Nemrznoucí pentagon a podchlazené zlato

Vědcům z několika evropských institucí se podařilo najít odpověď na zdánlivě jednoduchou otázku: Proč voda v atmosféře může být podchlazená a nemrzne? A protože všechno souvisí se vším, vysvětlení přinese nové možnosti i ve fyzice růstu polovodičových nanovláken.

Vědcům z několika evropských institucí se podařilo najít odpověď na zdánlivě jednoduchou otázku: Proč voda v atmosféře může být podchlazená a nemrzne? A protože všechno souvisí se vším, vysvětlení přinese nové možnosti i ve fyzice růstu polovodičových nanovláken.

Překvapivé vysvětlení příčiny existence přechlazených kapalin publikovali vědci z Komise pro atomovou energii a energetické alternativy (CEA) Národního centra pro vědecký výzkum (CNRS) a Evropského zdroje synchrotronového záření (ESRF). Pojďte se s námi podívat, co je podstatou jejich objevu.

Proč někdy kape voda i při teplotě -42 ºC?

Vodní pára v mracích kondenzuje za přítomnosti tzv. kondenzačních jader (což mohou být např. částečky prachu, půdy, vulkanického popela) a tvoří kapky (9–100 µm), které se při teplotách nižších než 0 ºC mění v malé krystalky ledu. Vědcům ale dlouho vrtalo hlavou, jak je možné, že se to nestane vždycky, že v tzv. přechlazeném prostředí (chladnější než 0 °C) někdy zůstane voda v nerovnovážném (metastabilním) tekutém stavu a ledové krystalky se netvoří. Existence vodních kapek byla prokázaná v mracích do teploty -42 ºC.

Co je důležité pro krupobití i nanovlákna?

Nad podchlazenou kapalinou vrtěl hlavou už v roce 1724 Fahrenheit, ale dlouho neměli fyzikové úplně jasno. Pochopení přechodu mezi kapalnou a pevnou fází je důležité v mnoha případech, od předpovědi a možnosti zmenšení škod způsobených krupobitím až po technologické procesy – svařování, odlévání nebo růst polovodičových nanostruktur.
Nejslibnější byly hypotézy o tom, že vnitřní uspořádání tekutin je takového charakteru, že je neslučitelná s vytvořením pevné struktury.

Nezahrávejte si s pentagonem

Aby látka ztuhla, musí zaujímat takové vnitřní uspořádání, které jí dovolí opakováním stejného tvaru vyplnit beze zbytku celý prostor. Jako když stejné dílky stavebnice skládáte těsně vedle sebe. A jaký tvar dílků tohle dovoluje? Když si pro zjednodušení představíte dvourozměrný prostor, tak uvidíte, že můžete použít pravidelné trojúhelníky, čtverce, obdélníky, šestiúhelníky. S pětiúhelníky – pentagony – se vám to nepodaří. A skutečně se ukázalo, že podobně i v prostorovém uspořádání jsou tvary založené na pětiúhelníkovém uspořádání překážkou pro krystalizaci. Ať budete stavebnici z pětiúhelníků skládat pečlivě a systematicky nebo s ní budete nahodile třást, stejně ji zahodíte na koberec a půjdete se uklidnit. Nepůjde to.

Stejná pravidla pro vodu i pro zlato

Důkaz přineslo studium růstu nanovláken na modifikovaném křemíkovém povrchu. Výzkumníci pozorovali, že v první fázi zůstává v některých případech používaná slitina kov-polovodič tekutá i pod bodem tuhnutí a rozhodli se tento jev prozkoumat. Zaměřili se na chování Au-Si slitiny (slitiny zlata a křemíku) v kontaktu se specifickým upraveným křemíkovým povrchem. Použití tzv. Si(111) povrchu, kde povrchová vrstva indukovala pětiúhelníkové uspořádání atomů a umožnila existenci kapalného skupenství slitiny hluboko pod bodem tuhnutí, potvrdilo předchozí hypotézu. „To představuje první experimentální důkaz, že pentagonální uspořádání je počátkem podchlazení,“ konstatuje Tobias Schülli, vedoucí projektu, který působí v CEA a ESRF. Polovodivá nanovlákna jsou slibnými kandidáty pro elektronické přístroje budoucnosti, např. solární články, kde vědci pracují na integraci křemíkových nanovláken s cílem zvýšit jejich výkonnost.

Je základem světa geometrie?

