se skládá z atomů uhlíku uspořádaných v kubické mřížce, které jsou spojeny krátkými, silnými chemickými vazbami. Tato struktura mu dává charakteristickou tvrdost při vtlačení. Většina materiálů tvrdších než diamant je výsledkem drobných modifikací krystalové struktury normálního diamantu nebo nahrazením některých atomů uhlíku borem či dusíkem.

Jedním z uchazečů o titul nejtvrdšího materiálu je lonsdaleit. Stejně jako diamant se lonsdaleit skládá z atomů uhlíku, ale ty jsou uspořádány v hexagonální krystalové struktuře místo kubické. Až donedávna se lonsdaleit nacházel pouze v extrémně malém množství, většinou v meteoritech, a nebylo jasné, zda jej lze klasifikovat jako samostatný materiál, nebo zda se jedná pouze o vadu ve standardní krystalové struktuře diamantu.

Nedávno tým vědců objevil v meteoritu krystaly lonsdaleitu o velikosti mikronů (1/1000 milimetru). Jsou to drobné krystaly, ale stále větší, než se dříve předpokládalo. Jiní vědci informovali o pěstování lonsdaleitu v laboratoři, ačkoli krystaly existují jen zlomek sekundy. Takže i když je lonsdaleit zajímavý, je nepravděpodobné, že by v dohledné době nahradil diamant v aplikacích, jako je řezání, vrtání nebo leštění.

Laděním nanostruktury diamantů lze také vytvořit materiály, které jsou tvrdší než běžné diamanty. Materiál vyrobený z mnoha drobných diamantových krystalů by byl tvrdší než diamanty z drahých kamenů, protože nanozrna drží pohromadě, spíše než aby se posouvala po sobě. Diamanty „Nanotwin“, u kterých zrna tvoří zrcadlové obrazy jeden druhého, jsou dvakrát odolnější vůči vtlačení než běžné diamanty.

Většina vědců se však nesnaží o supertvrdé materiály jen proto, aby překonávali rekordy; místo toho se snaží vytvořit něco užitečného. Možná chtějí vytvořit něco, co je téměř stejně tvrdé jako diamant, ale je levnější nebo snadněji vyrobitelné v laboratoři.

Kanerova laboratoř například vyrábí několik supertvrdých kovů, které by mohly být použity jako průmyslové alternativy diamantů. Jeden komerčně dostupný produkt kombinuje wolfram a bor spolu se stopovým množstvím dalších kovů. Tvar krystalů dává materiálu různé vlastnosti v různých směrech. Při správném uspořádání mohou poškrábat diamant, říká Kaner. Materiál je také cenově dostupný na výrobu, protože nevyžaduje vysokotlaké podmínky potřebné k výrobě diamantů v laboratoři.

An Khang (podle Live Science )

Zdrojový odkaz