• Авторизация
Дневник ТараньЖина_тАмАрА Лента друзей - Дневник - Полная версия


Самое твёрдое вещество в природе — и это давно не алмаз 21-07-2026 13:33 к комментариям - к полной версии - понравилось!
https://dzen.ru/a/altcU2EXoV8jaxiQ

3422645_33b13d98 (75x54, 47Kb)
Спросите, какое вещество самое твёрдое в мире, — большинство уверенно ответит: «алмаз». Среди природных минералов это по-прежнему так.
Но в 2026 году учёные получили фазово чистый гексагональный алмаз — лонсдейлит, который оказался немного твёрже обычного. А до этого получили еще три, один из которых - полимеризованный фуллерит - показал твердость аж в три раза выше.
 
Разбираемся, как алмаз умудрился проиграть самому себе и почему у титула больше нет одной короны.
 
Что сегодня твёрже обычного алмаза
 
Нанодвойникованный алмаз делают из углеродных наночастиц при давлении до 20 ГПа и температуре около 2000 °C.
-2
Внутри возникают зеркальные слои толщиной в несколько нанометров, мешающие кристаллу деформироваться. В 2014 году получили около 200 ГПа, позднее — до 276 ГПа, но рекордный образец был размером всего около миллиметра.
 
Пока его почти не применяют вне лабораторий: рекордные образцы слишком малы и дороги для серийных резцов или буровых коронок.
 
В перспективе из него можно делать особо стойкие режущие кромки, наконечники буров, детали алмазных наковален и инструменты для обработки керамики и других сверхтвёрдых материалов.
 
HSD-алмаз представили в 2025 году. Его выращивают из плазмы методом CVD, порциями добавляя азот и создавая сеть дефектов — своеобразную атомную арматуру.
-3
Твёрдость достигла 208,3 ГПа, зато пластину удалось увеличить до 12,7 сантиметра и нанести такой слой на настоящую фрезу. Из всех рекордсменов этот ближе всего к промышленному применению.
 
Полимеризованный фуллерит - это пока самый твердый известный материал. И это единственный не алмаз в списке - остальные все еще остаются различными вариациями алмаза.
-4
Фуллерит — это кристалл, собранный не из отдельных атомов углерода, как алмаз, а из молекул C₆₀. Каждая такая молекула состоит из 60 атомов и напоминает полый футбольный мяч.
-5
Полимеризованный фуллерит показал 310 ГПа и из него делали  наконечники для исследования алмаза. Из нюансов - замер был сделан только методом царапания.
 
Новый практичный кандидат
 
В марте 2026 года в Nature вышла работа китайской группы: исследователи получили фазово чистый гексагональный алмаз — синтетический аналог природного минерала лонсдейлита.
Художественная визуализация испытания гексагонального алмаза. Лонсдейлит состоит из того же углерода, что и обычный алмаз, но отличается укладкой атомов и в одном направлении немного превосходит его по твёрдости.
Художественная визуализация испытания гексагонального алмаза. Лонсдейлит состоит из того же углерода, что и обычный алмаз, но отличается укладкой атомов и в одном направлении немного превосходит его по твёрдости.
Лонсдейлит впервые нашли в 1967 году в метеорите Каньон-Дьябло: считается, что удар перестроил часть графита в гексагональный алмаз. Теперь его получают при огромном давлении и нагреве. Образцы 2026 года показали около 114 ГПа — чуть больше выбранного эталона обычного алмаза (110).
 
Пока это кандидат для жаростойких резцов и покрытий. И, в отличие от трех минералов из списка выше, этот гораздо более практичен в использовании. Хотя и уступает им в твердости.
 
При вдавливании вдоль оси образец показал 114 ± 6 гигапаскалей. Поперёк — 106 ± 6. Сами авторы формулируют осторожно: немного превосходит обычный алмаз.
Чёрный графит и прозрачный алмаз состоят из одного углерода, но из-за разного расположения атомов имеют противоположные свойства.
Чёрный графит и прозрачный алмаз состоят из одного углерода, но из-за разного расположения атомов имеют противоположные свойства.
Лонсдейлит наконец доказали как отдельную форму углерода, а не как испорченный обычный алмаз. Чтобы понять, почему на это ушло шестьдесят лет, сначала разберёмся, что вообще меряют словом «твёрдость».
 