Od starověku je známo, že existuje pouze pět pravidelných mnohostěnů, jejichž stěny jsou tvořeny pravidelnými n-úhelníky a v každém vrcholu se stýká stejný počet hran. Čtyřstěn (tetraedr), krychli (hexaedr), osmistěn (oktaedr), dvanáctistěn (ikosaedr) a dvacetistěn (dodekaedr). Platon na nich ve 4. stol. př. n. l. postavil své učení o podstatě hmotného světa, když čtyři z nich přiřadil jednotlivým živlům – zemi, vzduchu, ohni a vodě a dvanáctistěn jsoucnu, podstatě veškeré existence. Od té doby se tato tělesa nazývají platonská a byla a jsou stále předmětem zájmu. Leonardo da Vinci, který si s oblibou vyráběl dřevěné kostry mnohostěnů ilustroval knihu matematika Lucy Pacioliho(1445–1514) Divina proportione (Božská proporce), věnovanou pěti Platonovým tělesům, proporcím a zlatému řezu, univerzálnímu geometrickému poměru délek, projevujícím se kromě zmíněných těles i všude v přírodě – v anatomii rostlin, v chemii v krystalických strukturách a složení sloučenin, v astronomii, v polohách a drahách hvězd a planet. Obrazy a objekty, jejichž proporce se řídí pravidly zlatého řezu, vnímáme jako příjemné a dokonalé, i když vlastně nevíme proč.

Rubriky:  Technologie
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Součástka z 3D tiskárny poprvé použita v letecké výrobě

Součástka z 3D tiskárny poprvé...

Technický pokrok je ve všech směrech patrný  dennodenně. Že by se ale již...
V Německu bude elektrifikovaná dálnice

V Německu bude elektrifikovaná...

Takzvanou eHighway jako první na světě představilo Švédsko. Nyní se...
Raci hlídají kvalitu piva

Raci hlídají kvalitu piva

Je to až s podivem, ale tým vědců z Jihočeské univerzity začal v rámci...
V Rusku představen hoversurf

V Rusku představen hoversurf

Je jen málokdo, kdy by si nepamatoval legendární jednomístný hoverbike...
Festival Future Port Prague se uskutečnil v Holešovicích

Festival Future Port Prague se...

Ve čtvrtek 7. září se v prostorách Pražské tržnice v okolí SaSaZu...
Vojenský raketoplán X-37B zamířil do vesmíru

Vojenský raketoplán X-37B zamířil...

Ve středu začala již pátá mise OTV-5 (Orbital Test Vehicle 5) amerického...
Zákaznické linky budou brzy výhradně v rukou robotů

Zákaznické linky budou brzy...

Tvrzení, že lidskou práci v brzké době nahradí roboti se už do jisté míry...
Traktor poháněný metanem

Traktor poháněný metanem

Na našich stránkách si většinou představujeme novinky ze světa...
Solkiss chce vyrobit hladinovou, rotující solární elektrárnu

Solkiss chce vyrobit hladinovou,...

Společnost Solkiss, jenž se v Asii výhradně specializuje v oblasti sektoru...
Stíhací závody hyperloopů nabírají obrátek

Stíhací závody hyperloopů...

Před několika dny se uskutečnilo druhé kolo soutěže o...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Tohle video obletělo svět! Jaké to je zaplavat si s mývaly?

Tohle video obletělo svět! Jaké...

Přijde vám plavání s delfíny už moc ohrané?...
Nový průzkum: Integrovali se muslimové do našich společností?

Nový průzkum: Integrovali se...

Podle rozsáhlého průzkumu Agentury Evropské unie pro základní práva (FRA)...
Dětští vojáci: Bez váhání vám prostřelí hlavu!

Dětští vojáci: Bez váhání vám...

Nad poničenými domy iráckého Kirkúku se vznáší dým. Za převrácenou dodávkou se...
Jindřich VIII.: Král, který kvůli ženám změnil dějiny církve!

Jindřich VIII.: Král, který kvůli...

Stal se králem, i když neměl. Založil svou církev kvůli ženě....
Slavné kauzy dočasně zmizelých dětí: Doma je nic neudrží!

Slavné kauzy dočasně zmizelých...

Devítiletému Semajovi Bookerovi (*1998) ze státu Washington se stýská po...
Děsivý hotel McKamey Manor: Vítejte v oživlé noční můře!

Děsivý hotel McKamey Manor: Vítejte v...

V kalifornském San Diegu stojí hotel McKamey Manor. Na pobyt v něm čekají v řadě...
Historie toaletního papíru: Od listů a kamínků k moderním toaletám

Historie toaletního papíru: Od listů...

Z jednoho stromu se vyrobí zhruba 45 kilogramů toaletního papíru. Denně se...
Banská Štiavnica: Jedno z nejkouzelnějších měst v Evropě!

Banská Štiavnica: Jedno z...

V údolí mezi Štiavnickými vrchy leží jedno z nejkouzelnějších měst nejen na...
Černý pátek na vídeňské burze: Co přivedlo slavného generála na mizinu?

Černý pátek na vídeňské burze: Co...

Když v roce 1871 Francie prohraje prusko-rakouskou válku, musí právě...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.