Jakou roli hraje entropie ve vývoji nových materiálů a slitin, jak se hromadí nečistoty na rozhraní mezi krystaly a kdy kriticky selhává soudržnost materiálu? To vše a ještě mnoho dalších informací se lze dozvědět na půdě vědeckého týmu z Akademie věd ČR a Masarykovy univerzity. Zkoumají zde například jev, který způsobit v 60. letech minulého století sérii havárií v jaderných elektrárnách ve Velké Británii a výsledky publikují v časopise Progress in Materials Science. Jejich výzkum otevřel 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, na takzvaných 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.
Jakou roli hraje entropie
„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. 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,“ vysvětluje Pavel Lejček z Fyzikálního ústavu AV ČR.
„Výzkum zahajuje jeden z důležitých trendů v této oblasti, přitom stojí zcela na výsledcích české vědy. 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,“ dodává Mojmír Šob z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity a odkazuje na publikaci psanou v angličtině:
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)
Autor
