Содержание
Какой самый твердый материал на Земле?
Алмаз оценивается по шкале твердости Мооса на 10 баллов, что говорит о том, что это самый твердый природный материал, когда он подвергается царапинам. Однако, по прогнозам, лонсдейлит, вещество, обнаруженное в метеоритах, будет еще более твердым, чем алмаз.
Спросите любого любителя науки: «какой самый твердый материал?» — и он, несомненно, ответит: «Алмаз».
На протяжении десятилетий люди использовали безупречную твердость алмаза для интенсивной резки. Кроме того, учитывая его способность красиво взаимодействовать со светом, бриллианты являются крайне желанным украшением для женщин. Но действительно ли алмаз — самый твердый материал на Земле?
Ну, почти… ученые обнаружили потенциального соперника, который, как полагают, даже тверже, чем алмаз.
Самое твердое вещество природного происхождения на нашей планете
Когда дело доходит до природных твердых веществ, алмаз является явным победителем. Благодаря своей компактной структуре его очень трудно превзойти по твердости.
Теперь возникает вопрос… как мы измеряем твердость?
Измерение твердости
В материаловедении очень важна оценка твердости материала. Однако определить твердость не так-то просто. Таким образом, твердость можно измерить по-разному, в зависимости от контекста и применимости.
Шкала твердости Мооса
Одна из наиболее часто используемых шкал твердости — шкала твердости Мооса, разработанная немецким минералогом Фридрихом Моосом в девятнадцатом веке. По этой шкале твердость — это мера сопротивления, проявляемого одним материалом при царапании другим материалом. Шкала твердости Мооса варьируется от 0 до 10, где 10 означает самую твердую (наименее подверженную царапинам), а 0 — наименьшую твердость.
Шкала твердости минералов Мооса.
Алмаз получил 10 баллов по этой шкале, что ясно указывает на то, что это самый твердый натуральный материал, когда его подвергают царапинам. Чтобы понять, насколько хорош алмаз, рассмотрим сталь, которая известна своей твердостью и имеет только 4,5 балла по этой шкале!
Так вот, измерение твердости по стойкости вещества к царапинам одобрялось далеко не всеми.
Таким образом, ученые начали искать альтернативный метод измерения твердости. Была разработана еще одна методика определения твердости, в которой для оценки твердости использовался индентор.
Тест твердости по Виккерсу
Один из самых известных тестов для определения твердости с использованием индентора — это тест твердости по Виккерсу. При этом методе испытания на твердость индентор в форме пирамиды прижимается к материалу, твердость которого необходимо оценить. На данный материал в течение определенного времени прилагается определенное усилие. После этого индентора измеряется степень вмятины на материале. Это делается путём измерения площади поверхности вмятины, нанесённой индентором на материал. Здесь снова было установлено, что алмаз является самым твердым природным материалом на Земле.
Что делает бриллиант таким твердым?
В этот момент вы можете спросить себя, что делает бриллиант таким твердым? Ответ кроется в молекулярной структуре этого блестящего элемента.
Алмаз — это аллотроп углерода, состоящий из пяти атомов углерода, которые разделяют электроны друг с другом в структуре тетраэдрической решетки. Ковалентная связь между этими атомами углерода чрезвычайно прочна, и ее очень трудно разорвать при комнатной температуре.
Алмаз как тетраэдрическая структура углерода.
Из-за этой прочной ковалентной связи у алмазов нет свободных электронов, что делает их плохим проводником электричества, но отличным проводником тепла. Фактически, алмаз примерно в пять раз лучше по теплопроводности, чем медь. Благодаря своей фантастической теплопроводности алмазы часто присутствуют в электрических деталях, например, в радиаторах.
Алмазы не непобедимы…
Прочитав это, вы можете почувствовать, что бриллианты непобедимы, но на самом деле это не так. Алмаз становится уязвимым при очень высоких температурах. Когда вы нагреваете алмаз выше 800 °C, его химические и физические свойства больше не остаются неизменными. Нарушение характерной прочности алмаза.
Они начинают химически реагировать с железом, что делает алмаз нежелательным для обработки стали. Характерная твердость алмаза нарушается. Они начинают химически реагировать с железом, что делает алмаз нежелательным для обработки стали.
