آیا چیزی سخت‌تر از الماس وجود دارد؟

الماس‌ به خاطر سختی‌اش ستایش می‌شود. جواهرات ساخته‌شده از الماس می‌توانند تا چند نسل دوام بیاورند و دربرابر انواع ساییدگی مقاوم هستند. همچنین الماس به‌عنوان تیغه یا مته می‌تواند تقریبا بدون خرابی در هر چیزی نفوذ کند. الماس پودری را هم می‌توان برای صیقل دادن سنگ‌های قیمتی، فلزها و مواد دیگر به کار برد، اما آیا چیزی سخت‌تر از الماس وجود دارد؟ پاسخ به این پرسش اندکی دشوار است.

برای اهداف کاربردی، الماس سخت‌ترین ماده به شمار می‌رود. روش‌هایی برای ساخت الماس‌های سخت‌تر از الماس استاندارد وجود دارند. همچنین از نظر تئوری، مواد دیگری می‌توانند سخت‌تر از الماس باشند، اما به شکلی وجود ندارند که بتوانید در دست خود نگه دارید یا به طور گسترده استفاده کنید.

افرادی که انگشتر الماس دارند می‌توانند دوام آن را تأیید کنند، با این حال درک این نکته مهم است که در اینجا «سختی» معنای خاصی برای دانشمندان دارد. سختی، اغلب اوقات با ویژگی‌های دیگری مثل سفتی یا استحکام اشتباه گرفته می‌شود. این ویژگی‌ها گاهی، اما نه همیشه با سختی همبستگی دارند.

برای مثال الماس بسیار سخت است، اما سفتی متوسطی دارد و به شکل شگفت‌انگیزی به آسانی می‌توان آن را شکست و به چند وجه بلوری تقسیم کرد. به همین دلیل برش‌‌دهنده‌ها می‌توانند الماس‌های چندوجهی زیبا و درخشان بسازند.

دانشمندان سختی را به شیوه‌های مختلف اندازه‌گیری می‌کنند. زمین‌شناس‌ها اغلب از مقیاسی تطبیقی موسوم به مقیاس سختی موهس استفاده می‌کنند که روشی برای شناسایی مواد معدنی بر اساس خراش‌پذیری است. الماس با مقیاس ۱۰ که بالاترین عدد در این مقیاس است، می‌تواند تقریبا هر چیزی را خراش دهد. عدد یک در مقیاس موهس به نوعی کانی نرم و شکننده به نام تالک تعلق دارد.

در آزمایشگاه، دانشمندان از مقیاس دقیق‌تری موسوم به آزمایش سختی ویکرز استفاده می‌کنند که سختی مواد را بر اساس نیروی لازم برای ایجاد فرورفتگی با جسم نوک‌تیز می‌سنجد. برای درک بهتر این مقیاس وارد کردن مداد به داخل پاک‌کن را درنظر بگیرید.

الماس از اتم‌های کربن تشکیل شده است که در شبکه‌ی مکعبی با پیوندهای شیمیایی کوتاه و قوی کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. این ساختار باعث شده الماس از نظر سختی، زبانزد باشد. اغلب موادی که ادعا می‌شود سخت‌تر از الماس هستند، از تغییر جزئی ساختار بلوری الماس کلاسیک یا جابه‌جایی برخی اتم‌های کربن با اتم‌هایی مثل بور یا نیتروژن به دست می‌آیند.

یکی از مدعیان اصلی ماده‌ی سخت‌تر از الماس، لونسدالیت است. لونسدالیت هم مانند الماس از اتم‌های کربن ساخته شده است، با این تفاوت که این اتم‌ها به‌جای ساختار مکعبی در یک ساختار بلوری شش‌ضلعی کنار هم قرار گرفته‌اند.

پژوهشگران تا همین اخیرا مقادیر بسیار کمی از لونسدالیت را درون شهاب‌سنگ‌ها پیدا کرده بودند و معلوم نیست آیا ماده‌ای مستقل محسوب می‌شود یا صرفا به دلیل نقص در ساختار بلوری الماس استاندارد به وجود آمده است.

گروهی از پژوهشگرها به‌تازگی بلورهای لونسدالیتی را در مقیاس میکرونی در شهاب‌سنگ‌ها کشف کردند. این ذرات با وجود اندازه‌ی کوچک، بسیار بزرگ‌تر از موارد کشف‌شده در گذشته هستند. سایر دانشمندان ساخت لونسدالیت در آزمایشگاه را گزارش دادند؛ گرچه بلورهای ساخته‌شده صرفا کسری از ثانیه دوام آوردند. بنابراین آیا لونسدالیت می‌تواند به جایگزین الماس برای کارهایی مثل بریدن، حفاری یا صیقل دادن تبدیل شود؟

دستکاری ساختار الماس در مقیاس نانو می‌تواند به تولید ماده‌ای سخت‌تر از الماس معمولی بینجامد. ماده‌ای که از تعداد زیادی بلور کوچک الماس ساخته شده، نسبت به الماس جواهرات، سختی بیشتری دارد، زیرا دانه‌های نانومقیاس به جای عبور از کنار یکدیگر، در هم قفل می‌شوند. الماس‌های نانودوقلو که در آن، دانه‌ها الگوهای آینه‌ای از یکدیگر را شکل می‌دهند، دو برابر سخت‌تر از الماس‌های عادی هستند.

در نهایت، اغلب دانشمندان صرفا برای شکستن رکوردها به دنبال ساخت مواد فوق سخت نیستند، بلکه هدف آن‌ها تولید چیزی مفید است. دانشمندان مواد زمان زیادی را صرف ساخت مواد فوق سخت می‌کنند. البته برای بسیاری از اهداف، صرفا سخت‌تر بودن از الماس معیار طراحی نیست. دانشمندان می‌خواهند به چیزی به سختی الماس با هزینه‌ی کمتر و ساخت آسان‌تر در آزمایشگاه برسند.

برای مثال، آزمایشگاه کانر انواع فلزات فوق سختی را ساخته است که می‌توان از آن‌ها در کاربردهای صنعتی به جای الماس استفاده کرد. یکی از این مواد که در مقیاس تجاری در دسترس است، از ترکیب تنگستن و بور و مقدار کمی از فلزهای دیگر تشکیل شده است. شکل بلورها باعث ایجاد خواص متفاوتی در جهت‌های مختلف می‌شود؛ بنابراین وقتی بلور در جهت درست قرار بگیرد، می‌تواند حتی الماس را هم خراش بدهد. ساخت این ماده مقرون‌به‌صرفه‌تر است؛ زیرا مانند الماس برای ساخت به فشار بسیار بالا نیاز ندارد.