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

Heslo zapsané v hlavě? Ani zde není zcela v bezpečí!

Heslo zapsané v hlavě? Ani zde...

Staré úsloví tvrdí, že co má člověk v hlavě, to mu nikdo neukradne. Na první...
Tank Karrar vyrazí do akce ještě v letošním roce

Tank Karrar vyrazí do akce ještě v...

Podle dostupných informací by se mělo jednat o velmi účinnou zbraň,...
Zdroj nepřátelské palby zvládne najít zbraňový senzor PEARL

Zdroj nepřátelské palby zvládne...

Tento nový, přenosný systém lze nainstalovat na ruční zbraň. Výhodou je,...
Rozpoznají drony násilí v davu lidí?

Rozpoznají drony násilí v davu...

Vědcům z anglické univerzity v Cambridge se podařilo najít řešení umělé...
Nový software pro diagnostiku

Nový software pro diagnostiku

Software na psychologickou diagnostiku Hypothesis, který vyvinuli odborníci z...
Zbraňový senzor PEARL: Dokáže určit, odkud vede nepřátelská palba

Zbraňový senzor PEARL: Dokáže...

Vojáci musí během boje sledovat celou řadu věcí. Rozlehlé bitevní pole však...
Robot měnící během letu svou konstrukci

Robot měnící během letu svou...

Vědcům z institutu Étienne Jules Marey Institute of Movement Sciences...
Nejrychlejší a největší 3D tiskárna je velká jako autobus

Nejrychlejší a největší 3D...

V letošním roce představila australská společnost Titomic 3D tiskárnu,...
Ochranná výstroj z neprůstřelných baterií? Americká armáda plánuje revoluční novinku

Ochranná výstroj z neprůstřelných...

Baterie hrají v moderní válce důležitou úlohu. Pro pěšáka ovšem...
Urychlovače částic pomohou zvítězit nad rakovinou – budoucnost je v rukách mladých vědců

Urychlovače částic pomohou zvítězit...

Rakovina je u dospělé populace druhou nejčastější příčinou úmrtí (po...

Nenechte si ujít další zajímavé články

První český cestovatel Oldřich z Pordenone kritizoval kanibaly i pohřební rituály Tibeťanů

První český cestovatel Oldřich z...

První známý Čech – cestovatel, mnich Oldřich, se v létě roku 1327 účastní...
Zapálili Prahu v roce 1689 francouzští žháři?

Zapálili Prahu v roce 1689...

Francouzský král Ludvík XIV. se užírá vzteky. 20. září 1688 do Paříže dorazily...
VIDEO: Co všechno je lidské tělo schopné přežít?

VIDEO: Co všechno je lidské tělo...

Byli jste někdy zvědaví, jak dlouho dokáže člověk vydržet...
„Bože, ono to mluví!“ aneb příběh utrženého sluchátka

„Bože, ono to mluví!“ aneb příběh...

Lze si představit současnou civilizaci bez mobilů? Asi těžko. Telefony mohou...
100 let španělské chřipky: Masová vražedkyně si oběti nevybírala!

100 let španělské chřipky: Masová...

Rok 1918 se nese v duchu prolité krve. Světem už čtvrtý rok cloumá...
Octová dieta: Bizarním prostředkem ke zhubnutí se tráví i lord Byron

Octová dieta: Bizarním prostředkem...

Lžičce jablečného octu před každým jídlem údajně vděčí za své postavy i...
Jaké bude marťanské menu?

Jaké bude marťanské menu?

O pilotovaném letu k Marsu se v odborných i laických kruzích hovoří poměrně...
Tužka: Svět s ní píše už 460 let!

Tužka: Svět s ní píše už 460 let!

Tenký váleček grafitu zasazený do kousku dřeva. Snadno se s ním píše, napsané...
Frank: Město, na které dopadne 90 milionů tun skály!

Frank: Město, na které dopadne 90...

Když je něco pevné jako skála, tak to ještě nemusí být pevné. A když...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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