Поэтому ученые и исследователи давно ищут сверхтвердый материал, обладающий лучшей химической стабильностью. В 2009 году исследователи, работавшие в сотрудничестве из Шанхайского университета Цзяо Тонг и Университета Невады, заявили, что нашли два материала, которые могут победить алмаз в его собственной игре!
Две предложенные потенциальные претендентки на самое твёрдое вещество были: Нитрид бора вюрцита (w-BN) и Лонсдейлит.
Вюрцит нитрид бора (w-BN)
Вюрцит нитрид бора (w-BN) имеет структуру, аналогичную структуре алмаза, но он состоит из атомов бора и азота, а также углерода. Вюрцит нитрид бора чрезвычайно редок и может быть обнаружен только после определенного типа извержения вулкана. Проведенное исследователями в 2009 году моделирование гексагональной структуры w-BN показало, что она на 18% тверже стали.
Кроме того, w-BN химически более стабилен, чем алмаз при высоких температурах.
Лонсдейлит
Лонсдейлит состоит только из атомов углерода, как и алмаз, хотя и с другой структурой. И угадайте, что… лонсдейлит даже сильнее, чем w-BN! Интересно, что лонсдейлит — это космическое вещество, которое получается, когда богатый графитом метеорит ударяется о Землю. Моделирование вдавливания показало, что лонсдейлит на 58% прочнее алмаза, что делает лонсдейлит самым твердым веществом на Земле.
Подождите, есть загвоздка …
Однако в этих утверждениях о том, что w-BN и лонсдейлит сильнее алмаза, есть загвоздка. Эти утверждения основаны на программе моделирования, запущенной на компьютере, а не на физической проверке. Поскольку эти элементы чрезвычайно трудно найти, они еще не прошли физических испытаний для определения их твердости.
Тем не менее их моделирование предполагает, что эти более твердые, чем алмаз, материалы обладают хорошей термической и химической стабильностью; если мы сможем синтетически производить их в достаточно больших количествах, они могут оказаться переломными.
Их можно было использовать как мощные фрезы, помещая их поверх других режущих инструментов. Кроме того, их стабильность при более высоких температурах сделала бы их полезными в космических полетах к Венере или Меркурию, которые имеют обжигающе высокие температуры.
Что ж, алмаз может теоретически потерять свою корону самого твердого материала, но он всегда останется королем драгоценных камней. Более того, утверждение о том, что лонсдейлит является самым твердым веществом, еще не подтверждено физически.
Что самое твёрдое на Земле? Не важно , природное или искусственное.? — Спрашивалка
ЦГ
Церцера Геката
Что самое твёрдое на Земле? Не важно , природное или искусственное.?
земля
6669
908
0
Ответы
Ан
Андрей
По идее, самое твёрдое неорганическое вещество на Земле — это Алмаз, но это уже не так, расскажу ниже.
Хотя есть целый список веществ, близких ему по твёрдости, например: карбид и нитрид бора, нитрид титана и т.д. Показатель твёрдости Алмаза равен = 442 ГПа. Искусственные алмазы не уступают ему по прочности. Их изготавливают из других углеродных материалов (да хоть из хлеба можно, толь его нужно предварительно сжечь) при очень высоких температурах (порядка нескольких тысяч градусов по Кельвину) и очень высоком давлении (порядка нескольких сотен Атмосфер). Кстати говоря, в Алмазе самая высокая скорость распространения звука по оси кристалла L111 составляет 18600 м/с. Опять же взять карбид вольфрама — по прочности он не уступает алмазу, так же, вольфрам является самым тугоплавким металлом, с температурой плавление +3420 градусов Цельсия. Ну это му уже от темы отошли. Продолжим: Однако, ещё в 2005 году, физики из Байройта получили новый углеродный материал на основе нанотрубок и т.п., (нахимичили в общем), плотность которого превышает плотность Алмаза на 0,3 %, т.е. если модуль Алмаза = 442 ГПа, то у нового вещества он равен = 491 ГПа.
