يسأل معظم الناس عن أصعب مادة على وجه الأرض ومن المحتمل أن يجيبوا بكلمة “الماس”. يأتي اسمها من الكلمة اليونانية (adámas) التي تعني “غير قابل للكسر” أو “لا يقهر” ومن حيث نحصل على كلمة “عنيد”. تمنح صلابة الألماس قدرات قص مذهلة – جنبًا إلى جنب مع جمالها – أبقت عليها طلبًا مرتفعًا لآلاف السنين.
أمضى العلماء المعاصرون عقودًا في البحث عن بدائل أرخص وأكثر صعوبة وأكثر عملية ، وكل بضع سنوات تبشر الأخبار بابتكار “أصعب مادة في العالم”. لكن هل أي من هؤلاء المنافسين مستعد حقًا للخدش؟
على الرغم من جاذبيته الفريدة ، فإن الماس هو ببساطة شكل خاص ، أو “متآصل” ، من الكربون. هناك العديد من المتآصلات في عائلة الكربون بما في ذلك الأنابيب النانوية الكربونية والكربون غير المتبلور والماس والجرافيت. كلها مكونة من ذرات كربون ، لكن أنواع الروابط الذرية بينها تختلف مما يؤدي إلى تكوينات وخواص مادية مختلفة.
يحتوي الغلاف الخارجي لكل ذرة كربون على أربعة إلكترونات. في الماس ، تتم مشاركة هذه الإلكترونات مع أربع ذرات كربون أخرى لتكوين روابط كيميائية قوية جدًا تؤدي إلى بلورة رباعي السطوح شديدة الصلابة. هذا الترتيب البسيط والمرتبط بإحكام هو الذي يجعل الماس أحد أصعب المواد على وجه الأرض.
ما مدى صلابة؟
الصلابة هي خاصية مهمة للمواد وغالبًا ما تحدد ما يمكن استخدامها من أجله ، ولكن من الصعب أيضًا تحديدها. بالنسبة للمعادن ، تعتبر صلابة الخدش مقياسًا لمدى مقاومتها للخدش بمعدن آخر.
هناك عدة طرق لقياس الصلابة ولكن عادةً ما يتم استخدام أداة لإحداث انبعاج في سطح المادة. النسبة بين مساحة سطح المسافة البادئة والقوة المستخدمة لجعلها تنتج قيمة صلابة. كلما زادت صلابة المادة ، زادت القيمة. يستخدم اختبار صلابة فيكرز طرفًا ماسيًا هرميًا مربع الشكل لعمل المسافة البادئة
تكمن مشكلة الماس في أنه على الرغم من كونه شديد الصعوبة وصلابة ، إلا أنه غير مستقر بشكل مدهش. عندما يتم تسخين الماس فوق 800 درجة مئوية في الهواء ، تتغير خصائصه الكيميائية ، مما يؤثر على قوته ويمكّنه من التفاعل مع الحديد ، مما يجعله غير مناسب لتصنيع الفولاذ.
أدت هذه القيود المفروضة على استخدامه إلى تركيز متزايد على تطوير مواد جديدة ومستقرة كيميائيًا وفائقة الصلابة كبديل. تسمح الطلاءات المقاومة للتآكل الأفضل للأدوات الصناعية بالعمل لفترة أطول بين استبدال الأجزاء البالية وتقليل الحاجة إلى المبردات التي قد تكون خطرة على البيئة. تمكن العلماء حتى الآن من التوصل إلى العديد من المنافسين المحتملين للماس.
