آیا ماده سختتر از الماس وجود دارد؟
مخاطب 24- الماس به طور طبیعی مادهای سخت و محکم است، اما آیا ماده دیگری در زمین، فضا یا حتی در آزمایشگاهها وجود دارد که سختتر از الماس باشد؟
الماس به دلیل سختیاش ارزشمند است. الماس در جواهرات میتواند نسلها دوام بیاورد و اگر هر روز هم استفاده شود در برابر خط و خش مصون است.
در صنعت از آن به عنوان تیغ برش یا مته استفاده میشود که میتواند بدون آنکه آسیبی به خودش وارد شود در سختترین مواد نفوذ کند. الماس در شکل پودر برای سمباده زدن سایر سنگهای قیمتی، فلزات و مواد دیگر هم استفاده میشود.
پس آیا میتوان مادهای سختتر از الماس پیدا کرد؟ پاسخ قدری سخت است.
ریچارد کانر، شیمیدان مواد در دانشگاه کالیفرنیا، میگوید: «الماس برای اهداف کاربردی همچنان یکی از سختترین مواد محسوب میشود. روشهایی برای تولید الماسهایی که محکمتر از الماسهای تزیینی باشند، وجود دارد. مواد دیگری هم هستند که به صورت نظری ممکن است از الماس محکمتر به نظر برسند، اما در شکلی وجود ندارند که بتوانید در دستتان بگیرید یا به شکلی گسترده از آنها 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.»
مثلا الماس واقعا ماده سختی است، اما خشکی آن در حد متعادل است. برای همین به طرز شگفتانگیز قابلیت شکستهشدن دارد. این ماده در راستای وجوه کریستالیاش به راحتی شکسته میشود و از همین روست که جواهرسازان میتوانند الماسهای زیبا و چندوجهی و درخشان تولید کنند.»
دانشمندان سختی را به چند روش متفاوت اندازهگیری میکنند. زمینشناسان اغلب بر یک معیار مقایسهای به نام مقیاس سختی موس تکیه میکنند. این مقیاس روشی برای شناسایی مواد در فیلد (زمین) بر اساس توانایی آنها در خراش دادن یکدیگر است. درجه سختی الماس بر اساس این مقیاس ۱۰ است که یعنی بالاتر از هر ماده دیگری قرار میگیرد و هر ماده دیگری را میتواند خراش دهد. درجه سختی تالک نرم و خردشده ۱ 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 از اتمهای کربنی تشکیل شده که در یک شبکه مکعبی در کنار هم مرتب و با پیوندهای شیمیایی قوی و کوتاه به هم متصل شدهاند. این ساختار است که سختی معروف الماس از آن ناشی شده است.
بیشتر موادی که ادعا میشود از الماس سختتر باشند از تغییر اندک ساختار کلاسیک کریستالی الماس یا جابهجاشدن برخی از اتمهای کربن با اتمهایی مثل بور و نیتروژن حاصل شدهاند.
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 خیلی رازآلود است. تا همین اواخر این ماده در مقادیر بسیار اندک، بیشتر در داخل شهابسنگ، پیدا شده بود که نمیتوانستیم با شفافیت بگوییم که آیا این مادهای مستقل است یا اینکه به دلیل نقصی در ساختار الماسهای استانداد پدید آمده است.»
اخیرا، تیمی از دانشمندان کریستالهایی به اندازه میکرون را در شهابسنگها پیدا کردهاند. این اندازه هنوز بسیار اندک محسوب میشود، اما بزرگتر از کریستالهایی است که قبلا کشف کرده بودند. این اکتشاف بر اعتبار این ماده افزوده است. دانشمندان دیگر گزارش دادهاند که توانستهاند لونسدالیت را در آزمایشگاه تولید کنند؛ هرچند که کریستالهای آن فقط به مدت کسری از ثانیه بقا داشته است؛ بنابراین لونسدالیت جذاب است، اما به این زودی نمیتواند برای برش، حفاری یا سمبادهزنی جایگزین الماس شود.
بازی با ساختار نانومقیاس الماس نیز میتواند مادهای را تولید کند که از یک الماس معمولی سختتر است. مادهای که از تعداد زیادی کریستال ریز الماس تشکیل شده میتواند از الماسی که کیفیت آن برای تولید جواهر مناسب است و از یک کریستال واحد تشکیل شده است، سختتر باشد و دلیلش آن است که دانههای نانومقیاس به جای آنکه از کنار یکدیگر عبور کنند در هم قفل میشوند. الماسهای نانو-دوقلو، که دانههای آنها تصاویر آینهای یکدیگر هستند، دو برابر الماسهای معمولی سختی دارند.
بهرحال، اغلب دانشمندان با هدف رکوردزنی به دنبال پیدا کردن مادهای سختتر از الماس نیستند. آنها میخواهند مادهای کاربردی پیدا کنند. آسیموف میگوید: «دانشمندان به دنبال مادهای سختتر از الماس هستند که سادهتر و ارزانتر از آن در آزمایشگاه تولید شود.»
مثلا آزمایشگاه کانر تعدادی ماده ابرسخت تولید کرده که میتوانند مصارف صنعتی داشته باشند و جای الماس را بگیرند. یکی از آنها که همین حالا برای مصارف تجاری قابل دسترس است، ترکیبی از تنگستن و بور با مقادیری از فلزات دیگر است.
شکل کریستالها باعث شده که این ماده در جهات متفاوت ویژگیهای متفاوت داشته باشد؛ بنابراین اگر در جهت درستی گرفته شود میتواند الماس را هم خط بیندازد. کانر میگوید، این ماده ارزانتر از الماس تمام میشود و دلیلش آن است که به فشار بالایی که معمولا برای تولید الماس در آزمایشگاه نیاز است، نیازی ندارد؛ بنابراین با اینکه در حال حاضر الماس در بسیاری موارد سختترین ماده محسوب میشود، در آینده نزدیک ممکن است این ماده کلاسیک رقبای بیشتری داشته باشد.
منبع: راهنماتو
