آیا ماده ای سخت تر از الماس وجود دارد؟

الماس به طور طبیعی یک ماده سخت و جامد است، اما آیا ماده دیگری در زمین، فضا یا حتی در آزمایشگاه ها سخت تر از الماس وجود دارد؟

الماس ها به دلیل سختی با ارزش هستند. الماس در جواهرات می تواند برای نسل ها دوام بیاورد و  اگر هر روز هم استفاده شود در برابر خط و خش مصون است.

در صنعت به عنوان یک چاقوی برش یا مته استفاده می شود که می تواند حتی در سخت ترین مواد بدون آسیب رساندن به خود نفوذ کند. پودر الماس همچنین برای صیقل دادن سایر سنگ های قیمتی، فلزات و مواد دیگر استفاده می شود.

بنابراین آیا می توان ماده ای سخت تر از الماس پیدا کرد؟ جواب کمی سخت است.

ریچارد کانر، شیمیدان مواد در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، می گوید: الماس هنوز یکی از سخت ترین مواد برای اهداف عملی است. روش هایی برای ساخت الماس وجود دارد که از الماس های فانتزی قوی تر هستند. مواد دیگری نیز وجود دارند که از نظر تئوری قوی‌تر از الماس هستند، اما به شکلی نیستند که بتوانید آن را در دست بگیرید یا در مقیاس بزرگ از آن استفاده کنید.

پل آسیموف، ژئوشیمیدان در کلتک، می‌گوید: «هر کسی که حلقه الماس داشته می‌تواند دوام آن را تأیید کند، اما «سختی» در نظر دانشمندان معنای ویژه‌ای دارد. این ویژگی معمولا با سایر ویژگی‌ها مثل خشکی یا قدرت خلط می‌شود. این عوامل گاهی، اما نه همیشه، با سختی مرتبط هستند.»

به عنوان مثال، الماس ماده ای سخت است، اما سختی آن متوسط ​​است. به همین دلیل است که به طرز شگفت انگیزی شکننده است. این ماده به راحتی در امتداد چهره های کریستالی خود می شکند و به همین دلیل است که جواهرات می توانند الماس های زیبا، چند وجهی و درخشان خلق کنند.

دانشمندان سختی را به روش های مختلف اندازه گیری می کنند. زمین شناسان اغلب بر معیار مقایسه ای به نام مقیاس سختی موهس تکیه می کنند. این ترازو روشی برای شناسایی مواد در میدان بر اساس توانایی آنها در خراشیدن یکدیگر است. سختی الماس در این مقیاس 10 است، یعنی از هر ماده دیگری بالاتر است و می تواند هر ماده دیگری را خراش دهد. سختی طلق نرم و آسیاب شده 1 است.

دانشمندان علوم مواد در آزمایشگاه برای سنجش سختی مواد یک سنجه دقیق‌تر به نام آزمون سختی ویکرز دارند که سختی مواد را بر اساس میزان نیرویی که لازم است تا یک شیء نوک‌تیز در ماده فرو برود اندازه‌گیری می‌کنند (تصور کنید که یک مداد نوک‌تیز را داخل پاک‌کن فرو می‌کنید.)

الماس متشکل از اتم های کربن است که در کنار یکدیگر در یک شبکه مکعبی قرار گرفته اند و با پیوندهای شیمیایی قوی و کوتاه به هم متصل شده اند. این ساختار است که به الماس ها سختی معروف آنها را می دهد.

بیشتر موادی که ادعا می‌شود سخت‌تر از الماس هستند، با تغییر جزئی ساختار بلوری کلاسیک الماس یا جایگزینی برخی از اتم‌های کربن با اتم‌هایی مانند بور و نیتروژن به دست می‌آیند.

یکی از اصلی‌ترین رقبای سخت‌تر از الماس لونسدالیت است. درست مثل الماس، لونسدالیت هم از اتم‌های کربن ساخته شده، اما ساختار آن به جای شکل مکعبی، از کریستال‌های شش‌ضلعی تشکیل شده است.

آسمیوف می‌گوید: «لونسدالیت بسیار مرموز است. تا همین اواخر، این ماده در مقادیر کم، بیشتر در داخل شهاب سنگ یافت می شد که نمی توانستیم با اطمینان بگوییم که آیا این ماده مستقل است یا به دلیل نقص در ساختار الماس های استاندارد به وجود آمده است.

اخیراً تیمی از دانشمندان کریستال هایی به اندازه میکرومتر در شهاب سنگ ها پیدا کرده اند. این اندازه هنوز هم بسیار کوچک در نظر گرفته می شود، اما بزرگتر از کریستال های کشف شده قبلی است. این کشف به اعتبار این مقاله کمک کرد. دانشمندان دیگر گزارش کرده اند که موفق به تولید لونسدالیت در آزمایشگاه شده اند. اگرچه کریستال های او فقط یک ثانیه دوام آورد. بنابراین لونسدالیت جذاب است، اما به این زودی جایگزین الماس برای برش، سوراخ کردن یا پرداخت نخواهد شد.

با بازی با ساختار نانومقیاس الماس، می توان ماده ای را نیز ایجاد کرد که سخت تر از الماس معمولی است. ماده ای که از بسیاری از کریستال های ریز الماس تشکیل شده است می تواند سخت تر از یک الماس با کیفیت جواهر ساخته شده از یک کریستال باشد زیرا دانه های نانومقیاس به جای نفوذ به یکدیگر به یکدیگر متصل می شوند. الماس‌های دوقلو نانو، که دانه‌های آن تصویر آینه‌ای از یکدیگر هستند، دو برابر الماس‌های معمولی سخت‌تر هستند.

با این حال، اکثر دانشمندان با هدف ثبت رکورد، به دنبال یافتن ماده ای سخت تر از الماس نیستند. آنها می خواهند یک ماده مفید پیدا کنند. آسیموف می گوید: “دانشمندان به دنبال ماده ای هستند که سخت تر از الماس باشد و تولید آن در آزمایشگاه آسان تر و ارزان تر باشد.”

به عنوان مثال، آزمایشگاه کانر تعدادی مواد فوق سخت ساخته است که می توانند به صورت صنعتی مورد استفاده قرار گیرند و جایگزین الماس شوند. یکی از آنها که قبلاً می تواند به صورت تجاری استفاده شود، ترکیبی از تنگستن و بور با نسبت فلزات دیگر است.

شکل کریستال ها باعث شده است که این ماده در جهات مختلف خواص متفاوتی داشته باشد. بنابراین اگر در جهت درست گرفته شود می تواند الماس را نیز بپوشاند. کانر می‌گوید: این ماده ارزان‌تر از الماس است، زیرا به فشار بالایی که معمولاً برای ساختن الماس در آزمایشگاه نیاز است، نیاز ندارد. اگرچه الماس در حال حاضر در بسیاری از موارد سخت ترین ماده در نظر گرفته می شود، اما این ماده کلاسیک ممکن است در آینده نزدیک رقبای بیشتری داشته باشد.