Vedci z Akadémie vied Českej republiky a Masarykovej univerzity pochopili, prečo sa v materiáloch hromadia nečistoty, čo napríklad v šesťdesiatych rokoch minulého storočia viedlo k sérii havárií v jadrových elektrárňach v Spojenom kráľovstve.
Zásadnú úlohu v deštrukcii materiálu zohráva entropia. Zdroj: iStockphoto.com
Katastrofálne zlyhanie oceľových turbín v jadrových elektrárňach je jedným z príkladov, keď službu vypovedá súdržnosť materiálu. Deštrukcia zariadenia nenastala pre problémy v prevádzke, ale preto, lebo sa hromadil fosfor na rozhraniach medzi kryštálmi kovu, na takzvaných hraniciach zŕn.
Štúdia publikovaná v prestížnom časopise Progress in Materials Science môže byť nápomocná pri vývoji nových, odolnejších zliatin či nových technologických procesov výroby kovových materiálov. Nové poznatky môžu nájsť využitie napríklad pri výrobe leteckých motorov alebo ďalších konštrukčných prvkov vystavených extrémnym podmienkam.
Segregáciu nečistôt skúmajú vedci po celom svete už desaťročia. Napriek tomu sa experimentálne výsledky a teoretické dáta málokedy zhodujú. Českí vedci teraz odhalili podstatu tohto záhadného rozporu. Zásadnú úlohu pri hromadení nečistôt v danom materiáli zohráva entropia, na ktorú predtým vedci v teoretických výpočtoch často zabúdali.
Entropia je termodynamická veličina, ktorá charakterizuje mieru neusporiadanosti materiálu. Rôzne materiály majú odlišnú entropiu, pri niektorých ide o usporiadanú štruktúru, pri iných zas o menej usporiadané štruktúrne oblasti. Nové poznatky ukazujú, že to nie je iba matematický koncept.
Nastáva nová etapa materiálov
Článok podľa odborníkov začína novú etapu v štúdiu segregácie nečistôt na hraniciach zŕn v materiáloch. Vedci z Fyzikálneho ústavu Akadémie vied Českej republiky v Prahe preukázali, že bez zahrnutia entropie nemožno nameraným dátam dobre porozumieť a že na entropii naozaj záleží.
Súčasne predstavili nový typ segregácie prímesí na hraniciach zŕn, ktorý je úplne riadený entropiou. Vďaka tomuto objavu dokázali predpovedať nový spôsob, ako sa prímesi v materiáloch usporadúvajú práve na rozhraniach medzi kryštálmi.
Komplexná znalosť správania materiálu, napríklad ocele, vrátane všetkých typov segregácie prímesí na hraniciach zŕn môže výrazne pomôcť nielen k vývoju nových materiálov odolných proti krehkosti, ale aj k vysokoteplotnej stabilizácii vysoko perspektívnych nanokryštalických materiálov na konštrukčné účely.
Zdroj: Science Direct, Novinky
(RR)
