スティショバイト

スティショバイト：超高圧下で生まれた希少鉱物

スティショバイトは、[二酸化ケイ素]からなる鉱物の一種です。その特徴は、何と言ってもその生成条件の特殊性にあります。地表では非常に稀な存在ですが、地球のマントル遷移層から下部マントルといった、極めて高圧な環境下では、二酸化ケイ素がスティショバイトという結晶構造をとると考えられています。そのため、地表では主に隕石の衝突によって生成されたものが発見されています。1962年には、有名なバリンジャー隕石孔からスティショバイトが発見され、大きな注目を集めました。

高圧と高温が生み出す結晶構造

スティショバイトは、石英を含む岩石に隕石が超高速で衝突した際に発生する、凄まじい衝撃圧（10GPa以上）と高温（1200℃以上）によって形成されます。この極限状態において、ケイ素原子は6個の酸素原子に囲まれた八面体構造をとるという、特殊な結晶構造を持つようになります。実際、スティショバイトが最初に人工的に合成されたのは1961年、1200℃、160kbarという高圧高温条件下での実験によるものでした。この偉業を成し遂げたのは、ソ連の科学者であるS.M.StishovとS.V.Popovaです。鉱物の名前である「スティショバイト」は、このStishov氏の名に由来しています。

驚異的な硬度と脆さの両面

スティショバイトは、長い間「最も硬い酸化物」として知られていました。そのヴィッカース硬度は約30GPaにも達し、工業用途で広く用いられる炭化タングステンよりも硬いことが分かっています。しかし、2002年に亜酸化硼素という、スティショバイトよりも硬い酸化物が発見され、その座を明け渡すこととなりました。

スティショバイトの硬さは魅力的な一方、脆いという欠点も持ち合わせています。そのため、切削工具などへの応用はこれまで限定的でした。ところが近年、ナノ多結晶スティショバイトセラミックの研究が進み、その破壊靭性（割れにくさの指標）が10～13 MPa・m^1/2という高い値を示すことが判明しました。これは、スティショバイトの割れやすさを克服できる可能性を示唆する重要な発見です。この特性の解明と、新たな材料としての応用が期待されています。

フッ化水素との反応性

スティショバイトは、フッ化水素とは反応しません。この性質は、石英とスティショバイトを分離する際に利用されています。フッ化水素を用いることで、石英を溶解させ、スティショバイトを選択的に抽出することが可能です。

まとめ

スティショバイトは、極めて特殊な高圧高温条件下で生成される、希少な鉱物です。その高い硬度と脆さの両面、そしてフッ化水素との反応性の違いは、科学的な興味だけでなく、産業的な応用可能性をも秘めていると言えるでしょう。ナノ多結晶化による特性改善研究の進展によって、将来的には、これまで想像できなかったような幅広い用途への展開も期待できるかもしれません。

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