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I diamanti sono apprezzati per la loro durezza. In gioielleria, possono durare generazioni e resistere ai graffi durante l’uso quotidiano. Come lame o punte da trapano, possono penetrare quasi ovunque senza essere distrutti. Sotto forma di polvere, i diamanti lucidano pietre preziose, metalli e altri materiali.
Quindi c’è qualcosa di più duro del diamante? Si scopre che capire la risposta è, beh, un po’ difficile.
Per la maggior parte degli scopi pratici, il diamante è ancora il materiale più duro Richard Kaner, chimico dei materiali presso l’Università della California, Los Angeles. Esistono modi per creare diamanti che sono più duri dei diamanti gemma standard. E ci sono altri materiali che teoricamente potrebbero essere più duri del diamante, ma non esistono in una forma che potresti tenere in mano o utilizzare ampiamente.
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Sebbene chiunque indossi un anello con diamante possa attestare la durabilità del cristallo, è importante capire che “durezza” significa qualcosa di molto specifico per gli scienziati, ha affermato Paolo Asimow, un geochimico del Caltech. Viene spesso confuso con altre qualità, come rigidità o forza. Questi fattori a volte, ma non sempre, sono correlati alla durezza.
Il diamante, ad esempio, è molto duro ma solo moderatamente rigido. Ed è sorprendentemente facile da rompere: si frantuma facilmente lungo le sue facce di cristallo, ed è così che i tagliatori di gemme possono creare bellissimi diamanti sfaccettati che brillano.
Gli scienziati misurano la durezza in diversi modi. I geologi spesso fanno affidamento su una metrica comparativa chiamata scala di durezza di Mohs, un modo per identificare i minerali sul campo in base alla possibilità che possano graffiarsi a vicenda. Il diamante è un 10, il massimo della scala, il che significa che può graffiare quasi tutto. Il talco morbido e friabile è 1.
In laboratorio, gli scienziati dei materiali si affidano a una misurazione più precisa chiamata test di durezza Vickers, che determina la durezza di un materiale in base alla forza necessaria per inciderlo con una punta appuntita. (Per visualizzarlo, immagina di inserire una matita in una gomma da cancellare.)
Il diamante è composto da carbonio atomi disposti in un reticolo cubico, tenuti insieme da legami chimici brevi e forti. Questa struttura gli conferisce la sua famosa durezza. La maggior parte dei materiali che dichiarano di essere più duri del diamante derivano da una leggera modifica della classica struttura cristallina del diamante o dalla sostituzione di alcuni atomi di carbonio con atomi come boro o azoto.
Uno dei principali contendenti per un materiale più duro del diamante è la lonsdaleite. Come il diamante, la lonsdaleite è costituita da atomi di carbonio, ma sono disposti in una struttura cristallina esagonale anziché cubica.
“Lonsdaleite è molto sconcertante”, ha detto Asimow a WordsSideKick.com. Fino a poco tempo fa era stato trovato in quantità così piccole, per lo più all’interno di meteoriti, che non era chiaro se fosse considerato un materiale a sé stante o se fosse solo un materiale. difetto nella struttura cristallina standard del diamante.
Recentemente, un team di scienziati ha scoperto Cristalli di lonsdaleite di dimensioni micron nei meteoriti – cristalli ancora piccoli, ma molto più grandi rispetto ai ritrovamenti precedenti. Ciò dà al minerale maggiore credibilità, ha detto Asimow. Altri scienziati hanno riferito produrre lonsdaleite in laboratoriosebbene i cristalli esistessero solo per una frazione di secondo.
Quindi la lonsdaleite è intrigante, ma non sostituirà presto il diamante per applicazioni come il taglio, la perforazione o la lucidatura.
Giocare con la struttura su scala nanometrica del diamante può anche creare un materiale più duro di un normale diamante. Un materiale composto da molti minuscoli cristalli di diamante sarà più duro di un diamante di qualità gemma costituito da un singolo cristallo, perché i grani su scala nanometrica si bloccano invece di spostarsi uno accanto all’altro. Si dice che siano diamanti “nanotwinned”, in cui i grani formano modelli speculari l’uno dell’altro raddoppiare la durezza dei diamanti normali.
Alla fine, però, la maggior parte degli scienziati non sta cercando materiali superduri solo per stabilire dei record: stanno cercando di creare qualcosa di utile.
“Gli scienziati dei materiali dedicano molto tempo a inventare materiali superduri che possano essere realizzati su larga scala”, ha affermato Asimow. “E per molti scopi, essere più duro del diamante non è il criterio di progettazione.” Gli scienziati potrebbero volere qualcosa di duro quasi quanto il diamante, ma più economico o più facile da realizzare in laboratorio.
Ad esempio, il laboratorio di Kaner ha creato una varietà di metalli superduri che potrebbero essere utilizzati in applicazioni industriali al posto del diamante. Uno quello è ora disponibile in commercio è un combinazione di tungsteno e boro, con alcuni altri metalli cosparsi. La forma dei cristalli conferisce al materiale proprietà diverse in direzioni diverse – quindi, se tenuto nel giusto orientamento, può graffiare un diamante, ha detto Kaner a WordsSideKick.com. È anche più conveniente da creare, in parte perché non richiede le condizioni di alta pressione utilizzate per produrre i diamanti in laboratorio, ha osservato.
Quindi, mentre il diamante nelle sue molteplici forme continua a regnare in termini di durezza, il materiale classico dovrà affrontare sfide per il suo trono in futuro.
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