Deimantas – kiečiausia medžiaga pasaulyje? Ne visai taip

Ar yra kas nors kietesnio už deimantą? Pasirodo, sužinoti atsakymą yra ne taip jau ir lengva.

Daugeliu praktinių atvejų deimantas vis dar yra kiečiausia medžiaga, sako Kalifornijos universiteto Los Andžele medžiagų chemikas Richardas Kaneris. Yra būdų sukurti deimantus, kurie būtų kietesni už standartinius brangakmenių deimantus. Yra ir kitų medžiagų, kurios teoriškai galėtų būti kietesnės už deimantą, tačiau jų nėra tokios formos, kurią būtų galima tiesiog laikyti rankoje ar plačiai naudoti.

Nors kiekvienas, nešiojantis žiedą su deimantu, gali patvirtinti, kad šis kristalas yra patvarus, svarbu suprasti, kad „kietumas“ mokslininkams reiškia kai ką labai specifinio, teigia geochemikas Paulas Asimowas. Jis dažnai painiojamas su kitomis savybėmis – pavyzdžiui, standumu ar stiprumu. Šie veiksniai kartais – bet ne visada – koreliuoja su kietumu.

Pavyzdžiui, deimantas yra labai kietas, bet tik vidutiniškai standus. Be to, jį stebėtinai lengva suskaldyti, todėl brangakmenių šlifavimo meistrai gali sukurti gražius, žvilgančius deimantus.

Mokslininkai kietumą matuoja keliais skirtingais būdais. Geologai dažnai remiasi Moho kietumo skale, pagal kurią kietumas matuojamas atsižvelgiant į tai, ar mineralai gali įbrėžti vienas kitą. Deimantas šioje skalėje turi 10 balų – tai yra aukščiausias skalės rodiklis, reiškiantis, kad jis gali subraižyti beveik viską. Minkštas, trapus talkas turi 1 balą.

Laboratorijoje medžiagų mokslininkai remiasi tikslesniu matavimu, vadinamu Vickerso kietumo testu, kuriuo medžiagos kietumas nustatomas pagal jėgą, kurios reikia į ją įbrėžti aštriu antgaliu.

Deimantas sudarytas iš anglies atomų, išsidėsčiusių kubinėje gardelėje, kuriuos jungia trumpi ir stiprūs cheminiai ryšiai. Tokia struktūra suteikia jam kietumą. Dauguma medžiagų, pretenduojančių būti kietesnėmis už deimantą, gaunamos šiek tiek pakeitus klasikinę deimanto kristalinę struktūrą arba kai kuriuos anglies atomus pakeitus tokiais atomais kaip boras ar azotas.

Pagrindinis pretendentas į už deimantą kietesnę medžiagą yra šešiakampis deimantas, dar vadinamas lonsdaleitu. Kaip ir deimantas, lonsdaleitas sudarytas iš anglies atomų – tačiau jie išsidėstę ne kubinėje, o šešiakampėje kristalinėje struktūroje. „Lonsdaleitas yra labai mįslingas“, – teigia P.Asimowas. Iki šiol jo buvo randama tokiais mažais kiekiais, daugiausia meteoritų viduje, kad nebuvo aišku, ar jis laikomas atskira medžiaga, ar tai tik standartinės deimanto kristalinės struktūros defektu.

Neseniai mokslininkų grupė meteorituose aptiko mikronų dydžio lonsdaleito kristalų – vis dar mažyčių, bet daug didesnių nei anksčiau rasti kristalai. Tai galėtų reikšti, kad lonsdaleitas yra atskira medžiaga, nurodo P.Asimowas. Kiti mokslininkai yra pranešę, kad lonsdaleitą pavyko pagaminti laboratorijoje – nors kristalai egzistavo tik sekundės dalį.

Taigi, lonsdaleitas yra intriguojantis, tačiau artimiausiu metu jis nepakeis deimanto tokiose srityse kaip pjovimas, gręžimas ar poliravimas.

Eksperimentuodami su deimanto struktūra mokslininkai taip pat gali sukurti medžiagą, kuri būtų kietesnė už įprastą deimantą. Medžiaga, sudaryta iš daugybės mažyčių deimanto kristalų, bus kietesnė už brangakmenių kokybės deimantą, sudarytą iš vieno kristalo, nes nanoskalių grūdeliai sukimba, o ne juda vienas paskui kitą.

Tačiau galiausiai dauguma mokslininkų nesiekia itin kietų medžiagų vien tam, kad pasiektų rekordus – jie stengiasi sukurti ką nors naudingo. „Medžiagų mokslininkai daug laiko praleidžia ieškodami itin kietų medžiagų, kurias būtų galima pagaminti dideliu mastu, – pasakoja P.Asimowas. – Daugeliu atveju kietumas, didesnis už deimanto, nėra svarbiausias kriterijus.“

Anot geologo, mokslininkai siekia atrasti medžiagą beveik tokio pat kietumo kaip deimantas, bet pigesnę arba lengviau pagaminamą laboratorijoje.

Pavyzdžiui, R.Kanerio vadovaujami mokslininkai sukūrė įvairius itin kietus metalus, kurie galėtų būti naudojami pramonėje vietoje deimanto. Vienas iš jų, kurį dabar galima įsigyti komerciniais tikslais, yra volframo ir boro derinys su keliais kitais metalais. Kristalų forma suteikia medžiagai skirtingas savybes skirtingomis kryptimis, todėl, nukreipiant ją tinkama kryptimi, ji gali subraižyti deimantą, aiškina R.Kaneris. Jis pažymi, kad šią medžiagą taip pat galima sukurti pigiau – iš dalies dėl to, kad jai nereikia didelio slėgio sąlygų, kurios naudojamos gaminant deimantus laboratorijoje.

Parengta pagal „Live Science“.