Allerhardste oxide is instabiel bij lage druk en temperatuur

Onderzoekers uit Brazilië, Duitsland en Frankrijk hebben het tot nu toe hardste oxide gevonden. Het is stishoviet, een hoge druk- modificatie van siliciumdioxide (SiO) maar met een veel grotere dichtheid. Uit metingen met behulp van een zogeheten Knoop-microhardheidsmeter bleek dat er een druk van 33 gigapascal nodig is om het materiaal met een diamantpunt in te deuken.

Daarmee is stishoviet het hardste oxide dat men kent en het wedijvert met de hardste polykristallijne materialen. Alleen diamant en kubisch boornitride (beter bekend als het slijpmiddel borazon) zijn nog harder. (Nature, 3 oktober).

De onderzoekers merken op dat stishoviet potentieel een belangrijk technologisch materiaal is. Er is echter één probleem: het komt onder normale omstandigheden in de natuur niet voor. Voor het ontstaan zijn zeer hoge temperaturen en drukken nodig, zodat het alleen onder extreme omstandigheden zoals laboratoriumproeven of meteorietinslagen wordt gevormd. Bij gewone temperatuur en druk is het instabiel en gaat het geleidelijk over in een andere modificatie, zoals kwarts of tridymiet.

Hardheid is een vaak een doorslaggevende materiaaleigenschap. Sinds het einde van de jaren tachtig wordt naarstig gezocht naar verbindingen die de hardheid van diamant evenaren of zelfs overtreffen. Op moleculaire schaal wordt de hardheid van een stof bepaald door de eigenschappen van de chemische bindingen. De grootste hardheden treden op bij korte, covalente bindingen, waarbij de atomen enkele van hun elektronen (de valantie-elektronen) met andere atomen delen. Zulke bindingen komen voor bij elementen als koolstof, silicium, stikstof en fosfor.

Tot nu toe nog is men er niet in geslaagd een superhard materiaal te maken, en van de voorspelde stoffen is de stabiliteit nog niet aangetoond. Van stishoviet is zéker dat het geen stabiel materiaal is, zodat de opmerking dat deze stof 'het eerste lid zou kunnen zijn van een nieuwe familie van superharde materialen' binnen het kader van het theoretisch onderzoek moet worden geplaatst. De onderzoekers maakten het stishoviet door een monster amorf SiO bloot te stellen aan een druk van 200.000 atmosfeer en een temperatuur van 1100 ß8C.