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

Češi vyvíjejí virtuální brýle s OLED displeji

Češi vyvíjejí virtuální brýle s...

Společnosti VRgineers se podařilo vyvinout brýle pro virtuální realitu...
Dá se měřit stres? Brněnští vědci na tom usilovně pracují!

Dá se měřit stres? Brněnští vědci...

Zatímco dnes se míra stresu měří pomocí nepřesných dotazníků, v budoucnu by se o...
Jak utočí sokol?

Jak utočí sokol?

Mezioborový tým specialistů z Oxfordu dokázal popsat, jakým způsobem řídi...
Prodej elektromobilů je o 63 procent vyšší

Prodej elektromobilů je o 63...

Ve třetím čtvrtletí vzrostl meziročně prodej elektromobilů o 63...
Dočkáme se hybridního elektrického dopravního letadla?

Dočkáme se hybridního...

Vše nasvědčuje tomu, že ano. Ono to není zas tak moc výjimečné. Již...
Světelné znečištění: Daň za pokrok

Světelné znečištění: Daň za pokrok

Americká agentura NASA před časem zveřejnila několik obrázků planety Země, ze...
Elektromobilita, budoucnost kterou nezastavíme

Elektromobilita, budoucnost...

Nejen Tesla, ale i další výrobci by chtěli v budoucnu představit své...
Unikátní ruský dron s dlouhým doletem

Unikátní ruský dron s dlouhým...

ARDN, ruská společnost představila dron, díky kterému lze přepravit náklad o...
Vesmírná šance pro evropské firmy

Vesmírná šance pro evropské firmy

Tisíce nových pracovních míst a podpora místních ekonomik jsou přímými důsledky z...
Létající auta na trhu již od roku 2019

Létající auta na trhu již od...

Čínská společnost Zhejiang Geely Holding Group je známá po celém...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Video: Duch Pepka námořníka se usadil na Maltě!

Video: Duch Pepka námořníka se...

Do roku 1980 nemá Malta s Pepkem námořníkem nic společného. Jenže pak se sem...
Budoucnost přežití? Vypustit krev, zchladit tělo na 10 stupňů!

Budoucnost přežití? Vypustit krev,...

Každá živá buňka potřebuje kyslík. Když ho nemá, umírá, pokud se...
Proč skáčou psi z mostu? Překvapivé vysvětlení!

Proč skáčou psi...

Thomas pustí z vodítka svoji fenku retrívra. Nemá strach, že by začala vyvádět....
Stal se za první republiky benzín pro československé letectvo předmětem nekalých obchodů?

Stal se za první republiky benzín pro...

Československá armáda potřebuje začátkem 20. let benzín pro svoje auta a...
Sekta s názvem Fiat Lux: Členové nosí bílé šaty na znamení čistoty!

Sekta s názvem Fiat Lux: Členové nosí...

Žena v bílých šatech a černé paruce se evidentně nachází v transu a mluví...
Jak se slaví Vánoce ve světě?

Jak se slaví Vánoce ve světě?

Jak se stalo, že tento křesťanský svátek dodržujeme do dnešních časů? Jaké...
Pohani v Česku: Krvavé pohřební orgie na Býčí skále!

Pohani v Česku: Krvavé pohřební...

Na první pohled vypadá téměř obyčejně. Když se ale přiblížíte k jejímu vchodu, možná se...
VIDEO: Keifer Sutherland a jeho Bedna vod whisky

VIDEO: Keifer Sutherland a jeho...

Kiefer Sutherland (*1966) je sice hvězdou řady úspěšných...
Vlčí smečky: Jediná chvíle, kdy se Churchill opravdu bál

Vlčí smečky: Jediná chvíle, kdy...

„Nemůžeme snít o tom, že bychom britskou flotilu mohli porazit v bitvě. Naše jediná možnost spočívá...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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