Ποιο είναι το ισχυρότερο γνωστό υλικό;

Η απάντηση σε αυτήν την ερώτηση εξαρτάται από τον τρόπο με τον οποίο ορίζετε το «ισχυρό», αλλά το πιο σκληρό ή λιγότερο συμπιεστό, γνωστό υλικό μέχρι τη συγγραφή αυτού του άρθρου (Δεκέμβριος 2007) είναι οι νανοράβδοι διαμαντιών (ADNRs), ένα αλλοτρόπιο (ποικιλία) άνθρακα που αποτελείται από εξαιρετικά συμπιεσμένους και διασυνδεδεμένους νανοσωλήνες. Οι συγκεντρωτικές νανοράβδοι διαμαντιών έχουν συντελεστή όγκου, ή μέτρο σκληρότητας, 491 gigapascals (GPa), ενώ το συμβατικό διαμάντι έχει μέτρο μόνο 442 GPa. Οι συσσωματωμένες νανοράβδοι διαμαντιών μπορούν να χαράξουν τόσο το διαμάντι όσο και τον υπερσκληρό φουλερίτη, ένα άλλο αλλοτρόπιο άνθρακα που ήταν το προηγούμενο ρεκόρ σκληρότητας.

Οι συγκεντρωτικές νανοράβδοι διαμαντιών συντέθηκαν για πρώτη φορά από φυσικούς το 2005 στο Πανεπιστήμιο του Bayreuth στη Γερμανία. Η ομάδα, με επικεφαλής τη Natalia Dubrovinskaia, χρησιμοποίησε μια ειδικά σχεδιασμένη πρέσα αμόνι 5000 μετρικών τόνων (5 εκατομμύρια κιλά) σε ένα δείγμα που αποτελείται από συμβατικά φουλερένια (γνωστά και ως buckyballs, το στοιχείο C60). Με τη συμπίεση αυτών των buckyballs και τη θέρμανση τους στους 2500 βαθμούς Kelvin, ήταν δυνατό να δημιουργηθεί αυτό το νέο αλλοτρόπο άνθρακα. Το υλικό αποτελείται από νανοσωλήνες άνθρακα με διάμετρο μεταξύ 5 και 20 νανόμετρα και μήκη περίπου ενός μικρομέτρου ο καθένας.

Η φυσική εμφάνιση των συσσωματωμένων νανοράβδων διαμαντιών είναι παρόμοια με εκείνη ενός μετάλλου που διασκορπίζει διαφορετικά χρώματα φωτός, δίνοντάς του μια επιφάνεια που μοιάζει με ουράνιο τόξο. Το ότι φαίνεται σαν μέταλλο είναι ασυνήθιστο επειδή τα άλλα αλλότροπα του άνθρακα (αιθάλη, γραφίτης, διαμάντι, κ.λπ.) σπάνια το κάνουν, εκτός ίσως από τον γραφίτη.

Οι συσσωματωμένες νανοράβδοι διαμαντιών είναι επίσης πυκνότερες από το διαμάντι κατά συντελεστή 0.2 – 0.4%, καθιστώντας τις την πιο πυκνή μορφή άνθρακα που είναι γνωστή. Ένας παράγοντας που συμβάλλει στη σκληρότητα του υλικού θεωρείται ότι είναι ο τυχαίος προσανατολισμός των νανοράβδων που το αποτελούν. Επειδή η φυσική δομή των νανοράβδων είναι ένα λεπτό πλέγμα, όπως το Kevlar®, το υλικό είναι επίσης ανθεκτικό στη θραύση, σε αντίθεση με το διαμάντι.

Οι δοκιμές έχουν δείξει ότι η χρήση εργαλείων με νανοράβδους συσσωματωμένων διαμαντιών για τη μηχανική κατεργασία χάλυβα δίνει ένα εργαλείο που φθείρεται πιο αργά από το διαμάντι και επιτρέπει μεγαλύτερη ακρίβεια. Όταν καταστεί οικονομικά εφικτή η μαζική παραγωγή νανοράβδων συσσωματωμένων διαμαντιών, μπορεί πράγματι να αντικαταστήσουν τα διαμάντια ως βιομηχανικό λειαντικό και υλικό για άκρες εργαλείων.