提到地球上最堅硬的材料，大多數人的回答可能都是鉆石。鉆石的名字來來源于希臘語，意思是“牢不可破”或“無敵”，英文里這個詞的意思是“堅硬的東西”。鉆石的硬度賦予它無以倫比的切割能力，而且它還具有高“顏值”，這使得鉆石在千百年的時間里一直備受推崇。
　　現代科學家們已經花了數十年時間來尋找更加廉價、堅硬和更實用的替代品，每隔幾年就會有新聞爆出：創造了一種新的“世界上最堅硬的物質”。但是這些挑戰者真的成功了嗎?
　　雖然說鉆石光彩奪目，但本質上來講，它僅僅是一種特殊形態或稱為碳的“同素異形體”。碳家族有幾種同素異形體，包括碳納米管、無定形碳、鉆石和石墨。所有這些物質都是由碳原子構成的，但是他們之間的原子鍵類型不同，從而導致不同的材料結構和特性。
　　每一個碳原子的最外層都有四個電子。在鉆石中，這些電子與其它四個碳原子共享，形成非常強大的化學鍵，造就了鉆石非常堅固的四面體晶體結構。就是這樣一種簡單的、致密的結構使得鉆石成為地球上最堅硬的物質。

　　到底有多堅硬?
　　硬度是材料的一個重要特性，這往往決定了它們的用武之地在何處，但是硬度又很難定義。對于物質來說，劃痕硬度用于衡量物質硬度，用另一種礦物劃過物質表面，根據劃痕確定該物質的軟硬。
　　還有幾種測量硬度的方法，通常使用儀器來將材料表面局部塑性變形，塑性變形的面積與壓力載荷的比值用來比較被測材料的軟硬。材料越硬，比值越大。維氏硬度也是根據壓痕單位面積上的載荷來計算硬度值。所不同的是維氏硬度試驗的壓頭是金剛石的正四棱錐體。
　　低碳鋼具有的維氏硬度值約為9GPa，鉆石的維氏硬度約為70–100GPa。鉆石的耐磨性是世界上絕無僅有的，今天世界上70%的天然鉆石都用來制造用于切削，鉆井和磨削，或作為磨料磨具添加劑等工具的耐磨涂層。
　　鉆石也不是完美的，雖然它很堅硬，但也非常不穩定。當鉆石在空氣中加熱到800攝氏度以上時，其化學性質發生改變，這會影響其強度而且能讓它與鐵反發生應，使得它不適合于加工鋼。
　　這些方面限制了它的應用，因此科學家們一直在開發新的、化學穩定性強的、超硬材料作為替代品。更好的耐磨涂層能夠讓工業工具減少更換磨損零件，延長其使用時間，以及降低對污染環境的冷卻劑的需求。迄今為止，科學家們已經開發出鉆石的幾個潛在競爭對手。
　　氮化硼
　　合成材料氮化硼，誕生于1957年，與碳類似，它也有幾種同素異形體。立方氮化硼(c-BN)與鉆石具有相同的晶體結構，但它不包含碳原子，而是由硼和氮原子構成的晶體結構。立方氮化硼具有化學和熱穩定性，目前，作為超硬機械工具涂層，主要用于汽車和航空工業領域。
　　但是，目前立方氮化硼充其量只是世界上第二堅硬的材料，它的維氏硬度約為50GPa。纖鋅礦氮化硼(w-BN)最初被認為比鉆石更堅硬，這個結論是基于理論模擬的結果(預測它的壓痕強度比鉆石高18%)。不幸的是，w-BN在自然界中非常稀有，而且很難開發出足夠的量來進行實驗測試這種主張。
　　人造鉆石
　　有關人造鉆石的報道，自20世紀50年代以來就不絕于耳，因為晶體結構不同，所以它比天然鉆石要硬。人造鉆石的制造方法是，將石墨置于高溫高壓環境下，其碳原子會重新排布從而形成新的鉆石，但這個過程非常耗時而且價格昂貴。另一種制造方法是，從加熱的烴類氣體中提取碳原子，但是這種基材的用途有限。
　　人造鉆石是多晶結構，是一種由幾微米到幾納米大小的微晶體和“晶粒”結晶聚合而成的多結晶鉆石。與大多數用于加工首飾的大的單晶體結構不同。晶粒尺寸越小，晶界越大，材料也就越堅硬。對于人造鉆石的最新研究表明，它的維氏硬度高達200GPa。
　　Q-carbon
　　最近，北卡羅來納州立大學的研究人員創造了一種新形態的碳，不同于其它的同素異形體，這種材料比鉆石還硬。這種新材料是用高能快速激光脈沖將非晶碳加熱到3700°C，然后迅速冷卻或“淬火”，形成微米大小的鉆石，由此得名“Q-carbon”。
　　科學家們發現Q-carbon比類金剛石膜(一種無定形碳，與鉆石的特性相似)的硬度高60%。這讓科學家們很期待Q-carbon和鉆石的硬度較量結果，雖然這仍需實驗證明。Q-carbon有些獨特的性質，它具有磁性，哪怕暴露在較低的能量下，它也會閃閃發光。但是，到目前為止，它只是用于常溫常壓下生產微小人造鉆石的一個中間步驟。這些納米鉆石尺寸太小沒法做成珠寶，但作為切割和拋光工具的廉價涂層材料卻是理想之選。