Kérdezd meg, melyik a világ legkeményebb anyaga – a többség magabiztosan azt válaszolja: „a gyémánt”. A természetes ásványok között ez még mindig így van.
2026-ban azonban a kutatók fázistiszta hexagonális gyémántot – lonsdaleitet – állítottak elő, amely valamivel keményebbnek bizonyult a hagyományosnál. Korábban további három ilyen anyagot is előállítottak, amelyek közül az egyik – a polimerizált fullerit – akár háromszor akkora keménységet mutatott.
Utánajárunk, hogyan sikerült a gyémántnak alulmaradnia önmagával szemben, és miért nincs már egyetlen koronája ennek a címnek.
Mi keményebb ma a hagyományos gyémántnál
A nano-ikerített gyémántot szén nanorészecskékből állítják elő akár 20 GPa nyomáson és körülbelül 2000 °C-os hőmérsékleten.
Belsejében néhány nanométer vastagságú tükörrétegek jönnek létre, amelyek megakadályozzák a kristály deformálódását. 2014-ben körülbelül 200 GPa-t értek el, később akár 276 GPa-t is, a rekorder minta mérete azonban mindössze nagyjából egy milliméter volt.
Egyelőre a laboratóriumokon kívül alig alkalmazzák: a rekorder minták túl kicsik és drágák a sorozatgyártott vágószerszámokhoz vagy fúrókoronákhoz.
A jövőben különösen ellenálló vágóéleket, fúróhegyeket, gyémántüllők alkatrészeit, valamint kerámiák és más szuperkemény anyagok megmunkálására szolgáló szerszámokat lehet majd készíteni belőle.
A HSD-gyémántot 2025-ben mutatták be. Plazmából növesztik CVD-módszerrel, adagolva hozzá a nitrogént, amivel hibahálózatot – egyfajta atomi vasalást – hoznak létre benne.
A keménysége elérte a 208,3 GPa-t, a lemezt viszont sikerült 12,7 centiméteresre növelni, és az ilyen réteget valódi marófejre is felvinni. Az összes rekorder közül ez áll a legközelebb az ipari felhasználáshoz.
A polimerizált fullerit jelenleg a legkeményebb ismert anyag. És a listán ez az egyetlen, amely nem gyémánt – a többi mind a gyémánt különböző változata.
A fullerit olyan kristály, amely nem különálló szénatomokból épül fel, mint a gyémánt, hanem C₆₀-molekulákból. Minden ilyen molekula 60 atomból áll, és egy üreges futball-labdára emlékeztet.
A polimerizált fullerit 310 GPa értéket mutatott, és mérőhegyeket készítettek belőle a gyémánt vizsgálatához. Fontos részlet, hogy a mérést kizárólag karcolásos módszerrel végezték.
Új, gyakorlatias jelölt
2026 márciusában a Nature-ben jelent meg egy kínai kutatócsoport munkája: a kutatók fázistiszta hexagonális gyémántot állítottak elő – a természetes lonsdaleit ásvány szintetikus megfelelőjét.
A lonsdaleitet először 1967-ben találták meg a Canyon Diablo meteoritban: úgy vélik, hogy a becsapódás a grafit egy részét hexagonális gyémánttá alakította át. Most óriási nyomáson és hőmérsékleten állítják elő. A 2026-os minták körülbelül 114 GPa-t mutattak – valamivel többet, mint a hagyományos gyémánt 110 GPa-os etalonértéke.
Egyelőre hőálló vágószerszámok és bevonatok jelöltje. És a fenti listán szereplő három anyaggal ellentétben ez sokkal praktikusabban használható. Bár keménységben elmarad tőlük.
Tengelyirányú benyomás esetén a minta 114 ± 6 gigapascalt mutatott. Keresztirányban 106 ± 6-ot. Maguk a szerzők óvatosan fogalmaznak: némileg felülmúlja a hagyományos gyémántot.
A lonsdaleitről végre bebizonyították, hogy a szén önálló formája, nem pedig hibás hagyományos gyémánt. Hogy megértsük, miért tartott ez hatvan évig, először nézzük meg, mit is mérnek valójában a „keménység” szóval.
Miért nem a legkeményebb a legerősebb
A keménységet különféle módokon vizsgálják. A Mohs-skálán azt nézik, melyik anyag melyiket karcolja. A Vickers-vizsgálat során egy gyémántpiramist – bemélyesztőtestet – nyomnak az anyagba, és mérik a lenyomatot: minél kisebb, annál keményebb a minta. A tökéletes kristály elméleti határait pedig számítógépen számolják ki.
