I diamanti sono apprezzati per la loro durezza. In gioielleria, possono durare per generazioni e resistere ai graffi durante l’uso quotidiano. Come le lame o le punte da trapano, possono penetrare quasi ovunque senza essere distrutte. Sotto forma di polvere, i diamanti lucidano pietre preziose, metalli e altri materiali.
Esiste qualcosa di più duro dei diamanti? Si scopre che conoscere la risposta è un po’ difficile.
Per la maggior parte degli scopi pratici, il diamante è ancora il materiale più duro, ha affermato Richard Kanner, chimico dei materiali presso l’Università della California, Los Angeles. Esistono metodi per creare diamanti che sono più duri dei diamanti gemma standard. Esistono altri materiali che teoricamente potrebbero essere più duri del diamante, ma non esistono in una forma che si possa tenere in mano o utilizzare su larga scala.
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Anche se chiunque indossi un anello con diamante può attestare la durezza di un cristallo, ha detto, è importante capire che “durezza” significa qualcosa di molto specifico per gli scienziati. Paolo Asimov, un geochimico del California Institute of Technology. Viene spesso confuso con altre qualità, come la durezza o la forza. Questi fattori sono talvolta, ma non sempre, legati alla durezza.
I diamanti, ad esempio, sono molto duri ma solo moderatamente duri. Sono sorprendentemente facili da rompere: si rompono facilmente lungo le loro facce di cristallo, ed è così che i tagliatori di gemme possono creare bellissimi diamanti sfaccettati che brillano.
Gli scienziati misurano la durezza in molti modi diversi. I geologi spesso fanno affidamento su una scala comparativa chiamata scala di durezza Mohs, che è un metodo per determinare i minerali sul campo in base alla possibilità che possano graffiarsi a vicenda. Un diamante è un 10 – il massimo della scala – il che significa che può graffiare quasi tutto. Il talco fine e friabile è 1.
In laboratorio, gli scienziati dei materiali si affidano a una misurazione più precisa chiamata test di durezza Vickers, che determina la durezza di un materiale in base alla forza richiesta per inciderlo con una punta appuntita. (Per visualizzarlo, immagina di mettere una matita in una gomma da cancellare.)
Di cui sono fatti i diamanti carbonio Atomi disposti in un reticolo cubico, tenuti insieme da legami chimici brevi e forti. Questa struttura gli conferisce la sua famosa rigidità. La maggior parte dei materiali che dichiarano di essere più duri del diamante derivano da una leggera modifica della classica struttura cristallina del diamante o dalla sostituzione di alcuni atomi di carbonio con atomi come boro o azoto.
Il principale contendente per una sostanza più dura del diamante è la lonsdaleite. Come il diamante, la lonsdaleite è composta da atomi di carbonio, ma sono disposti in una struttura cristallina esagonale anziché cubica.
“Lonensdaleite è molto sconcertante”, ha detto Asimov a WordsSideKick.com. Fino a poco tempo fa veniva trovato in quantità molto piccole, per lo più all’interno di meteoriti, e non era chiaro se fosse considerato una sostanza a sé stante o semplicemente una sostanza. Un difetto nella struttura cristallina standard del diamante.
Recentemente, un team di scienziati ha scoperto Cristalli di lonsdaleite di dimensioni micron nei meteoriti – Sono ancora cristalli piccoli, ma molto più grandi delle scoperte precedenti. Ciò conferisce al metallo maggiore credibilità, ha affermato Asimov. Lo hanno riferito altri studiosi La lonsdaleite è prodotta in laboratorioAnche se i cristalli erano lì solo per una frazione di secondo.
Quindi la lonsdaleite è interessante, ma non sostituirà presto il diamante in applicazioni come il taglio, la perforazione o la lucidatura.
Giocare con la nanostruttura del diamante può anche produrre un materiale più duro del diamante normale. Un materiale costituito da molti piccoli cristalli di diamante sarà più duro di un diamante di qualità gemma costituito da un singolo cristallo, perché i grani su scala nanometrica si chiudono anziché spostarsi uno accanto all’altro. Sono stati segnalati diamanti “nano-doppi”, in cui i grani formano modelli speculari l’uno dell’altro Due volte più duro del diamante normale.
Alla fine, tuttavia, la maggior parte degli scienziati non cerca solo materiali super resistenti per stabilire dei record, ma sta cercando di creare qualcosa di utile.
“Gli scienziati dei materiali dedicano molto tempo a inventare materiali super duri che possano essere prodotti su larga scala”, ha affermato Asimov. “Per molti scopi, essere più duro del diamante non è un criterio di progettazione”. Gli scienziati potrebbero volere qualcosa di duro quasi quanto il diamante, ma più economico o più facile da realizzare in laboratorio.
Ad esempio, il laboratorio di Kanner ha creato una varietà di minerali super duri che possono essere utilizzati in applicazioni industriali al posto dei diamanti. Uno questo Ora disponibile in commercio Lui Una miscela di tungsteno e boro, con alcuni altri metalli cosparsi. La forma dei cristalli conferisce al materiale proprietà diverse in direzioni diverse, quindi se posizionati nella giusta direzione possono graffiare i diamanti, ha detto Kanner a WordsSideKick.com. È anche conveniente da produrre, ha osservato, in parte perché non richiede le condizioni di alta pressione utilizzate per produrre i diamanti in laboratorio.
Quindi, mentre i diamanti nelle loro molteplici forme continuano a dominare in termini di durezza, il materiale classico dovrà affrontare sfide per il suo trono in futuro.
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