آیا چیزی بر روی زمین یا حتی در آزمایشگاه وجود دارد که از الماس سخت‌تر باشد؟ الماس به دلیل سختی خود مورد تحسین قرار می‌گیرد. جواهرات ساخته شده از الماس می‌توانند تا چند نسل دوام کنند و در مقابل انواع فرسایش مقاومت نشان دهند. علاوه بر این، الماس به عنوان تیغه یا مته، تقریباً بدون خرابی در هر سطحی نفوذ می‌کند. همچنین، الماس در قالب پودر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد تا سنگ‌های قیمتی، فلزات و مواد دیگر را صیقل دهد. اما آیا واقعاً چیزی وجود دارد که از الماس سخت‌تر باشد؟ پاسخ به این سوال امری پیچیده است.
از نظر کاربردی، الماس به عنوان سخت‌ترین ماده شناخته می‌شود. روش‌هایی برای ساخت الماس‌هایی با سختی بیشتر از الماس معمولی وجود دارد، اما از نظر نظری، ممکن است مواد دیگری وجود داشته باشند که از الماس سخت‌تر باشند. با این حال، اینگونه مواد به شکلی که بتوان از آن‌ها به صورت گسترده استفاده کرد و یا آن‌ها را در دست خود نگه داشت، وجود ندارند.
افرادی که الماس در انگشترهای خود دارند، می‌توانند دوام و سختی این سنگ‌ها را تأیید کنند. با این حال، مهم است که درک کنیم که در اینجا “سختی” یک مفهوم خاصی برای دانشمندان دارد. اغلب، سختی با ویژگی‌های دیگری مانند سفتی یا استحکام اشتباه گرفته می‌شود، و این ویژگی‌ها گاهی با سختی همبستگی دارند، اما نه همیشه.
برای مثال، الماس بسیار سخت است، اما دارای سفتی متوسطی است و به آسانی می‌توان آن را شکست و به قطعات بلوری تقسیم کرد. به همین دلیل، کارگران می‌توانند الماس‌های چند وجهی زیبا و درخشانی را ساخته و به فروش برسانند.
دانشمندان سختی مواد را به روش‌های مختلف اندازه‌گیری می‌کنند. زمین‌شناسان برای شناسایی مواد معدنی بر اساس خراش‌پذیری، از یک مقیاس تطبیقی به نام مقیاس سختی موهس استفاده می‌کنند. الماس با رتبه ۱۰ در این مقیاس که بالاترین امتیاز است، تقریبا هر چیزی را می‌تواند خراش دهد. به عنوان مثال، عدد یک در این مقیاس به یک ماده نرم و شکننده به نام تالک تعلق دارد.
الماس تقریبا می‌تواند هرچیزی را خراش دهد، اما آیا چیزی الماس را خراش می‌دهد؟
در آزمایشگاه، محققان از یک مقیاس دقیق به نام آزمایش سختی ویکرز استفاده می‌کنند که سختی مواد را بر اساس نیروی لازم برای ایجاد فرورفتگی با نوک تیز اندازه‌گیری می‌کند. برای درک بهتر این مقیاس، می‌توانید تصور کنید یک مداد را به داخل پاک‌کن فشرده کنید.
الماس از اتم‌های کربن تشکیل شده است که در یک ساختار مکعبی با پیوندهای شیمیایی کوتاه و قوی کنار یکدیگر قرار دارند. این ساختار باعث می‌شود الماس یکی از سخت‌ترین مواد باشد. موادی که ادعا می‌شود سخت‌تر از الماس هستند، معمولاً از تغییرات جزئی در ساختار بلوری الماس یا جابه‌جایی برخی از اتم‌های کربن با اتم‌هایی نظیر بور یا نیتروژن حاصل می‌شوند.
یکی از موادی که ادعا شده‌اند که از الماس سخت‌تر هستند، لونسدالیت است. این ماده نیز از اتم‌های کربن ساخته شده است، با این تفاوت که این اتم‌ها در یک ساختار بلوری شش‌ضلعی به جای ساختار مکعبی الماس قرار دارند.
پژوهشگران تا اخیراً مقادیر بسیار کمی از لونسدالیت را در شهاب‌سنگ‌ها کشف کرده‌اند، اما معلوم نیست آیا این ماده به معنای مستقل محسوب می‌شود یا فقط به دلیل نقص در ساختار بلوری الماس استاندارد به وجود آمده است.
گروهی از پژوهشگران به‌تازگی بلورهای لونسدالیتی را در مقیاس میکرونی در شهاب‌سنگ‌ها کشف کرده‌اند. این ذرات با وجود ابعاد کوچک، بسیار بزرگ‌تر از مواردی هستند که قبلاً کشف شده‌اند. دیگر دانشمندان همچنین گزارش داده‌اند که موفق به ساخت بلورهای لونسدالیت در آزمایشگاه شده‌اند، اما این بلورها تنها برای یک کسری از ثانیه دوام آورده‌اند. لذا سوال این است که آیا لونسدالیت می‌تواند به عنوان جایگزینی برای الماس در کاربردهایی نظیر برش، حفاری یا صیقل دادن تبدیل شود یا خیر؟
تغییر ساختار الماس در مقیاس نانو می‌تواند به تولید یک ماده‌ای سخت‌تر از الماس معمولی منجر شود. این ماده از تعداد زیادی بلور کوچک الماس ساخته شده است و نسبت به الماس‌های جواهرات دارای سختی بیشتری است، به دلیل اینکه دانه‌های نانومتری به جای عبور از یکدیگر، به صورت محکم در هم قفل می‌شوند. الماس‌های نانو دوقلو، که در آن دانه‌ها الگوهای آینه‌ای از یکدیگر را تشکیل می‌دهند، دو برابر سخت‌تر از الماس‌های عادی هستند.
در واقع، برخی از دانشمندان در تلاشند نه تنها به دنبال شکستن رکوردها هستند، بلکه هدف آن‌ها تولید موادی با کاربرد مفید است. این دانشمندان زمان زیادی را صرف ساخت مواد فوق‌سخت می‌کنند. با این حال، برای بسیاری از اهداف، سادها فقط بسختی الماس معیار طراحی نیست. آن‌ها به دنبال موادی هستند که به سختی الماس با کمترین هزینه و در آزمایشگاه به راحتی قابل تولید باشند.
به عنوان یک مثال، آزمایشگاه کانر به تولید انواع فلزات فوق‌سخت پرداخته 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، بور و مقادیر کمی از فلزات دیگر تشکیل شده است. شکل بلورها باعث می‌شود که این ماده در جهت‌های مختلف خواص متفاوتی داشته باشد؛ بنابراین وقتی بلور در جهت صحیح قرار بگیرد، حتی می‌تواند الماس را هم خراش بدهد. این ماده با توجه به فشار کمتر مورد نیاز برای ساخت، مقرون به صرفه‌تر است نسبت به الماس.
نظرات کاربران