Náš výzkum: NA ENTROPII ZÁLEