Teemant sai endale kõva konkurendi

Teemant kaotas koha kõige kõvemate ainete edetabeli tipus tegelikult juba mõne aasta eest ühele samuti süsinikust tehismaterjalile, mis osutus veidi kõvemaks, kuid nüüd näitavad arvutisimulatsioonid, et ka paar looduslikku ainet trumpavad teemandi omadused üle.

Vurtsiit-boornitriid ja lonsdaleiit on Shanghai ülikooli teadlaste arvutuste kohaselt vastavalt 18 ja 58 protsenti teemandist kõvemad. Nii vähemalt näitasid arvutisimulatsioonid, mis rehkendasid aine käitumist, kui sellesse suruda nõel. Päris elus selle järeleproovimist on esialgu takistanud asjaolu, et nimetatud ained on äärmiselt haruldased, kirjutab ajakiri

Tarkade Klubi

.

Mõlemad ained tekivad looduses ainult äärmuslikes oludes. Lonsdaleiit, mis on samuti süsiniku vorm, kuid teemandist veidi erineva struktuuriga, moodustub suure kuumuse ja rõhu toimel, kui Maad tabab suure grafiidisisaldusega meteoriit. Vurtsiit, mille koostises on peamiselt tsink ja väävel, vajab aga vulkaanipurset.

Kuigi lonsdaleiit on numbrite järgi kõvem, võib neist kahest praktilises mõttes kasulikumaks osutuda vurtsiit-boornitriid, kuna reageerib suurtel kuumustel õhuhapnikuga vähem kui teemant. Aine vastupidavuse saladus on teadlaste sõnul selles, et aatomitevahelised sidemed suudavad surve all umbes 90º jagu pöörduda, nii pinget leevendades.

Kuigi sarnaselt käitub ka teemant, on vurtsiid-boornitriidi struktuuris midagi, mis aine seeläbi oluliselt vastupidavamaks teeb. Uurimine, mis see «miski» täpselt on, võib avada tee uute ja paremate materjalide loomisele.

Peamised uute materjalide kasutusvõimalused on puurides ja näiteks kosmosesõidukite kuumakilpides. Esmalt peavad teadlased aga siiski välja mõtlema, kuidas neid aineid toota, kas või piisavalt palju, et simulatsioonis selgunut saaks päriselt kontrollida.

Ajakirja Tarkade Klubi märtsinumbris:

Kes on Eesti kõige tegijamad teadlased?

Eesti suusakoondise määrimisnipid

Rein Luik - Eestist sirgunud kosmoseside tippmees

Arvutid võtavad bioloogia üle

Termotuumajaam jõuab käeulatusse

20 aastat Exxon Valdezi katastroofist

Teine teadlasterühm, kes töötab Stony Brookis asuva New Yorgi osariigi ülikooli füüsiku Artem Oganovi juhtimisel, sai hakkama boori uue ülikõva kristallilise erimi valmistamisega, kuid seekord polnud aine kõvadus sugugi peamine eesmärk ega üllatus.

Selline ülisuure rõhu juures valmistatud boor osutus esimeseks ioniseeritud lihtaineks. Senise teadmise kohaselt saab ionisatsioon ehk elektronide äraandmine või juurdevõtmine toimuda vaid kahe eri elemendi vahel, näiteks keedusoolas naatriumi ja kaltsiumi vahel. Uues boorierimis tekib ionisatsioon aga kahe eri struktuuri ehk nanoklastri vahel.

Oganov ennustab, et sarnaseid omadusi võidakse peatselt avastada ka teistel elementidel, eelkõige süsinikul. Sel võib olla mitmeid huvitavaid rakendusi, sest ioniseerituna muutuvad aine omadused. Nii võib uus aine näiteks neelata infrapunakiirgust ja võib ette kujutada ainet, mis kiirgust vaid kohati neelab või mille neelamisvõime sõltub temperatuurist.

Samuti võib uus struktuur pakkuda nii mõndagi põnevat ülijuhtivuse vallas. «Lihtsana näivate elementide käitumine on palju keerukam, kui vaid mõne aasta eest arvati,» märkis uurimises osalenud Carnegie geofüüsikalabori juhataja Russell Hemley.