Il materiale più duro del diamante

Una collana di diamanti al collo fa senza dubbio un effetto memorabile, ma quando si tratta di durezza ad averla vinta è qualcos’altro. Come spiega un articolo pubblicato su Nature, i cristalli formati dal nitruro di boro cubico (c-BN), un composto formato da boro e azoto molto simile al diamante, possono raggiungere una durezza senza pari. Tutto dipende, infatti, dal diametro delle strutture sitetizzate: tanto più è piccolo, tanto più il materiale è duro.

Il merito della scoperta va all’equipe cinese guidata da Yongjun Tian, fisico degli State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology della Yanshan University. I ricercatori conoscevano già la durezza del c-BN che, però, finora era considerata inferiore a quella del diamante. Infatti, i cristalli di nitruro di boro disponibili sul mercato vantano una durezza tra i 33 e i 45 gigapascal (GPa) sulla scala Vickers, contro i 100 GPa del diamante sintetico.

Tian e i suoi colleghi sapevano che il primato imbattuto del diamante dipendeva soprattutto dalle dimensioni troppo elevate dei cristalli di c-BN, intorno al micrometro. A guidarli è stato il principio del rafforzamento di Hall-Petch, secondo il quale la riduzione delle dimensioni del grano cristallino (l’unità fondamentale di un cristallo) ne accresce la durezza. Ma le difficoltà stavano proprio nel sintetizzare un composto su scala inferiore, quella nanometrica.

Gli scienziati cinesi ci sono riusciti lavorando una massa stratificata di c-BN dalla quale hanno ottenuto cristalli sempre più piccoli sottoponendoli a temperature superiori ai 1800°C. Il risultato finale è stato un cristallo doppio dallo spessore medio di 3,8 nanometri, ovvero quasi un miliardo di volte più sottile dei composti disponibili sul mercato. Una volta sottoposto al test di durezza, effettuato comprimento una punta di diamante sulla superficie, il c-BN nanometrico ha sfiorato un picco di 108 GPa.

Il record del diamante è stato battuto grazie alle dimensioni nanometriche dei nuovi cristalli di nitruro di boro cubico, ma l’impiego industriale di questi composti sembra ancora lontano. Gli scienziati sono invece molto interessati ad applicare il processo di sintesi usato su c-BN direttamente al diamante. Se riuscissero a trovare la forma giusta (vedi Galileo: Come predire la struttura di un cristallo) i nuovi cristalli sarebbero dei campioni di durezza assoluti.

Riferimenti: Nature doi:10.1038/nature11728

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