Общеизвестно, что алмаз считается эталоном твердости среди природных минералов. Однако в научном мире существует кандидат, способный оспорить это первенство. Речь идет о лонсдейлите — редчайшем материале, который пока удается обнаружить лишь в составе некоторых метеоритов.
Что такое твердость и как ее измеряют
Твердость минерала — это не субъективное ощущение, а его способность сопротивляться механическим воздействиям, например, царапанию. Классическим инструментом для оценки является шкала Мооса, где эталоном с максимальным значением 10 служит именно алмаз. Принцип определения прост: если минерал А царапает минерал Б, то А тверже. Алмаз, находясь на вершине этой шкалы, может поцарапать любой другой природный минерал, но при этом уязвим для некоторых синтетических материалов и, как ни парадоксально, для другого алмаза.
Шкала твердости Мооса
Секрет прочности: от химических связей к кристаллической решетке
Выдающаяся твердость алмаза объясняется его уникальным внутренним строением. Он состоит исключительно из атомов углерода, соединенных прочными ковалентными связями, когда электроны обобществляются между атомами. Для сравнения, корунд (рубин, сапфир), занимающий 9-е место по шкале Мооса, обладает смешанными ионно-ковалентными связями, что делает его чуть менее устойчивым.
Красный корунд. Россия, Средний Урал. Фото: Маша Мильшина
Однако один лишь химический состав — не гарантия твердости. Яркий пример — графит, который, как и алмаз, состоит из углерода, но имеет твердость всего 1,5. Все дело в кристаллической решетке. Атомы графита образуют слои, прочно связанные внутри, но слабо удерживающиеся друг за друга, что делает материал мягким. Алмаз же обладает объемной кубической решеткой, где каждый атом связан с четырьмя соседями, обеспечивая равномерную прочность во всех направлениях.
Обратите внимание: Путеводитель по Марсу. Все, что нужно знать о Красной планете людям, не имеющим о ней никакого представления.
Лонсдейлит: теоретический претендент на корону
Чтобы превзойти алмаз, нужен материал с еще более совершенной структурой. Таким претендентом считается лонсдейлит — гексагональная аллотропная модификация углерода. В его решетке каждый атом связан с шестью соседями, что, согласно теории, должно придавать ему исключительную твердость.
Космическое происхождение и научные поиски
Практическое изучение лонсдейлита крайне затруднено из-за его редкости. В природе он встречается не в земных недрах, а в специфических углеродистых метеоритах — уреилитах, которые, как полагают ученые, являются осколками древней карликовой планеты. Внутри этих «космических посланников» находят алмазы, графит и, в единичных случаях, лонсдейлит, часто в виде переходных зон между фазами углерода.
NWA 4231, образец уреилового метеорита
Современные гипотезы связывают образование лонсдейлита с экстремальными условиями: колоссальным давлением внутри небесного тела и последующей резкой декомпрессией при его разрушении. Споры ведутся о последовательности процессов: превратился ли сначала графит в лонсдейлит, а затем часть его — в алмазы, или же все произошло наоборот. Ответ на этот вопрос — ключ к искусственному синтезу.
Первые успехи и будущее сверхтвердых материалов
В 2021 году прозвучала сенсационная новость: группе исследователей удалось не только получить лонсдейлит в лаборатории, но и экспериментально подтвердить его превосходство в твердости над алмазом. Однако полученный образец оказался нестабильным и быстро разрушился. Это значит, что до коммерческого применения еще далеко.
Если ученым удастся решить проблему стабильности и наладить производство, это откроет новую эру в материаловедении. Инструменты с режущими кромками из лонсдейлита были бы невероятно износостойкими и эффективными, что нашло бы применение в самых разных отраслях — от микроэлектроники до тяжелой промышленности. Гонка за созданием материала тверже алмаза продолжается, и ее финал может кардинально изменить наши технологии.
Исследователи алмазов делали лонсдейлит
Больше интересных статей здесь: Космос.
Источник статьи: Все мы наслышаны о том, что алмаз – это самый твердый минерал на нашей планете.