Почему самое твёрдое — не самое прочное
 
Твёрдость проверяют по-разному. По шкале Мооса смотрят, кто кого царапает. В испытании Виккерса в материал вдавливают алмазную пирамидку — индентор — и измеряют отпечаток: чем он меньше, тем твёрже образец. А теоретические пределы идеального кристалла вообще считают на компьютере.
-8
Складывать результаты разных экзаменов в одну таблицу нельзя — хотя многие интернет-рейтинги занимаются ровно этим.
 
При этом твёрдость — не то же самое, что прочность или трещиностойкость. Алмаз трудно поцарапать, но точный удар по плоскости спайности его раскалывает. «Самое твёрдое» и «самое неразрушимое» — разные соревнования материалов.
 
Наш — про твёрдость, и в нём полвека маячил претендент с самой скандальной репутацией в углеродном семействе.
 
Лонсдейлит: минерал, в котором сомневались
 
-9
В 1962 году физики предсказали: у алмаза может существовать вторая форма — с гексагональной кристаллической решёткой вместо привычной кубической. Тот же углерод, другая укладка атомов. Через пять лет такую структуру идентифицировали в обломках метеорита из Аризонского кратера и назвали лонсдейлитом — в честь британского кристаллографа Кэтлин Лонсдейл.
 
Как из графита получили гексагональный алмаз
 
Графит и гексагональный алмаз (HD на фото) состоят из одинаковых атомов углерода. Под высоким давлением плоские слои графита изгибаются и соединяются между собой, образуя твёрдый трёхмерный каркас.
Графит и гексагональный алмаз (HD на фото) состоят из одинаковых атомов углерода. Под высоким давлением плоские слои графита изгибаются и соединяются между собой, образуя твёрдый трёхмерный каркас.
Исходником послужил материал из карандаша — графит. Только высокоориентированный пиролитический: в нём углеродные слои выстроены параллельно, как листы в свежей пачке бумаги. Эту стопку сжали вдоль слоёв и разогрели.
 
Условия синтеза: около 20 гигапаскалей — примерно 200 тысяч атмосфер, в двести раз больше, чем на дне Марианской впадины, — при 1300–1900 °C.
-11
Под таким прессом плоские листы графита сшиваются в трёхмерный каркас, где каждый атом углерода держится за четырёх соседей. Разница между двумя алмазами — только в порядке укладки слоёв: в кубическом они повторяются как АБВ-АБВ, в гексагональном — как АБ-АБ. Атомы те же, последовательность другая — как одна и та же колода карт, разложенная двумя способами.
Лонсдейлит в уреилитовом метеорите: жёлтым отмечен гексагональный алмаз, розовым — обычный кубический алмаз.
Лонсдейлит в уреилитовом метеорите: жёлтым отмечен гексагональный алмаз, розовым — обычный кубический алмаз.
На выходе получились кристаллы диаметром около полутора миллиметров: кружок размером с кончик спички.
 
Авторы смогли убедительно показать, что перед ними отдельная гексагональная фаза, а не смесь.
 
Нашёлся у новичка и практичный козырь: на воздухе он начинал заметно окисляться только примерно с 848 °C — позже, чем сравнивавшиеся с ним алмазы. Для будущего режущего инструмента, работающего в раскалённой зоне, такая живучесть поверхности порой ценнее пары лишних гигапаскалей.
 
Зачем нужен алмаз твёрже алмаза
 
Резонный вопрос: алмазный инструмент и так режет всё на свете — куда больше? Сверхтвёрдые материалы кормят целые отрасли: резцы, буровые коронки, абразивы, износостойкие покрытия. Только прибавка в твёрдости полезна лишь тогда, когда материал не проигрывает по трещиностойкости, износу и цене, — промышленности нужен не чемпион одной цифры, а баланс свойств.
-13
У гексагонального алмаза здесь два козыря: термостойкость и фирменная способность алмазных материалов отводить тепло, за которую его ждут и разработчики электроники.
 
Пока, впрочем, получен лишь кристалл диаметром около полутора миллиметров. До буровых коронок и резцов из гексагонального алмаза далеко: материал предстоит научиться выращивать крупным, стабильным и не разорительно дорогим.
 
Графит в карандаше, бриллиант в кольце и лонсдейлит из-под пресса собраны из одного углерода — различается лишь порядок атомов. Таблица Менделеева — только склад деталей. Всё остальное решает сборка.

вверх^ к полной версии понравилось! в evernote


Вы сейчас не можете прокомментировать это сообщение.

Дневник Самое твёрдое вещество в природе — и это давно не алмаз | ТараньЖина_тАмАрА - Откровение:Знание об Едином Боге от Архангела Михаила | Лента друзей ТараньЖина_тАмАрА / Полная версия Добавить в друзья Страницы: раньше»