Была разработана технология применения и производства в промышленных масштабах. Текст статьи здесь. Так же, известно ещё одно очень твёрдое вещество — специально обработанный Лонсдейлит, оно не просто твёрдое, оно на 58% твёрже Алмаза. Это было доказано в 2009 году американскими и китайскими учёными. Эти вещества многим схожи, но у них разный способ упаковки, как и с предыдущим веществом. Более подробную информацию о специально обработанном лонсдейлите вы можете найти здесь. Но поговаривают, что его не смогут использовать из-за проблем с получением этого вещества. Так что Алмаз по прежнему рулит во всём, НО он уже не самый твёрдый, как я уже сказал, самое твёрдое вещество на Земле — это специально обработанный Лонсдейлит. Вот.
0
ЦГ
Церцера Геката
Есть ещё фуллерит.
1
Василий Алфимов
Наиболее твёрдым из существующих на сегодняшний день материалов является ультратвёрдый фуллерит (примерно в 1,17—1,52 твёрже алмаза).
Однако этот материал доступен только в микроскопических количествах. Самым же твёрдым из распространённых веществ является алмаз. Кроме того, существует информация, что группе американских и китайских ученых удалось доказать, что специально обработанный лонсдейлит на 58% тверже алмаза.
0
Василий Алфимов
1
ЦГ
Церцера Геката
Идол.
1
Василий Алфимов
Не понял?
1
ЦГ
Церцера Геката
Для этих 50 это идол.
1
Василий Алфимов
Понял.
От сердца отлегло.
1
Посёлок Сусанин
Самое твердое вещество, известное науке на данный момент — полимеризованный фуллерит. Он представляет собой молекулярный кристалл — структуру, в узлах которой находятся не отдельные атомы, а целые молекулы (фуллерены — одна из аллотропных модификаций углерода, по форме напоминающая футбольные мячики). Фуллерит оставляет царапины на алмазной поверхности, как на пластмассе. Твёрже алмаза в 2 раза.
0
ЦГ
Церцера Геката
Правильно Есть ещё лонсдейлит , он по твёрдости между алмазом и фуллеритом.
1
Посёлок Сусанин
Да, да.
1
Алексей
Фуллерит Самое твердое вещество, известное науке на данный момент — полимеризованный фуллерит. Он представляет собой молекулярный кристалл — структуру, в узлах которой находятся не отдельные атомы, а целые молекулы (фуллерены — одна из аллотропных модификаций углерода, по форме напоминающая футбольные мячики). Фуллерит оставляет царапины на алмазной поверхности, как на пластмассе.
0
ЦГ
Церцера Геката
Верно вы 14 давший правильный ответ.
1
Ан
Андрей
Самое твердое вещество, известное науке на данный момент — полимеризованный фуллерит.
Он представляет собой молекулярный кристалл — структуру, в узлах которой находятся не отдельные атомы, а целые молекулы (фуллерены — одна из аллотропных модификаций углерода, по форме напоминающая футбольные мячики). Фуллерит оставляет царапины на алмазной поверхности, как на пластмассе.
0
ЦГ
Церцера Геката
Правильно вы 18 давший верный ответ.
1
Ан
Андрей
и Вам спасибо за вопрос.
1
ДК
Дмитрий Карабань
Есть искусственный кристалл на основе углерода, в принципе тот же алмаз, но с какой-то примесью и с несколько измененной кристаллической решеткой, так вот он крушит алмаз.
Не так давно прочитал в журнале «Наука и жизнь».
0
ЦГ
Церцера Геката
Его название фуллерит.
1
ДК
Дмитрий Карабань
Во точно! Вы тоже читали?
1
ЦГ
Церцера Геката
И читала и фильм смотрела по каналу «НАУКА 2:0»
1
Ефимов Виктор
премудрость, Соломон учил: Господь премудрость основал землю, Небеса утвердил разумом. Премудрость — поле духовной власти и закономерности присутствия, преображения и превосходства совершенного.
0
ЦГ
Церцера Геката
Вопрос о материальном. Философствовать будем на других темах.
1
Ефимов Виктор
тогда тупость
1
ЦГ
Церцера Геката
Дурака валяем. тема закрыта.
1
МА
Максим Алькин
Создан был искусственным образом алмаз, назывался по разному и супер алмаз и гипералмаз, разработан был российскими учеными, во главе с какой-то женщиной)))) на 11 процентов тверже алмаза обычного
0
ЦГ
Церцера Геката
Фуллерит , он в 2 раза твёрже алмаза.
