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

Xiaomi Mi 9 dorazil do Česka

Xiaomi Mi 9 dorazil do Česka

Nová vlajková loď čínské společnosti Xiaomi dorazila na pulty prodejců v...
Nové technologie nahradí v zaměstnání spíše ženy než muže

Nové technologie nahradí v zaměstnání...

Vývoj technologií a umělé inteligence jde stále kupředu. Jednoho dne budou přístroje...
Robotická ponorka Harald bude monitorovat výskyt planktonu

Robotická ponorka Harald bude...

Nerovnoměrné rozmístění planktonu v oceánech přivedlo vědce k rozhodnutí, že...
Dnes je to 30 let od vzniku World Wide Webu

Dnes je to 30 let od vzniku...

Psal se březen roku 1989, když Tim Berners-Lee sepsal první návrh hypertextového...
Převratný skok ve vývoji: Vynález splachovacího záchodu!

Převratný skok ve vývoji: Vynález...

Existují vynálezy, které dnes vnímáme jako běžnou součást našeho života....
První ročník průmyslového IoT hackathonu zná vítěze.

První ročník průmyslového IoT...

Studentský turnaj nápadů vyhrál detektor pravdy pro roboty – absolutním vítězem hackathonu se...
Popularita elektrokoloběžek stoupá. Prodávají je i obchodní řetězce

Popularita elektrokoloběžek stoupá....

Elektrické koloběžky dobývají svět a Česká republika v tomto ohledu není výjimkou....
Čeští vědci pracují na samostatně myslících automobilech

Čeští vědci pracují na samostatně...

Vskutku smělé plány mají odborníci z pražského Českého vysokého učení...
Výsledky americké studie: Elektronické cigarety způsobují problémy s dýcháním

Výsledky americké studie: Elektronické...

Vapováním, čili kouřením elektronických cigaret, už se v posledních letech...
Zhroutí se GPS? Kritická noc přijde 6. dubna

Zhroutí se GPS? Kritická noc...

Noc z 6. na 7. dubna tohoto rokubude velice zajímavá pro odborníky na...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Největší archeologické podvody: Fudžimurovy artefakty

Největší archeologické podvody:...

Všechno začne když Šiniči Fudžimura (*1950) jako kluk najde doma na dvoře...
Sčítání ptáků na krmítkách ovládla koňadra

Sčítání ptáků na krmítkách...

První lednový víkend byl v Česku ve znamení sčítání ptáků na krmítkách, do kterého...
Potápěče málem spolkla velryba: Z lodi to pozorovala jeho žena!

Potápěče málem spolkla velryba: Z...

K čemu může dojít při podvodním filmování hejna sardinek?...
Timbuktu: Tajemné Cambridge afrického kontinentu

Timbuktu: Tajemné Cambridge...

„Sůl přichází ze severu, zlato z jihu, ale boží slovo a drahocenná...
Zelené ledovce nejsou jen anomálií: Mají svou funkci, tvrdí vědci

Zelené ledovce nejsou jen anomálií:...

Zelené ledovce. toto slovní spojení zní jako z dobrého scifi filmu,...
Množství a kvalita spánku: Na co si dát pozor?

Množství a kvalita spánku: Na co...

Obezita, nádorová bujení, Alzheimerova nemoc i vrásky v obličeji – to vše můžeme...
Korzár Henry Every házel vzbouřence jako potravu rybám!

Korzár Henry Every házel...

Tělo zastřeleného muže žbluňkne do vln u pravého boku lodi. „Každý, kdo se...
Co když přestanou zabírat léky na kapavku?

Co když přestanou zabírat léky...

Jako všechny organismy, i bakterie se vyvíjejí. Antibiotika, která byla ještě v minulé...
Jak zachránit život? Zeptejte se těchto mazlíčků!

Jak zachránit život? Zeptejte se...

Možná máte psa, možná kočku, křečka nebo jiné zvíře. Nejspíše...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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