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 pentagonemAby 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 zlatoDůkaz 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.

Autor: Iva Adlerová
Rubriky:  Technologie
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce
reklama

Související články

SpaceX a pizza: Bývalý zaměstnanec...

Jistý Benson Tsai, který v minulosti působil ve SpaceX, nedávno založil...

Houstone, problém vyřešen

Americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku (NASA) se podílí na přípravě...

Zlom v asistovaných sebevraždách:...

V pátek 7. ledna se v Kolumbii uskutečnila první asistovaná sebevražda člověka,...

Česká stopa na oběžné dráze: Raketa...

Včerejšek byl pro české vědce i pro celou naší vlast malým svátkem. Dvě...

Zlatá rybka na kolečkách

Je řízení auta a jiných strojů výsadou člověka, nebo umělé...

Křest letošního roku: Vrtulník...

Malý, ale šikovný. Asi tak by se dal popsat technologický skvost...

Takové to autonomní farmaření…...

Ani přetrvávající pandemie covidu nedokázala zatnout tipec hojně...

Německá ekokontroverze: Země...

Na sklonku roku 2021 došlo v Německu k významné události, která...

Zpráva pomocí myšlenek: Australan s...

Dvaašedesátiletý Australan Philip O’Keefe, který trpí těžkou...

Televizní reklama snů? Japonský vědec...

Ten pocit známe všichni. V televizi právě běží reklama na luxusní...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Svět zločinu: Utrpení v drápech Černého pantera

Svět zločinu: Utrpení v drápech...

Ztichlým výstavným domem se uprostřed noci tiše plíží maskovaný muž....
Oskar Schindler: Dobrodinec nebo vychytralý vyděrač a otrokář?

Oskar Schindler: Dobrodinec nebo...

Desítky německých podnikatelů stáhly vězně do bezpečných oblastí a...
Kdo vynalezl burrito? Prý Kim Čong-Il!

Kdo vynalezl burrito? Prý Kim...

Populární burrito je podle mnohých z nás tradičním mexickým jídlem....
Omikron od delty rozezná jedině PCR test, říkají odborníci

Omikron od delty rozezná jedině PCR...

Na Česko se valí vlna omikronu. Jak ale rozeznat jeho příznaky od dosud...
Pomohly jim přečkat dobu sucha

Pomohly jim přečkat dobu sucha

Odborníci z University of California v Riverside ve své nové...
John Couey: Svou oběť pohřbil zaživa

John Couey: Svou oběť pohřbil...

Devítiletá Jessica Marie Lunsfordová prožila v posledních chvílích svého života...
Zlatá rybka na kolečkách

Zlatá rybka na kolečkách

Je řízení auta a jiných strojů výsadou člověka, nebo umělé...
Konference ve Wannsee: Před 80 lety rozhodli nacisté o osudu evropských Židů

Konference ve Wannsee: Před 80 lety...

Přesně před 80 lety, 20. ledna 1942, posvětila konference šestnácti představitelů...
Nejkrásnější zoologické zahrady světa

Nejkrásnější zoologické zahrady...

Zoologické zahrady jsou mnohými lidmi vyhledávány jako oázy klidu a míru s velice...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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