Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědeckému týmu z Akademie věd ČR a Masarykovy univerzity se podařil zásadní přínos do výzkumu hromadění nečistot na rozhraní mezi krystaly. Tento jev například v 60. letech minulého století způsobil sérii havárií v jaderných elektrárnách ve Velké Británii. Studie publikovaná v prestižním časopise Progress in Materials Science otevírá nové možnosti pro vývoj odolnějších slitin či nových technologických procesů jejich výroby.
Katastrofální selhání ocelových turbín v jaderných elektrárnách je jedním z příkladů, kdy selhává soudržnost materiálu. Destrukce turbín v tomto případě nebyla následkem problémů vlastního provozu jaderné elektrárny, ale příčinou bylo hromadění (segregace) fosforu na rozhraních mezi krystaly kovu, tzv. hranicích zrn.
Segregaci nečistot zkoumají vědci na celém světě po desetiletí jak experimentálně, tak teoreticky a v poslední době i pomocí umělé inteligence. Přesto se experimentální výsledky a teoretická data málokdy shodují. Čeští vědci teď odhalili podstatu tohoto záhadného rozporu. Zásadní roli totiž hraje entropie, kterou dříve vědci v teoretických výpočtech často opomíjeli.
„Článek zahajuje novou etapu ve studiu segregace nečistot na hranicích zrn v materiálech. S kolegou jsme totiž prokázali, že bez zahrnutí entropie nelze naměřeným datům dobře porozumět a že na entropii opravdu záleží. Současně se mi podařilo předpovědět nový typ segregace příměsí na hranicích zrn, který je zcela řízen entropií,“ vysvětluje Pavel Lejček z Fyzikálního ústavu AV ČR.
Komplexní znalost chování materiálů, jako jsou oceli, včetně všech typů segregace příměsí na hranicích zrn může výrazně pomoci nejen k vývoji nových materiálů odolných vůči mezikrystalové křehkosti, ale i k vysokoteplotní stabilizaci vysoce perspektivních nanokrystalických materiálů pro konstrukční účely.
„Výzkum zahajuje jeden z důležitých trendů v této oblasti, přitom stojí zcela na výsledcích české vědy,“ zdůrazňuje Mojmír Šob z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity.
Entropie je termodynamická veličina, která charakterizuje míru neuspořádanosti materiálu. Liší se proto u strukturně uspořádaného krystalu a u méně strukturně uspořádaných oblastí, jako jsou hranice zrn v materiálu. Entropie je vedle energie důležitou charakteristikou segregace příměsí na hranicích zrn. Nelze ji tedy považovat jen za „matematický artefakt“, jak se často objevuje v odborné literatuře.
Entropy: A controversy between experiment and calculations in grain boundary segregation, Pavel Lejček, Mojmír Šob, Progress in Materials Science Volume 151, May 2025, 101431
https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2025.101431
Výzkum materiálů je fascinující oblast, která posouvá hranice technologií a výroby. Entropie a její vliv na strukturu látek může přinést zajímavé inovace, které se uplatní v průmyslu, od letectví až po automobilovou výrobu. Při práci s moderními materiály hraje důležitou roli i přesné řezání, kde se skvěle uplatňují plazmové řezačky. Ty umožňují efektivně zpracovávat různé kovy s vysokou přesností. Na https://www.svarecky-rezacky.cz/plazmove-rezacky/ jsem narazil na širokou nabídku těchto technologií pro průmyslové dílny.