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

Nový lovec exoplanet spatřil první světlo

Nový lovec exoplanet spatřil...

Na observatoři La Silla v Chile byl uveden do provozu nový systém MASCARA...
Aero zahájilo výrobu prvních letounů L-39NG

Aero zahájilo výrobu prvních...

V Aeru Vodochody se rozjela v minulých týdnech výroba nových dílů na letoun...
Sledování zatmění Slunce pomocí bombardérů?

Sledování zatmění Slunce pomocí...

Ale proč ne. NASA bude sledovat úplné zatmění Slunce pomocí...
Šikovný nátěr z českých laboratoří, který lapá škodliviny

Šikovný nátěr z českých laboratoří,...

Unikátní český nátěr umí víc než jen požírat plísně a odstraňovat špínu z fasád domů....
Česká nanodružice úspěšně obíhá na polární dráze

Česká nanodružice úspěšně obíhá na...

Dvoukilogramová nanodružice VZLUSAT-1 byla na oběžnou dráhu dopravena pomocí...
Projeďte se elektromobilem po Zoo ve Dvoře Králové

Projeďte se elektromobilem po Zoo...

Společně s automobilkou Nissan připravila Zoo Dvůr Králové akci pod názvem...
Energy Observer vyrazila na šestiletou plavbu kolem světa

Energy Observer vyrazila na...

Katamarán, který je poháněn sluncem, větrem a vodíkem vyrazil v sobotu z Paříže...
Bude DARPA odposlouchávat mozky?

Bude DARPA odposlouchávat mozky?

Americká obranná agentura DARPA představila v loňském roce grantový program...
AirQuadOne, aneb elektrická létající čtyřkolka.

AirQuadOne, aneb elektrická...

Prototyp je dílem evropského konsorcia Neva Aerospace. Ti se snaží vyvinout a...
Okřídlená helikoptéra bude uhánět rychlostí 400 km/h

Okřídlená helikoptéra bude uhánět...

Před nedávnem jsme vám představili v krátkosti helikoptéru...

Epochaplus.cz - Nenechte si ujít další zajímavé články

Příroda na těch nejopuštěnějších místech má svou vlastní hudbu!

Příroda na těch nejopuštěnějších...

Akustický ekolog Gordon Hempton strávil posledních 35 let...
Pokusná zvířata: Dříve umírala po tunách!

Pokusná zvířata: Dříve umírala po...

Ten lék vyzkouší na březích samičkách myší, krys,...
1755: Zemětřesení vyvolalo u portugalského krále klaustrofobii!

1755: Zemětřesení vyvolalo u...

Ráno 1. listopadu 1755 je v Lisabonu teplé a...
Astronomové hlásí: Prázdný prostor má podivné kvantové vlastnosti!

Astronomové hlásí: Prázdný prostor...

Týmu astronomů pracujícímu s teleskopem VLT se ve...
Podivné zážitky: Dokazují existenci paralelních světů?

Podivné zážitky: Dokazují existenci...

Američanka Carol Chase McElheney je zmatená. Podle...
Bójové: Žili opravdu na našem území?

Bójové: Žili opravdu na našem...

Češi s oblibou odvozují svůj pradávný původ od...
Krvavé zprávy z Dálnice slz: Zmizelo tu až 43 žen!

Krvavé zprávy z Dálnice slz:...

Hrůzostrašná historie „Dálnice slz“, jak se asi...
Jak se bude žít ve vesmíru?

Jak se bude žít ve vesmíru?

Podle odborníků nás v následujících dekádách čeká...
Tajemné šlápoty v Miloticích: Zanechává je Černá hraběnka?

Tajemné šlápoty v Miloticích:...

Zaměstnanci milotického zámku si dělají starosti....
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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