¿Más duro que el diamante?

Physics World / Adnmundo
17/02/09

Durante miles era algo conocido que el diamante era el material más duro de la naturaleza. Entonces, hace dos años, un material compuesto que contenía el mineral wurtzita BN se demostró que tenía la misma resistencia a las hendiduras que el diamante.

Ahora, un trabajo teórico de investigadores de China y Estados Unidos sugiere que la wurtzita BN pura es significativamente más dura que el diamante. También predicen que la Lonsdaleita — con una estructura estrechamente relacionada a la wurtzita — podría, bajo presión, hacerse un 58% más dura que el diamante, un nuevo récord mundial (PRL:102.05503).

...Siga leyendo, haciendo click en el título...


Hong Sun de la Universidad de Shanghai y sus colegas informan de que el propio acto de hendir la wurtzita-BN puede forzarla a que pasar por una transformación de fase hacia una nueva estructura cristalina con una súper-fuerza.

Una nueva fase

La dureza de un material normalmente se toma como medida de su resistencia a fuerzas externas. La prueba clásica para determinar la relativa “dureza a la hendidura” es frotar dos materiales; el más dura hace la hendidura y el más débil queda hendido. El hecho de que el diamante siempre ha ganado estas batallas está relacionado con que es una red de carbono estable y fuerte, la cual toma normalmente la forma de un octaedro.

Hace dos años, el diamante finalmente se encontró con la horma de su zapato, cuando se demostró que una pequeña cantidad de material compuesto que contenía el poco conocido wurtzita BN (w-BN) tenía el mismo nivel de resistencia a la hendidura que el diamante. Debido a que se sabía que todos los otros minerales del compuesto eran significativamente más débiles que el diamante, esto llevó a los investigadores a creer que el w-BN puede poseer una dureza superior a la del diamante.

Sun y sus colegas se centraron en la estructura cristalina hexagonal w-BN, y su respuesta de tensión a la hendidura por carga. Ésta se canceló cuando sus cálculos demostraron que w-BN sufría una transición de fase estructural cuando se sometía a grandes presiones. El volumen del cristal permanecía igual pero un “intercambio de enlaces” llevaba a una resistencia mucho mayor a la hendidura.

Armados con sus explicaciones teóricas, los investigadores extendieron entonces su teoría al mineral relacionado de Lonsdaleita. Predicen que este mineral, que se forma en la naturaleza, puede comprimirse en una red cristalina incluso un 58% más fuerte a la hendidura que el diamante.

¿El mejor amigo de un maquinista?

Dada la utilidad de los diamantes para el cortado industrial, pero su alto precio, se han realizado una gran cantidad de investigaciones prácticas y teóricas para encontrar materiales que sean tan duros y térmicamente estables que el diamante. La Lonsdaleita ciertamente tiene la fuerza, de acuerdo con esta nueva investigación, pero el problema principal es su escasez natural. “La Lonsdaleite y el w-BN existen en estructuras metaestables pero necesitan superar barreras de potencial muy alto para transformarse”, dijo Sun.

“El tipo de calor y presión necesarios para producir la Lonsdaleita requiere un tipo de energía asociada con colisiones de meteoritos”, dijo Phil Bland, investigador de mecánica geológica en el Imperial College. De hecho hasta ahora sólo se ha encontrado Lonsdaelita de formación natural en cráteres de impacto como el de Tunguska en Rusia y en el Cráter Ries en el sur de Alemania.

Dado este inconveniente, Sun dijo a physicsworld.com que su equipo tiene como objetivo buscar formas de producir Lonsdaleita y materiales relacionados mediante procesos artificiales. “Con el rápido desarrollo de la nano-ciencia, podríamos ser capaces de diseñar y sintetizar cualquier nuevo tipo de material artificial en el futuro. Las posibilidades son ilimitadas”, comentó.