A különböző vizsgálatok eredményeit nem lehet egyetlen táblázatba összevonni – bár sok internetes rangsor pontosan ezt teszi.
A keménység ráadásul nem ugyanaz, mint a szilárdság vagy a törési szívósság. A gyémántot nehéz megkarcolni, de a hasadási sík mentén mért pontos ütés kettéhasítja. A „legkeményebb” és az „elpusztíthatatlan” két különböző anyagverseny.
A miénk a keménységről szól, és ebben fél évszázada ott lebegett a széncsalád legbotrányosabb hírű jelöltje.
Lonsdaleit: az ásvány, amelyben kételkedtek
1962-ben a fizikusok megjósolták: a gyémántnak létezhet egy második formája is – a megszokott köbös rács helyett hexagonális kristályráccsal. Ugyanaz a szén, eltérő atomi elrendeződés. Öt évvel később ilyen szerkezetet azonosítottak az arizonai kráterből származó meteorittöredékekben, és Kathleen Lonsdale brit krisztallográfus tiszteletére lonsdaleitnek nevezték el.
Hogyan állítottak elő hexagonális gyémántot grafitból
Kiindulási anyagként a ceruzákból ismert grafit szolgált. Csakhogy erősen orientált pirolitikus grafit: ebben a szénrétegek párhuzamosan rendeződnek el, mint a lapok egy friss papírcsomagban. Ezt a köteget a rétegek mentén összenyomták és felhevítették.
A szintézis körülményei: mintegy 20 gigapascal – körülbelül 200 ezer atmoszféra, ami kétszázszorosa a Mariana-árok fenekén mérhetőnek – 1300–1900 °C mellett.
Ilyen nyomás alatt a grafit lapos rétegei háromdimenziós vázzá kapcsolódnak össze, ahol minden szénatom négy szomszédos atomhoz kötődik. A két gyémánt közötti különbség pusztán a rétegek elrendeződési sorrendjében rejlik: a köbösben ABC-ABC mintázatban ismétlődnek, a hexagonálisban pedig AB-AB módon. Az atomok ugyanazok, a sorrend más – mint ugyanaz a pakli kártya kétféleképpen kirakva.
A végeredmény mintegy másfél milliméter átmérőjű kristályok lettek: egy gyufafej méretű korong.
A szerzők meggyőzően tudták bizonyítani, hogy egy önálló hexagonális fázisról van szó, nem pedig keverékről.
Az újoncnak gyakorlati aduásza is akadt: a levegőn csak nagyjából 848 °C-tól kezdett el érezhetően oxidálódni – később, mint az összehasonlításként használt gyémántok. Egy izzó környezetben működő leendő vágószerszám számára az ilyen felületi tartósság néha értékesebb pár felesleges gigapascalnál.
Mire jó a gyémántnál is keményebb gyémánt
Jogos kérdés: a gyémántszerszám már így is mindent elvág a világon – minek még ennél is több? A szuperkemény anyagok egész iparágakat tartanak fenn: vágószerszámok, fúrókoronák, csiszolóanyagok, kopásálló bevonatok. Csakhogy a keménység növekedése csak akkor hasznos, ha az anyag nem marad alul a törési szívósság, a kopásállóság és az ár terén – az iparnak nem egyetlen szám bajnokára, hanem a tulajdonságok egyensúlyára van szüksége.
A hexagonális gyémántnak itt két aduásza van: a hőállóság és a gyémántanyagok jellegzetes hőelvezető képessége, amely miatt az elektronikai fejlesztők is nagyon várják.
Egyelőre azonban mindössze egy nagyjából másfél milliméter átmérőjű kristályt sikerült előállítani. A hexagonális gyémántból készült fúrókoronák és vágószerszámok még messze vannak: előbb meg kell tanulni nagy méretben, stabilan és nem megfizethetetlenül drágán növeszteni ezt az anyagot.
A ceruzában lévő grafit, a gyűrűben csillogó briliáns és a prés alól kikerülő lonsdaleit ugyanabból a szénből épül fel – csak az atomok rendje tér el. A periódusos rendszer pusztán alkatrészraktár. Minden mást az összeszerelés dönt el.