1
МА
Максим Алькин
Да вот нашел. Твердость фуллеритов сравнима с твердостью алмаза: 6-16 тысяч кгс/мм2, а у фуллеритов ультратвердой модификации значительно выше нее: 16-30 тысяч кгс/мм2. Модуль их объемного сжатия доходит до 1300 ГПа, существенно превышая эту характеристику алмаза
1
СГ
Сергей Голдырев
Алмаз вообще-то был всегда. Правда, в последнее время много умников развелось — переписывают историю, правила русского языка и тп. Может, и физику с минералогией тоже уже успели переписать
0
ЦГ
Церцера Геката
Фуллерит , у него метеоритное происхождение.
1
СГ
Сергей Голдырев
Это — который четвёртая форма состояния чистого углерода?
1
ЦГ
Церцера Геката
Углерод-60 с шарообразной кристаллической решёткой.
1
СГ
Сергей Голдырев
У меня в ведре с водой лежит. Фуллерен. Карельский шунгит
1
Александр
Существует с десяток твердых материалов по твердости превосходящей алмаз) Если интересно то прошу по ссылке http://www.popmech.ru/technologies/16170-rekordnaya-tverdost-10-samykh-tverdykh-materialov-na-zemle/#full
0
ЦГ
Церцера Геката
Пока самый твёрдый фуллерит.
1
Александр
Ну в общем да, но пока поживем увидим)
1
Волк Одинокий
природное — алмаз, искусственное — сплав ЛАНТАНА, ИРИДИЯ И МОБИЛЕНА, но получить подобный сплав на земле нельзя, только космическом ваккуме и то небольшое количество.
0
ЦГ
Церцера Геката
Фуллерит.
1
Manvard Cross
Искуственные алмазы которые используются для хранения инфы в квантовых компах в них возможны различные вариации кристаллической решетки
0
ЦГ
Церцера Геката
Название.
1
Manvard Cross
Фуллерит
1
ЦГ
Церцера Геката
Правильно вы 17 кто дал верный ответ.
1
Юль-Кин
Ученным удалось создать новый материал из углерода, он тверже алмаза и может служить для его обработки! Новый материал назвали углерод-60.
0
ЦГ
Церцера Геката
Вы первая . Только дополню , фуллерит.
1
Юль-Кин
А вот этого я не знала.
..СПАСИБО….
1
ЦГ
Церцера Геката
Углерод-60 — фуллерен , а соединение фуллеренов — фуллерит.
1
Юль-Кин
1
Nиколаy
В последнее время складывается такое ощущение, что это ириски, что лежат передо мной на столе. Ну а уже следом за ними идёт алмаз.
0
ЦГ
Церцера Геката
Это как самое горячее перец Обанеро. Но алмаз уже не самый твёрдый , фуллерит.
1
Nиколаy
Вот оно! Подходящее название для этих ирисок.
Между ними можно было бы даже устроить тесты)
1
Mariy
Это аэрогель. эрогель состоит на 99.8% из воздуха, а температура плавления составляет порядка 1200 градусов Цельсия………
0
ЦГ
Церцера Геката
Вопрос о твёрдости.
1
Mariy
вот это и говорит о том, что это самое твердое , что есть на земле
1
ЦГ
Церцера Геката
Вольфрам более 3000 градусов , но это ни о чём не говорит.
1
Mariy
ну извините
1
ЛК
Лёха Катаев
Самый твёрдый металл-это вольфрам, самый твёрдый неметалл-это алмаз, самый твёрдый природный материал-это хитин
0
ЦГ
Церцера Геката
Запросите фуллерит.
1
Вс
Все
Когда тот считали алмаз но сейчас так технологии развиваются я даже не смею предположить что ещё синтезировали
0
ЦГ
Церцера Геката
Фуллерит.
1
Вс
Все
Опа и он искуственный наверно? Алмаз тесто перед ним?)))
1
ЦГ
Церцера Геката
Он так же метеоритного происхождения.
1
Вс
Все
Ммм это любопытно но что с ним сделаешь он хоть плавится?
1
ЦГ
Церцера Геката
Это модификация углерода , делайте выводы.
