Quel est le matériau le plus fort connu?
La réponse à cette question dépend de la façon dont vous définissez le terme «fort», mais les matériaux connus les plus durs ou les moins compressibles au moment de la rédaction de cet article (décembre 2007) sont les nanorodes de diamant agrégées (ADNR), un allotrope (variété) de carbone constitué de nanotubes compressés et liés entre eux. Les nanorodes de diamant agrégées ont un module de masse, ou mesure de la dureté, de 491 gigapascals (GPa), alors que le diamant classique n’a qu’un module de 442 GPa. Les nanopodes de diamant agrégées peuvent égratigner le diamant et le fullerite ultra-dur, un autre allotrope de carbone qui était le précédent détenteur du record de dureté.
Les nanorodes diamantées agrégées ont été synthétisées pour la première fois par des physiciens en 2005 à l’Université de Bayreuth en Allemagne. L’équipe, dirigée par Natalia Dubrovinskaia, a utilisé une presse à enclume de 5 000 tonnes métriques (5 millions de kilogrammes) conçue sur mesure sur un échantillon constitué de fullerènes classiques (également appelé buckyballs, l’élément C60). En comprimant ces buckyballs et en les chauffant à 2500 degrés Kelvin, il a été possible de créer ce nouvel allotrope de carbone. Le matériau est constitué de nanotubes de carbone ayant des diamètres compris entre 5 et 20 nanomètres et des longueurs d'environ un micromètre chacune.
L’aspect physique des nanorodes de diamant agrégées est similaire à celui d’un métal qui diffuse différentes couleurs de lumière, ce qui lui confère une surface légèrement arc-en-ciel. Le fait qu'il ressemble à un métal est inhabituel parce que les autres allotropes du carbone (suie, graphite, diamant, etc.) le font rarement, à l'exception peut-être du graphite.
Les nanopodes de diamant agrégées sont également plus denses que le diamant d'un facteur de 0,2 à 0,4%, ce qui en fait la forme de carbone la plus dense connue. Un facteur contribuant à la dureté du matériau serait l’orientation aléatoire des nanorodes qui le composent. Parce que la structure physique des nanorodes est un maillage fin, comme le Kevlar®, le matériau est également incassable, contrairement au diamant.
Des essais ont montré que l’utilisation d’outils à pointe de nanorodes de diamant agrégés pour l’usinage de l’acier donne une pièce d’outil qui s'use plus lentement que le diamant et permet une précision supérieure. Lorsqu'il devient économiquement possible de produire en masse des nanorodes de diamant agrégées, ils peuvent en effet remplacer les diamants en tant qu'abrasif industriel et matériau pour les info-bulles.