"Sertlik" denildiğinde aklımıza hemen elmas gelir. Yıllarca nişan yüzüklerinden endüstriyel matkaplara kadar "kırılmazlığın" ve "çizilmezliğin" sembolü olmuştur. Ancak bilim durmuyor. Laboratuvar ortamında geliştirilen nano-malzemeler ve uzaydan gelen meteoritlerde keşfedilen yeni yapılar, elmasın tahtını sarsmaya başladı.
Bu yazıda, Mohs sertlik skalasının zirvesini zorlayan, doğanın ve insan zekasının ürettiği dünyanın en sert 10 malzemesini inceliyoruz.
Listeye geçmeden önce bir mühendislik ayrımını yapmak gerekir: Sertlik, bir malzemenin çizilmeye veya deformasyona karşı direncidir. Dayanıklılık (tokluk) ise kırılmaya karşı dirençtir. Bu listedeki malzemeler çizilmesi en zor olanlardır.
Listenin başında teknik olarak bir "kütle" değil, tek atom kalınlığında bir tabaka var. Karbon atomlarının bal peteği dizilimiyle oluşur. Çelikten 200 kat daha güçlüdür. Bir kurşun kalemin ucunu delebilecek kadar ince ama bir fili taşıyabilecek kadar sağlam olduğu söylenir. Henüz kütlesel bir blok halinde (3D) kullanımı sınırlı olsa da, nano boyutta dünyanın tartışmasız en sert malzemesidir.
Grafenin rulo yapılmış hali gibi düşünebilirsiniz. Moleküler yapısı o kadar sağlamdır ki, geleceğin uzay asansörlerinde halat olarak kullanılması planlanmaktadır. Vickers sertlik testlerinde elmastan daha yüksek değerler verebilirler.
Bu malzeme genellikle grafit içeren meteorların dünyaya çarpması sonucu oluşur. Yapısal olarak elmasa benzer ancak atomları kübik değil, altıgen (heksagonal) dizilmiştir. Simülasyonlar, saf Lonsdaleite'in normal elmastan %58 daha sert olduğunu göstermektedir.
Volkanik patlamalara benzer yüksek basınç ve sıcaklık altında oluşur. Elmas ile benzer bir yapıya sahiptir ancak karbon yerine bor ve azot atomlarından oluşur. Özellikle yüksek sıcaklıklarda elmastan daha kararlıdır, bu da onu kesici uçlarda elmasa harika bir alternatif yapar.
Tahtı sallansa da hala "doğal yollarla dünyada bulunan" en sert malzeme unvanını korur. Saf karbonun kristalize halidir. Mohs skalasında 10 tam puana sahiptir. Endüstriden mücevherata kadar en yaygın kullanılan süper sert malzemedir.
Bor atomlarının oksijenle oluşturduğu bu kristal yapı, inanılmaz derecede serttir ve kimyasal olarak çok kararlıdır. Aşınmaya karşı direnci nedeniyle endüstriyel kaplamalarda ve zırh teknolojilerinde potansiyel kullanım alanına sahiptir.
Bu malzemeyi özel kılan şey üretim yöntemidir. Diğer süper sert malzemeler gibi devasa basınçlara ihtiyaç duymaz, normal basınç altında sentezlenebilir. Bu da üretim maliyetini düşürür. Camı ve hatta elması çizebilecek sertliğe sahiptir.
Metaller dünyasında sıkça karşımıza çıkar. Mohs sertliği 9-9.5 arasındadır. Çelikten çok daha serttir. Genellikle matkap uçlarında, testerelerde ve uzay mekiği parçalarında kaplama malzemesi olarak veya metal matrisli kompozitlerde kullanılır.
Sanayinin "iş atı"dır. Eğer evinizde betonu delebilen bir matkap ucu varsa, ucundaki o gri parça muhtemelen Tungsten Karbürdür. Elmastan daha ucuzdur ancak çelik ve titanyumu peynir gibi kesebilir. Çok yüksek erime noktasına sahiptir.
Safir camı olarak da biliriz. Akıllı telefonların kamera lenslerinde veya pahalı saatlerin camlarında kullanılır. Çizilmesi çok zordur (sadece elmas ve yukarıdaki malzemelerle çizilebilir). Endüstriyel zımparalarda ve kumlama tozlarında sıkça kullanılır.
Malzeme bilimi geliştikçe bu liste sürekli güncelleniyor. Özellikle nanoteknolojinin gelişimi (Nanokar gibi firmaların da katkısıyla), atomları legolar gibi dizerek doğada var olmayan sertlikte malzemeler üretmemize olanak sağlıyor. Belki de 10 yıl sonra bu listenin bir numarasında bugün adını bile bilmediğimiz bir "süper malzeme" olacak.
