走进科学
有比钻石还硬的东西吗
天然钻石很硬，但是从地球、太空甚至实验室里，是否有比它更硬的东西？
钻石因其硬度而备受珍爱。在珠宝上，它们可以持续几代人，抵抗日常磨损。作为刀片或钻头，它们可以穿透几乎任何东西而不会被破坏。作为粉末，钻石可以打磨宝石、金属和其他材料。
那么，有没有比钻石更硬的东西？事实证明，找到答案是有点困难的。
加州大学洛杉矶分校的材料化学家Richard Kaner表示，就大多数实际用途而言，钻石仍然是最硬的材料。有方法可以制造比普通宝石钻石更硬的钻石。还有一些其他的材料可能理论上比钻石更硬，但它们并不存在可以拿在手里或广泛使用的形式。
加州理工学院的地球化学家Paul Asimow则说，虽然任何戴着钻石戒指的人都可以证明这种晶体的耐用性，但重要的是要理解科学家对“硬度”的理解。它经常被混淆为其他特性，比如刚度或强度。这些因素有时与硬度相关，但并非总是如此。
例如，钻石非常硬，但只是适度的刚硬。它也出奇地容易折断：它容易沿着晶体面折断，这也是宝石切割师可以创建美丽的多面钻石的方法。
科学家用几种不同的方法来衡量硬度。地质学家经常依靠一种叫做莫氏硬度标度的比较指标，在现场根据是否可以互相划痕来识别矿物。钻石是10，是最高的，意味着它可以划痕几乎任何东西。软弱、易碎的滑石是1。
在实验室中，材料科学家则依靠一种更精确的测量方法，叫做维氏硬度测试，它根据用尖锐的尖端压入材料所需的力量来确定材料的硬度。(想象一下把铅笔插入橡皮擦的过程。)
钻石是由碳原子组成的立方晶格，由短而强的化学键连接在一起。这种结构赋予了它著名的硬度。声称比钻石更硬的大多数材料都来自于略微改变经典的钻石晶体结构，或者用硼或氮等原子替换部分碳原子。
一个有望成为比钻石更硬的材料的主要竞争者是隆斯代尔石。像钻石一样，隆斯代尔石由碳原子组成，但是它们的排列方式是六角晶体结构，而不是立方晶体结构。
Asimow说：“隆斯代尔石非常令人困惑。”直到最近，它只在非常小的数量中被发现，大多数是在陨石中，因此不清楚它是一个独立的材料还是只是标准钻石晶体结构中的缺陷。
最近，一组科学家在陨石中发现了微米级的隆斯代尔石晶体——虽然仍然很小，但比以前发现的晶体更大了许多。这使得这种矿物更可信，阿西莫说。其他科学家也报告在实验室中制造了隆斯代尔石，但是晶体只存在了几分之一秒。
因此，隆斯代尔石很有趣，但它不会很快取代钻石用于切割、钻孔或打磨等应用。
玩弄钻石的纳米级结构也可以制造比普通钻石更硬的材料。一个由许多小钻石晶体组成的材料会比单个晶体的宝石质量钻石更硬，因为纳米级晶粒会相互锁定，而不是相互移动。“纳米孪晶”钻石，其中晶粒形成镜像图案，据说比普通钻石更硬一倍。
但是最终，大多数科学家并不是为了创造记录而追求超硬材料——他们试图创造出一些有用的东西。
Asimow说：“材料科学家花了很多时间发明可以在大规模生产的超硬材料。”“对于许多目的来说，比钻石更硬并不是设计标准。”科学家可能希望得到一种几乎和钻石一样硬的材料，但是更便宜或更容易在实验室中制造。
例如，卡纳的实验室已经创造了多种超硬金属，可以用于工业应用，代替钻石。其中一种现在已经商业化的是钨和硼的组合，还有其他几种金属。晶体的形状使得材料在不同方向具有不同的性质——因此，当以正确的方向保持时，它可以划痕钻石，Kaner说。它也更容易制造，部分原因是它不需要制造钻石所需的高压条件，他指出。
因此，尽管钻石以其多种形式仍然占据着硬度之王的地位，但它未来将面临来自其他材料对其王座的挑战。
本文译自 Live Science，由 BALI 编辑发布。