Запитайте будь-якого, який матеріал самий твердий на Землі, і він, ймовірно, відповість «алмаз». Або «діамант», але це той же алмаз, тільки огранений. Назва алмазу походить від грецького слова «адамас», що означає «непорушний» або «непереможний», тому ви напевно зустрічали і слово «діамант». Твердість алмазу робить його неймовірним ріжучим матеріалом - і красивим - і забезпечує йому високий попит тисячі років.
Сучасні вчені десятками років шукали дешевші, більш тверді і практичні альтернативи, і кожні кілька років в новини просочується новий «прочнейший в світі матеріал». Але так чи легко обійти алмаз за всіма цими параметрами?
Незважаючи на свою унікальну привабливість, алмаз - це просто особлива форма, або «аллотроп», вуглецю. У сімействі вуглецю є кілька алотропія, включаючи вуглецеві нанотрубки, алмаз і графіт. Всі вони складаються з атомів вуглецю, але саме відмінність в типах атомних зв'язків забезпечує ці матеріали різною структурою і властивостями.
Зовнішня оболонка кожного атома вуглецю має чотири електрона. У алмазі ці електрони поділяють чотири інших атома вуглецю, що утворює дуже міцні хімічні зв'язки і надзвичайно жорсткий чотиригранний кристал. Саме це просте, але щільне розташування атомів робить алмаз одним з твердої речовини на Землі.
Наскільки твердий?
Твердість - важлива властивість матеріалів, яке часто визначає можливості їх використання, але його досить непросто визначити. У випадку з мінералами стійкість до подряпин є мірою твердості по відношенню до інших мінералів.
Є кілька способів виміряти твердість, але зазвичай використовується інструмент, який робить пролом в поверхні матеріалу. Співвідношення між площею випробуваної поверхні і прикладеною силою виробляє значення твердості. Чим твердіше матеріал, тим вище значення. випробування на твердість по Віккерсу задіє піраміду з квадратною основою з алмазним навершием, щоб зробити вибоїну. 
Значення твердості по Віккерсу у м'якої сталі складає близько 9 ГПа, а у алмазу - 70-100 ГПа. Стійкість алмазу легендарна, і сьогодні 70% світових природних алмазів входять в зносостійкі покриття інструментів, використовуваних для різання, свердління і шліфування, або в якості добавок до абразивам.
Проблема алмазу в тому, що хоча він і є дуже твердим, він також напрочуд нестабільний. При нагріванні алмазу в повітрі понад 800 градусів за Цельсієм його хімічні властивості змінюються, що впливає на його силу і дозволяє реагувати з залізом, роблячи його непридатним для обробки стали.
Обмеження у використанні алмазів привели до зростаючого увазі в розробці нових, хімічно стабільних, надміцних матеріалів на заміну. Кращі зносостійкі покриття дозволять промисловим інструментам працювати довше від заміни до заміни частин і знизять залежність від потенційно небезпечних для навколишнього середовища хладагентов. Вченим вдалося винайти кілька потенційних конкурентів алмазу.
нітрид бору
Синтетичний матеріал нітрид бору, вперше створений в 1957 році, схожий на вугілля тим, що має кілька алотропія. У своїй кубічної форми (c-BN) його кристалічна структура схожа на алмазну, але замість атомів вуглецю складається з пов'язаних інакше атомів бору і азоту. c-BN хімічно і термально стабільний і широко використовується сьогодні в якості надтвердого покриття для верстатів в автомобільній і аерокосмічної промисловості. 
Однак кубічний нітрид бору, в кращому випадку, другий по твердості матеріал в світі за шкалою Віккерса - близько 50 ГПа. Його гексагональная форма (w-BN) спочатку заявлялася ще більш твердою, але ці результати були засновані на теоретичному моделюванні, яке прогнозувало на 18% вищою за твердість, ніж у алмазу. На жаль, w-BN в природі рідко зустрічається і його важко зробити в достатніх кількостях, щоб провести експеримент з надійними результатами.
штучний алмаз
Штучні алмази виробляються з 1950-х років і часто заявляються твердіше природних алмазів через інший кристалічної структури. Їх можна зробити шляхом подачі високого тиску і температури до графіту, щоб змусити його структуру перебудуватися в тетраедричних алмаз, але це дорого і довго. Інший спосіб полягає в ефективному вибудовуванні алмазу з атомів вуглецю, витягнутих з нагрітих вуглеводневих газів, але типи матеріалів, які можна використовувати в якості підкладки, обмежені. 
Штучне виробництво алмазів створює камені полікристалів, що складаються з менших кристаликів або «зерен», від декількох мікрон до декількох нанометрів. Вони набагато менше, ніж великі монокристали більшості природних алмазів, які використовуються для створення ювелірних виробів. Чим менше розмір зерна, тим більше у нього граней і тим твердіше матеріал. Недавні дослідження штучного алмазу показали, що його твердість по Віккерсу може підніматися до 200 ГПа.
Q-вуглець
Зовсім недавно вчені з Університету штату Північна Кароліна створили, як вони описали, нову форму вуглецю, відмінну від інших алотропія, і повідомили, що вона твердіші за алмаз. Ця нова форма була створена в процесі нагрівання некристаллического вуглецю високопотужним швидким лазерним імпульсом до 3700 градусів з наступним швидким охолодженням або «загартуванням» його - звідси Q, від «quenching» - з утворенням алмазів мікронних розмірів.
Вчені виявили, що Q-вуглецю на 60% твердіше алмазоподібного вуглецю (типу аморфного вуглецю з аналогічними алмазним властивостями). Виходячи з цього, вчені вирішили, що Q-вуглець буде міцніше самого алмазу, хоча це ще належить перевірити експериментально. Q-вуглець також має незвичайні магнітними властивостями і світиться під дією світла. І все ж, його основним призначенням було використання в якості проміжного кроку у виробництві крихітних штучних алмазних частинок при кімнатній температурі і тиску. Ці наноалмази занадто малі для ювелірної справи, але ідеально виступають в якості дешевого матеріалу для покриття ріжучих та полірування інструментів.
Наскільки твердий?Але так чи легко обійти алмаз за всіма цими параметрами?
Наскільки твердий?