1
Вс
Все
Ясно
1
Евгений Васильев
Если черпал удачу ведрами, если просто парил над ней, то земля, как водится, твердая, чтобы падать было больней.
0
ЦГ
Церцера Геката
Метафора.
1
Борис Майдуров
есть анекдот про церковно приходскую школу где иван всю науку на !!! свёл вот это самое твердое на свете
0
ЦГ
Церцера Геката
К андрологии это не относится.
1
Большой Гусь
Ну в природе Алмаз, а искусственно что-то там уже создали и оно прочнее Алмаза. Можешь погуглить
0
ЦГ
Церцера Геката
Я и так знаю , а вот вы.
1
Большой Гусь
я пока обойдусь без него
1
Следующая страница
Другие вопросы
можно ли в планшет вставить сим карту из 3g модема?
Почему google карты и yandex карты показывают только 20 страниц результатов?
как называется выпуск +100500 с дедом дающим советы строителям или ссылку
Нужен ключ для NIS 2013
Помагите настроить биос правильно нужна помошь у меня синий экран
Совместимы ли материнка MSI G31M (MS-7379) и видеокарта ZOTAC GeForce GTX 650 Ti
Почему ps vita показывает что я в Новосибирске, хотя я нахожусь в Рязани?
Дайте адресок с русской расшифровкой BIOS для aser aspire 5100
У меня есть вопрос настчет GTA 4 лицуха.
windows 8 помогите. ноут зависает при входе на экране добро пожаловать. ноутбук новый
встанте кто нибунь на раздачу плиз!
Когда примерно выйдет обновление Terraria 1.2, слышал что в мае, но в конце или вообще когда ?
Играете в самп? Кто играет в самп напишите +, а кто не играет поставте -. И ещё,укажите сколько вам лет.
Помогите проблемы с системником
Уважаемые, помогите решить задачу по программированию 9 класс
Алмаз больше не самый твердый природный материал
Джессика Григгс
Красивый, дорогой и очень твердый. Но теперь были обнаружены более твердые минералы.
Isifa Image Service sro/Rex Features
Впервые эта статья была опубликована 16 февраля 2009 г. Актуальную информацию смотрите в конце статьи. лучший друг, но вскоре он может потерять популярность среди промышленных бурильщиков.
Некоторое время назад драгоценный камень уступил свое звание «самого твердого материала в мире» искусственным наноматериалам.
Теперь редкое природное вещество, похоже, оставит их далеко позади — на 58 процентов тверже алмаза.
Zicheng Pan из Шанхайского университета Цзяо Тонг в Китае и его коллеги смоделировали, как атомы в двух веществах, которые, как считалось, имеют многообещающие свойства в качестве очень твердых материалов, реагируют на напряжение зонда с тонким наконечником, надавливающего на них.
Экстремальные условия
Первый, вюрцитный нитрид бора, имеет структуру, аналогичную алмазу, но состоит из других атомов.
Второй, минерал лонсдейлит, или гексагональный алмаз, состоит из атомов углерода, как и алмаз, но они имеют другую форму.
Лишь небольшое количество вюрцита, нитрида бора и лонсдейлита существует в природе или было получено в лаборатории, поэтому до сих пор никто не осознавал их превосходную силу. Моделирование показало, что нитрид бора вюртзид выдерживает на 18% больше нагрузки, чем алмаз, а лонсдейлит — на 58% больше. Если результаты подтвердятся физическими экспериментами, оба материала будут намного тверже, чем любое из когда-либо измеренных веществ.
«Лонсдейлит иногда образуется, когда на Землю падают метеориты, содержащие графит»
Однако пройти эти тесты будет непросто. Поскольку оба редко встречаются в природе, необходим способ, чтобы получить достаточное количество каждого из них, чтобы проверить предсказание.
Редкий минерал лонсдейлит иногда образуется при падении на Землю метеоритов, содержащих графит, а нитрид бора вюрцит образуется во время извержений вулканов, сопровождающихся очень высокими температурами и давлением.
Гибкий друг
Однако в случае подтверждения вюрцитный нитрид бора может оказаться наиболее полезным из двух, поскольку он стабилен в кислороде при более высоких температурах, чем алмаз. Это делает его идеальным для нанесения на наконечники режущих и сверлильных инструментов, работающих при высоких температурах, или, например, в качестве антикоррозионной пленки на поверхности космического корабля.
