kérdezd meg a legtöbb embert, hogy mi a legnehezebb anyag a földön, és valószínűleg a “diamond” – ra fognak válaszolni. Neve a görögδδάμας (Adámasz) szóból származik, melynek jelentése “törhetetlen” vagy “legyőzhetetlen”, innen származik az “adamant”szó. A gyémánt keménysége hihetetlen vágási képességeket biztosít, amelyek-a szépségével együtt-évezredek óta nagy igényt tartanak rá.,
a Modern tudósok évtizedek óta keresik az olcsóbb, keményebb és praktikusabb alternatívákat, és néhány évente a hír egy új “világ legnehezebb anyagának” létrehozását hirdeti. De ezek közül a kihívók közül bármelyik valóban karcolódhat?
egyedi vonzereje ellenére a gyémánt egyszerűen egy különleges forma, vagy “allotróp”, szén. A széncsaládban számos allotróp található, köztük szén nanocsövek, amorf szén, gyémánt és grafit., Mindegyik szénatomokból áll, de a köztük lévő atomkötések típusai különböznek egymástól, ami különböző anyagi struktúrákat és tulajdonságokat eredményez.
az egyes szénatomok legkülső héja négy elektronnal rendelkezik. Gyémántban ezeket az elektronokat négy másik szénatommal osztják meg, hogy nagyon erős kémiai kötéseket képezzenek, ami rendkívül merev tetraéderes kristályt eredményez. Ez az egyszerű, szorosan összekapcsolt elrendezés teszi a gyémántot a Föld egyik legnehezebb anyagává.
milyen nehéz?
a keménység az anyagok fontos tulajdonsága, és gyakran meghatározza, hogy mire lehet használni, de meglehetősen nehéz meghatározni. Az ásványi anyagok esetében a karcolás keménysége annak mértéke, hogy mennyire ellenálló egy másik ásvány megkarcolása.
a keménység mérésének többféle módja van, de általában egy műszert használnak az anyag felületének horpadására. A bemélyedés felülete és az ahhoz használt erő közötti arány keménységértéket eredményez. Minél nehezebb az anyag, annál nagyobb az érték., A Vickers keménységi teszt négyzet alapú piramis gyémánt hegyet használ a behúzáshoz.
az enyhe acél Vickers keménységi értéke körülbelül 9 GPa, míg a gyémánt Vickers keménységi értéke körülbelül 70-100 GPa. Gyémánt ellenállás a kopás ellen legendás, ma pedig 70% – a a világ természetes gyémánt találhatók kopásálló bevonatok a használt eszközök vágás, fúrás, köszörülés, vagy adalékanyagok, hogy csiszolóanyag.
a gyémánt problémája az, hogy bár nagyon nehéz lehet, meglepően instabil is., Amikor a gyémántot 800℃ fölé melegítik a levegőben, kémiai tulajdonságai megváltoznak, ami befolyásolja annak szilárdságát, és lehetővé teszi a vassal való reagálást, ami alkalmatlanná teszi az acél megmunkálására.
ezek a Felhasználási korlátok egyre nagyobb hangsúlyt fektettek az új, kémiailag stabil, szuperkemény anyagok cseréjére. A jobb kopásálló bevonatok lehetővé teszik, hogy az ipari szerszámok hosszabb ideig tartsanak a kopott alkatrészek cseréje és a potenciálisan veszélyes hűtőfolyadékok szükségességének csökkentése között. A tudósok eddig sikerült, hogy dolgozzon ki több potenciális riválisok diamond.,
bór-nitrid
az 1957-ben először gyártott szintetikus bór-nitrid anyag hasonló a szénhez, mivel több allotróppal rendelkezik. Köbös formájában (C-BN) ugyanolyan kristályszerkezettel rendelkezik, mint a gyémánt, de a szénatomok helyett váltakozva kötődő bór-és nitrogénatomok alkotják. a C-BN kémiailag és termikusan stabil, és ma már az autóiparban és a repülőgépiparban is használják szuperkemény szerszámgépként.,
de a köbös bór-nitrid még mindig a legjobb, csak a világ második legnehezebb anyaga, Vickers keménysége körülbelül 50 GPa. Hatszögletű formáját (W-BN) eredetileg még nehezebbnek jelentették, de ezek az eredmények elméleti szimulációkon alapultak, amelyek 18% – kal nagyobb bemélyedést jósoltak, mint a gyémánt. Sajnos a w-BN rendkívül ritka a természetben, és nehéz előállítani elegendő mennyiségben ahhoz, hogy ezt az állítást kísérletekkel megfelelően teszteljék.
Szintetikus gyémánt
Szintetikus gyémánt is körül, mivel az 1950-es években gyakran számoltak be, hogy nehezebb, mint a természetes gyémánt, mert a különböző kristályszerkezet. A grafit nagynyomású és hőmérsékletű alkalmazásával állítható elő, így a szerkezete átalakul a tetraéderes gyémántba, de ez lassú és drága. Egy másik módszer az, hogy hatékonyan építsük fel a fűtött szénhidrogén gázokból vett szénatomokkal, de a szubsztrát anyag típusai korlátozottak.,
a gyémántok szintetikus előállítása polikristályos köveket hoz létre, amelyek sokkal kisebb kristályok vagy “szemcsék” aggregátumaiból állnak, néhány mikrontól néhány nanométerig. Ez ellentétben áll az ékszerekhez használt legtöbb természetes gyémánt nagy monokristályaival. Minél kisebb a szemcseméret, annál nagyobb a szemcseméret, annál nehezebb az anyag. A legújabb kutatások néhány szintetikus gyémánt megmutatta, hogy van egy Vickers keménysége akár 200 GPa.
Q-carbon
a közelmúltban az Észak-Karolinai Állami Egyetem kutatói létrehozták azt, amit a szén új formájaként írtak le, különbözik a többi allotroptól, és azt jelentették, hogy nehezebb, mint a gyémánt. Ezt az új formát a nem kristályos szén nagy teljesítményű, gyors lézerimpulzussal 3700 °C-ra történő hevítésével készítették, majd gyorsan lehűtötték vagy “kioltották”-innen a “Q – carbon” név-mikron méretű gyémántokat képezve.,
a tudósok úgy találták, hogy a Q-szén 60% – kal nehezebb, mint a gyémántszerű szén (a gyémánthoz hasonló tulajdonságokkal rendelkező amorf szén). Ez arra késztette őket, hogy elvárják, hogy a Q-carbon nehezebb legyen, mint maga a gyémánt, bár ezt még kísérletileg bizonyítani kell. A Q-carbon szokatlan tulajdonsága, hogy fény hatására mágneses és izzó. De eddig a fő felhasználási volt, mint egy közbenső lépés a termelő apró Szintetikus gyémánt részecskék szobahőmérsékleten és nyomáson., Ezek a nanodiamondok túl kicsik az ékszerekhez, de ideálisak olcsó bevonóanyagként a vágószerszámokhoz és a polírozáshoz.