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

BMW zkouší rychlonabíječku s výkonem 450 kW

BMW zkouší rychlonabíječku s...

Průmyslové společnosti Allego, Phoenix-Contact, Porsche a Siemens se spojily...
Vojenská plavidla budoucnosti? Řízená budou umělou inteligencí a virtuální realitou

Vojenská plavidla budoucnosti?...

Námořní bitvy budoucnosti už by se mohly obejít bez přítomnosti námořníků. Alespoň to...
Botanici vyvinuli kybernetickou rostlinu, která se otáčí za světlem

Botanici vyvinuli kybernetickou...

Přestože rostliny nedisponují nervovou soustavou jako živočichové,...
Nové obličejové masky amerického letectva ochrání i před radioaktivitou

Nové obličejové masky amerického...

Před několika dny dokončilo americké vojenské letectvo testování obličejové...
Jordánsko má účinný systém na nedostatek energie a vody

Jordánsko má účinný systém na...

Jordánsko se v posledních letech potýká s nedostatkem vody a energie....
Livall RS1: Chytrá ochrana hlavy

Livall RS1: Chytrá ochrana hlavy

Letos to bude vůbec poprvé, co budou lyžaři moci otestovat chytrou...
Výkonnější baterie pro hybridy a mobilní telefony

Výkonnější baterie pro hybridy a...

Revoluční baterie budou mít větší kapacitu i bezpečnost. To znamená, že...
Český vědec získal stomilionový grant na vývoj speciálních povrchů z nanostruktur

Český vědec získal stomilionový...

Česká republika patří ve vývoji moderních technologií ke světové špičce. Důkazem je...
V Praze se objeví do roku 2020 městské sdílení elektromobilů, tzv. e-carsharing

V Praze se objeví do roku 2020...

Téma elektromobilů patří k nejdiskutovanějším v současnosti. Ano Česká republika...
Se zalesňováním zdevastovaných oblastí pomohou drony

Se zalesňováním zdevastovaných...

Že drony nemusí nutně sloužit jen ke sledování lidí a bezduché zábavě už...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Jak by vypadala naše planeta bez vody?

Jak by vypadala naše planeta bez...

Ne nadarmo se Zemi přezdívá modrá planeta – 71 % jejího povrchu...
Člověk neandertálský: Je možné jej opět přivést k životu? 

Člověk neandertálský: Je možné jej...

Neandertálci byli dlouho považováni za méně vyspělou formu hominidů....
Závist v podnikání: Označoval soused císařskou barvírnu za čertovský dům?

Závist v podnikání: Označoval soused...

V barvířské tradici svých předků pokračuje Josef Jan Leitenberger, který se po...
Pár z pekla: Dvojice zabijáků Daniel a Manuela Rudovi!

Pár z pekla: Dvojice zabijáků...

„Černočerný upír hledá princeznu temnoty, která nenávidí všechno a všechny,“...
Existují posedlé panenky? Jednu možná mají v Peru

Existují posedlé panenky? Jednu...

Hororový film o oživlé zabijácké panence Chucky je dnes už v podstatě...
Přečkal biskup Jindřich Zdík zákeřný útok ve křoví?

Přečkal biskup Jindřich Zdík...

Biskup Jindřích Zdík čeká schovaný v křoví, co se bude dít. Naštěstí...
DS 7 Crossback: V čem je unikátní?

DS 7 Crossback: V čem je unikátní?

Budoucnost se zdá být božská. Novým ambsadorem celé...
Krimi z Anglie: Lidská hyena bere střechy nad hlavou

Krimi z Anglie: Lidská hyena bere...

Píše se květen roku 2017 a soudní síň Nejvyššího soudu v Glasgow...
Dohodil Václavovi II. správce země jeho tchán?

Dohodil Václavovi II. správce...

Arnold z Bamberku ví, jaké jsou poměry na českém královském dvoře. Nic si nedělá...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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