Как это ни парадоксально, твердость нитрида бора вюрцита, по-видимому, обусловлена гибкостью связей между атомами, из которых он состоит.
Когда материал испытывает напряжение, некоторые связи переориентируются примерно на 90 градусов, чтобы снять напряжение.
Хотя алмаз подвергается аналогичному процессу, что-то в структуре нитрида бора вюрцита делает его почти на 80 процентов прочнее после того, как процесс происходит, говорит соавтор исследования Чанфэн Чен из Университета Невады, Лас-Вегас. не иметь.
Монокристаллы
Аналогичное исследование провела Наталья Дубровинская из Гейдельбергского университета в Германии.
«Это важно, потому что любая попытка дать представление о механизме улучшения свойств материала, особенно твердости, чрезвычайно важна с технологической точки зрения», — сказала она New Scientist .
Чем больше будет известно о том, что влияет на твердость материалов, тем больше возможностей будет создавать твердые материалы на заказ, объясняет она.
Однако она отмечает, что для доказательства теории потребуются монокристаллы каждого материала. До сих пор нет известных способов выделения или выращивания таких кристаллов любого материала.
Ссылка на журнал: Physical Review Letters (DOI: 10.1103/PhysRevLett.102.055503)
Обновление: Джефф Хехт, 13 мая 2014 г. достаточно этих экзотических материалов для тестирования. «С 2009 года не было сообщений о синтезе нитрида бора вюрцита или гексагонального алмаза в больших количествах.работы», — говорит Чанфэн Чен.
Но поиски сверхтвердых кристаллов продолжают находить многообещающих кандидатов. В прошлом году Юнджун Тянь из Университета Яньшань в Циньхуандао, Китай, и его коллеги изучили кубическую форму нитрида бора, а не гексагональную форму, которую изучал Чен, которая, как они утверждали, также тверже алмаза.
Экспериментальные детали этого исследования подверглись критике, но Чен считает, что материал Тиана все еще требует изучения. «Главная задача — понять атомистический механизм, лежащий в основе этого экстраординарного результата», — говорит Чен.
Прочитайте, как современная алхимия подвергает периодическую таблицу
Еще по этим темам:
- материалы
- бриллианты
Действительно ли ученые нашли что-то тверже алмаза?
Спросите большинство людей, какой самый твердый материал на Земле, и они, вероятно, ответят: «Алмаз».
Его название происходит от греческого слова ἀδάμας (адамас), означающего «нерушимый» или «непобедимый», и отсюда мы получаем слово «непреклонный». Твердость алмаза придает ему невероятные режущие способности, которые, наряду с его красотой, делают его востребованным на протяжении тысячелетий.
Современные ученые десятилетиями искали более дешевые, твердые и более практичные альтернативы, и каждые несколько лет появляются новости о создании нового «самого твердого материала в мире». Но действительно ли кто-то из этих претендентов на высоте?
Несмотря на свое уникальное очарование, алмаз — это просто особая форма или «аллотроп» углерода. В семействе углерода есть несколько аллотропов, включая углеродные нанотрубки, аморфный углерод, алмаз и графит. Все они состоят из атомов углерода, но типы атомных связей между ними различаются, что приводит к различным структурам и свойствам материалов.
Самая внешняя оболочка каждого атома углерода имеет четыре электрона. В алмазе эти электроны разделяются с четырьмя другими атомами углерода, образуя очень прочные химические связи, что приводит к чрезвычайно жесткому тетраэдрическому кристаллу.
Именно это простое, прочно связанное устройство делает алмаз одним из самых твердых веществ на Земле.
Насколько сложно?
Испытательная наковальня Виккерса.
R Танака, CC BY
Твердость является важным свойством материалов и часто определяет, для чего они могут быть использованы, но ее также довольно сложно определить. Для минералов твердость царапания является мерой того, насколько он устойчив к царапанию другим минералом.
Существует несколько способов измерения твердости, но обычно используется инструмент, чтобы сделать вмятину на поверхности материала. Соотношение между площадью поверхности вмятины и силой, приложенной для ее создания, дает значение твердости. Чем тверже материал, тем больше значение. В тесте на твердость по Виккерсу для создания отпечатка используется алмазный наконечник в виде пирамиды с квадратным основанием.
