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

V ECR Rapotín slavnostně otevřeli první výrobnu biometanu

V ECR Rapotín slavnostně otevřeli...

Energy financial group (EFG) uvedla 24. října 2019 do provozu jako první...
Odborníci se zastávají umělé inteligence. Strach z robotů-zabijáků je prý iracionální

Odborníci se zastávají umělé...

V současné době se do českých kin blíží nový díl slavného Terminátora,...
Uplatní se malé modulární reaktory?

Uplatní se malé modulární reaktory?

Přestože se malé modulární jaderné reaktory nachází teprve na počátku své...
Tesla jako poslušný pejsek: Funkci přivolání vozu řidiči využili více než milionkrát

Tesla jako poslušný pejsek: Funkci...

Tradiční čtvrtletní zpráva Tesly se pochlubila jednak neočekávaně pozitivními...
Paříž zaplaví samoobslužné elektrické skútry

Paříž zaplaví samoobslužné...

Poslední dobou je (nejen) u nás stále běžnější kritika elektrokoloběžek Lime,...
Plášť neviditelnosti opouští svět pohádek. A stává se realitou!

Plášť neviditelnosti opouští svět...

Proslulý kanadský výrobce maskovacích uniforem Hyperstealth Biotechnology si...
Oprava části DNA není dnes pro vědce překážkou

Oprava části DNA není dnes pro...

Američtí odborníci z Broad Institute MIT a výzkumníci z Harvardovy univerzity...
K transplantaci přivezou bijící srdce

K transplantaci přivezou bijící...

Lékaři z Institutu klinické a experimentální medicíny (IKEM) se pochlubili novou...
Zlínská univerzita přišla s inovací ve výrobě želatiny

Zlínská univerzita přišla s inovací...

Bonbóny, zákusky, aspiky, lékové kapsle, nutriční doplňky stravy, kosmetické...
Bankomaty tu jsou s námi již více než půl století

Bankomaty tu jsou s námi již více...

Bankomatům patří hned několik prvenství. Byly prvním zařízením na bázi...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Obrovské stavitelské chyby: Obytný dům, který se vzepřel demolici

Obrovské stavitelské chyby: Obytný...

Stavitelských chyb je okolo nás bohužel velké množství,...
Když dějinám vládne počasí: Jak ovlivnilo historii?

Když dějinám vládne počasí: Jak...

Jak se říká: Historii tvoří vítězové! Ne vždy se tak ale stalo...
Jak ovlivňují nové technologie náš mozek?

Jak ovlivňují nové technologie...

Informace se na nás hrnou ze všech stran. A je jich čím dál tím víc....
Nejrafinovanější lháři zvířecí říše

Nejrafinovanější lháři zvířecí říše

Lhát se sice nemá, ale i mezi zvířaty se sem tam nějaká ta nepravda může hodit....
30 let bez výjezdní doložky: Za hranice konečně svobodně

30 let bez výjezdní doložky: Za...

Komunistickému režimu v Československu odzvonilo. Po sametové revoluci...
Lasagne značky Colgate aneb přešlapy známých firem

Lasagne značky Colgate aneb...

Každá značka má jisté produkty, pod kterými se proslavila....
7 ohromujících evropských knihoven 

7 ohromujících evropských knihoven 

Knihovny jako pokladnice vědění samy o sobě budí úctu a obdiv nejen...
Bitva o Pavlovův dům: Zabila sovětská četa víc skopčáků než kolik jich padlo při invazi do Paříže?

Bitva o Pavlovův dům: Zabila sovětská...

Burácivý hlomoz může znamenat jedinou věc – blíží se další vlna německého útoku....
Samička muntžaka chocholatého v Liberci

Samička muntžaka chocholatého v...

Liberecká zoologická zahrada se může pochlubit novým přírůstkem. Ve středu 23....
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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