ساخت اولین مواد غیر کربنی با سختی نزدیک به الماس

دانشمندان موفق شدند اولین مواد غیرکربن با درجه سختی نزدیک به الماس را ایجاد کنند. این کار می‌تواند تاثیر مهمی بر فناوری‌ها و صنایعی داشته باشد که از الماس در آنها به عنوان ابزار برش یا ابزار سوراخ کردن و یا یک ساینده استفاده می‌شود.

دانشمندان موفق شدند اولین مواد غیرکربن
با درجه سختی نزدیک به الماس را ایجاد کنند. این کار می‌تواند تاثیر مهمی
بر فناوری‌ها و صنایعی داشته باشد که از الماس در آنها به عنوان ابزار برش
یا ابزار سوراخ کردن و یا یک ساینده استفاده می‌شود.
این ماده، نانوکامپوزیت نیترید بور است. گرچه محققان قبلاً ترکیبات بور و
کربونیتریدی را به عنوان سخت‌ترین مواد بعد از الماس معرفی کرده بودند، ولی
این مواد در دماهای بالا پایدار نبودند که این امر در صنعت یک مشکل بزرگ به
حساب می‌آید.
موفقیت واقعی هنگامی است که یک توده ماده سخت، محکم و در برابر حرارت مقاوم
باشد. در این صورت برای پوشش دادن و استفاده در ابزارهای سوراخ کردن ایده‌آل
است.Natalia Dubrovinskaia یکی از محققان این پروژه می‌گوید: ما اولین
سنتزکننده این مواد غیرکربنی با خصوصیت یاد شده هستیم. برای بسیاری از مواد
با دانه‌های بلورین که به آنها مواد پلی‌کریستالی هم گفته می‌شود، میزان
سختی در اندازه ذره معینی به حالت بهینه می‌رسد که این اندازه اغلب در
مقیاس نانومتر است.
آزمایشات متعددی روی یک سری از فازهای پلی‌کریستالی و نانوبلوری از نیترید
بور صورت گرفت؛ از جمله تست سختی‌سنجی ویکرز که مقادیر سختی مواد را بر
اساس مقاومت در برابر تغییر شکل سطح در اثر فشار نوک الماسی مشخص می‌کند.
این مقدار می‌تواند بر حسب فشار اعمال شده توسط الماس در واحد پاسکال عنوان
شود. برای بسیاری از مواد سخت این مقدار در حدود گیگا پاسکال است. سختی
الماس تک بلوری که سخت‌ترین نوع ماده است حدود ۱۰۰ گیگا پاسکال گزارش شده
است.
نانوکامپوزیت نیترید بور سنتز شده توسط این محققان، سختی در حد ۸۵ گیگا
پاسکال با اندازه ذره ۱۴ نانومتر دارد و از نظر پایداری حرارتی تا دمای
۱۶۰۰ درجه کلوین( ۲۴۰۰ درجه فارنهایت) را تحمل می‌کند. سختی مواد از دو
عامل ناشی می‌شود: اثر اندازه دانه‌ها در مقیاس نانو و ترکیب دو فاز دانه‌ها،
بدین معنی که هر دانه دارای یک ساختار بلوری نانومقیاس و یک زیرساختار
نانومقیاس است. این ترکیب پیچیده استحکام مکانیکی ماده را بطور چشمگیری
افزایش می دهد.
قبل از این، سخت‌ترین ماده بعد از الماس نیترید بور مکعبی با سختی برابر ۵۰
گیگا پاسکال بود. این پژوهشگران معتقدند که اختلاف زیاد سختی این ماده و
الماس را می‌توان با بهینه‌سازی اندازه دانه‌های نانوکامپوزیتهای نیترید
بور کم کرد. نتایج این تحقیقات در شماره ماه مارس مجله Applied Physics
Letters به چاپ رسیده است.