Мягкая сталь имеет значение твердости по Виккерсу около 9 ГПа, а алмаз имеет значение твердости по Виккерсу около 70–100 ГПа.
О стойкости алмаза к износу ходят легенды, и сегодня 70% мировых природных алмазов используются в износостойких покрытиях для инструментов, используемых при резке, сверлении и шлифовании, или в качестве добавок к абразивам.
Проблема с алмазом в том, что, хотя он может быть очень твердым, он также удивительно нестабилен. Когда алмаз нагревается на воздухе выше 800 ℃, его химические свойства меняются, что влияет на его прочность и позволяет вступать в реакцию с железом, что делает его непригодным для обработки стали.
Эти ограничения на его использование привели к растущему вниманию к разработке новых, химически стабильных, сверхтвердых материалов в качестве замены. Улучшенные износостойкие покрытия позволяют промышленным инструментам прослужить дольше между заменой изношенных деталей и снижают потребность в охлаждающих жидкостях, потенциально опасных для окружающей среды. Ученым до сих пор удалось придумать несколько потенциальных конкурентов алмаза.
Нитрид бора
Микроскопический кристалл BN.
NIMSoffice/Викисклад
Синтетический материал нитрид бора, впервые полученный в 1957 году, подобен углероду тем, что имеет несколько аллотропных форм. В своей кубической форме (c-BN) он имеет ту же кристаллическую структуру, что и алмаз, но вместо атомов углерода состоит из чередующихся атомов бора и азота. c-BN химически и термически стабилен и сегодня широко используется в качестве сверхтвердого покрытия для станков в автомобильной и аэрокосмической промышленности.
Но кубический нитрид бора в лучшем случае остается вторым самым твердым материалом в мире с твердостью по Виккерсу около 50 ГПа. Первоначально сообщалось, что его шестиугольная форма (w-BN) еще тверже, но эти результаты были основаны на теоретическом моделировании, которое предсказывало прочность на вдавливание на 18% выше, чем у алмаза. К сожалению, w-BN крайне редко встречается в природе, и его трудно производить в достаточных количествах, чтобы должным образом проверить это утверждение экспериментально.
Синтетический алмаз
Синтетический алмаз крупным планом.
Instytut Fizyki Uniwersytet Kazimierza Wielkiego, CC BY
Синтетический алмаз также существует с 1950-х годов, и часто сообщается, что он тверже природного алмаза из-за его другой кристаллической структуры. Его можно получить, применяя к графиту высокое давление и температуру, чтобы заставить его структуру перестроиться в тетраэдрический алмаз, но это медленно и дорого. Другой метод состоит в том, чтобы эффективно построить его с помощью атомов углерода, взятых из нагретых углеводородных газов, но типы материалов подложки, которые вы можете использовать, ограничены.
При синтетическом производстве алмазов создаются поликристаллические камни, состоящие из агрегатов гораздо более мелких кристаллитов или «зерен» размером от нескольких микрон до нескольких нанометров. Это контрастирует с крупными монокристаллами большинства природных алмазов, используемых в ювелирных изделиях.
Чем меньше размер зерна, тем больше границ зерен и тем тверже материал. Недавние исследования некоторых синтетических алмазов показали, что их твердость по Виккерсу достигает 200 ГПа.
Q-углерод
Q-Carbon крупным планом.
Государственный университет Северной Каролины
Совсем недавно исследователи из Университета штата Северная Каролина создали то, что они описали как новую форму углерода, отличающуюся от других аллотропов и, как сообщается, тверже алмаза. Эта новая форма была получена путем нагревания некристаллического углерода мощным быстрым лазерным импульсом до 3700 °C с последующим его быстрым охлаждением или «закалкой» — отсюда и название «Q-углерод» — с образованием алмазов микронного размера.
Ученые обнаружили, что Q-углерод на 60% тверже, чем алмазоподобный углерод (разновидность аморфного углерода со свойствами, подобными алмазу). Это заставило их ожидать, что Q-углерод тверже самого алмаза, хотя это еще предстоит доказать экспериментально.