ความลับของการเจียระไนเพชร

เคยสงสัยกันบ้างไหมว่าเพชรเป็นหนึ่งในของแข็งที่แข็งที่สุดในโลก  แล้วคนเราเจียระไนเพชรกันได้อย่างไร

มนุษย์ค้นพบวิธีเจียระไนเพชรเมื่อประมาณ 500 ปีที่แล้ว และช่างเจียระไนเพชรในปัจจุบันก็ยังคงใช้หลักการเดิม คือ ใช้เพชรเม็ดเล็กๆ เคลือบไว้บนจานเจียระไนที่เป็นแผ่นเหล็กกลม เมื่อหมุนด้วยความเร็วสูง เพชรเม็ดเล็กๆ บนแผ่นจานเจียระไนก็จะทำหน้าที่เป็น "มีดเจียระไน" ทำให้เม็ดเพชรของเรามีรูปทรงและแสงเงาตามต้องการ

เพชร เป็นอัญมณีรูปแบบหนึ่งของคาร์บอน จัดเรียงตัวเป็นทรงแปดหน้า เป็นแร่ที่แข็งที่สุดตามสเกลของโมส์ (Moh's scale) มีค่าความแข็งเท่ากับ 10

หลายคนคงคิดว่า "เพชรตัดเพชร" ฟังดูก็สมเหตุสมผลดีสำหรับการอธิบาย แต่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบแล้วว่า คำกล่าวนี้ไม่เป็นจริง เพราะสิ่งที่เพชรบนจานเจียระไนตัดนั้นไม่ใช่เพชร

ทีมวิจัยที่นำโดย Michael Moseler แห่ง Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM ในเยอรมนี ได้จำลองโครงสร้างของเพชรเป็นจำนวนกว่า 10,000 เม็ด พบว่าส่วนที่เพชรบนจานเจียระไนขูดออกมาไม่ใช่เพชรอย่างที่เคยคิดกัน แต่มันคือชั้นของรูปของคาร์บอนอสัณฐานที่มีสภาพคล้ายกับของเหลว (amorphous carbon layer)

แบบจำลองอธิบายได้ดังนี้ ในตอนแรกที่เพชรบนจานเจียระไนสัมผัสกับผิวของเพชรที่เราเอามาเจียระไน อะตอมของคาร์บอนจากเพชรทั้งสองจะสร้างพันธะระหว่างกันเกิดเป็นคาร์บอนอสัณฐาน (amorphous carbon layer) เมื่อจานเจียระไนหมุนเลื่อนไป ชั้นของคาร์บอนอสัณฐานนี้ก็จะถูกขูดตามออกไปด้วย ในจังหวะนี้ก็าซออกซิเจนในอากาศก็จะเข้ามาทำปฏิกิริยากับคาร์บอนอสัณฐานที่มีปลายคาร์บอนว่างๆ อยู่เกิดเป็น CO₂ ทำให้พื้นผิวของเพชรข้างล่างชั้นที่ถูกขูดออกไปนั้นเหลือเป็นชั้นเรียบใสวิ้งๆ สวยงาม

ลองดูจากรูปข้างล่างนี้ อะตอมสีเขียวคือคาร์บอนอสัณฐาน (amorphous carbon layer) อะตอมคาร์บอนของเพชรเป็นสีเทา ด้านบนคือเพชรบนจานเจียระไน ด้านล่างคือเพชรที่เราเอามาเจียระไน เม็ดสีแดงคือออกซิเจนที่เข้ามาทำปฏิกิริยากับคาร์บอนอสัณฐาน จะเห็นว่าพอชั้นกองขยุกขยุยสีเขียวๆ ถูกขูดออกไปก็จะเหลือแต่ชั้นของอะตอมคาร์บอนสีเทาเรียบๆ

 From Science News 

แบบจำลองนี้ยังอธิบายได้ด้วยว่า "ทำไมการเจียระไนเพชรบางมุมถึงได้ง่ายกว่า? บางมุมถึงได้ยากกว่า?" เหตุผลก็มาจากการเรียงตัวของอะตอมคาร์บอนในผลึกเพชรนั่นเอง หากไม่ใช่ช่างที่ชำนาญซึ่งมีเทคนิคในการเจียระไนอย่างดี คนที่จับเพชรมาเจียระไนมั่วๆ อาจจะไปเจียระไนในทิศทางที่อะตอมของคาร์บอนจับกันหนาแน่น การเจียระไนเช่นนี้จะได้รูปยากมากหรืออาจจะแย่จนถึงกับทำให้เพชรเม็ดนั้นเสียไปเลยก็ได้

สรุปให้ง่ายอีกประการคือ

จากรูปทรงหน้าแปดของเพชร จึงทำให้เพชรไม่ได้แข็งทุกทิศทุกทาง เพชรจะแข็งที่สุดเมื่อขนานกับพื้นผิวทรงแปดหน้า  และจะอ่อนที่สุดคือมุมที่ขนานกับทรงพื้นผิวลูกบาศก์ ที่จะต้องทำมุมให้องศาตามความชำนาญของช่างเจียรไนมืออาชีพเท่านั้น

ที่มา - Science News 

*หมายเหตุ ก่อนหน้านี้มนุษย์เคยสังเคราะห์วัสดุที่แข็งกว่าเพชรได้แล้ว และตั้งแต่ปี 2009 เพชรก็ไม่ใช่วัตถุธรรมชาติที่แข็งที่สุดในโลกอีกต่อไป เพราะเท่าที่ทราบตอนนี้เพชรมีความแข็งเป็นรอง lonsdaleite และ wurtzite boron nitride
อ่านรายละเอียดเพิ่มเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้จาก New Scientist 

เรียบเรียงโดย  พรชัย  สังเวียนวงศ์

ขอบคุณภาพจาก

• https://us-fbcloud.net/wb/data/739/739353-topic-ix-2.jpg
• https://us-fbcloud.net/wb/data/739/739353-topic-ix-0.jpg