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 pentagonemAby 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 zlatoDůkaz 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.

Autor: Iva Adlerová
Rubriky:  Technologie
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce
reklama

Související články

Tažení helvétského kříže proti CO₂:...

Není to ani týden, co byla na Islandu uvedena do provozu zatím největší...

Ingenuity se na Marsu daří

Ačkoliv se to na první pohled může zdát zanedbatelné, malý...

5G sítě povýší kulturu i sport

Online debata odborníků z oblasti Smart Cities za podpory Ministerstva pro...

Nakupování budoucnosti se...

V poslední době jsme se mohli seznámit s výsledky práce českých...

Moderní technologie chrání...

Národní muzeum v Praze, hrad a zámek v Českém Krumlově, Zlatá bula sicilská v...

Odpadní termoplasty se stávají...

Při výrobě a zpracování plastů vznikají různé polymerní typy odpadů, pro které zatím...

Technologie snižuje pracovní stres

Společnost Dell Technologies studuje potřeby zákazníků a jejich...

Když se z UFO vyklube raroh…

Na záběrech z dronu z roku 2016 byl v americkém státě Utah zachycen...

Uhlíkové nanotrubičky – současnost,...

Uhlíkaté materiály jsou v současné době studovány jak v oblasti základního...

Lázně, které prodlužují životnost...

Pokud přemýšlíte o koupi nového automobilu, možná se vám dostal do hledáčku i některý...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Hodinová věž v Mekce: Rekordmanka s největším ciferníkem, observatoří i vědeckým centrem

Hodinová věž v Mekce: Rekordmanka s...

Supermoderní věž se zlatým půlměsícem na vrcholu má obří ciferník, který...
Vstřícnost k Čechům se nevyplácí: Jméno historika přibili na šibenici

Vstřícnost k Čechům se nevyplácí:...

Německý historik Johann Ehrenfried Zschackwitz (1669–1744) sepisuje Historische und...
Doba chytrých veverek a padajících vlasů. Co jste netušili o podzimu?

Doba chytrých veverek a padajících...

Někdo ho miluje, někdo nesnáší. O období, kdy příroda po dlouhé letní party...
Spor o vodku: Zvítězí ruská samohonka nebo polská zubrovka?

Spor o vodku: Zvítězí ruská...

„Vodka dělá ze všech lidí Rusy,“ traduje se kde jinde než v Rusku. Na své tekuté...
Nevhodné paměti prezidenta: Beneš vězel v žaludku nacistům i komunistům

Nevhodné paměti prezidenta: Beneš...

Zřízení Protektorátu Čechy a Morava přináší další kapitolu v oblasti zákazů...
Nakupování v době socialismu: Fronty na kečup a plesnivý sýr

Nakupování v době socialismu:...

Komunisté mají na začátku 60. let 20. století představu, že lidé jednou...
Ukázkový proces s rebelem: Na hranici skončí spisy i jejich autor

Ukázkový proces s rebelem: Na...

Německý novokřtěnec Balthasar Hubmaier (asi 1485–1528) obzvlášť rozčílí...
Sázka na kamenné hroty: Překonaly evropské geny zamrzlý oceán?

Sázka na kamenné hroty: Překonaly...

Dřívější výzkumy dokázaly, že DNA severoamerických indiánů...
Tuny oceli vs. zakázaná hudba: Rokenrolový dýchánek stál svobodu pěti lidí

Tuny oceli vs. zakázaná hudba:...

Železárny a těžba uhlí na Ostravsku, těžba uranu v Jáchymově. Československo...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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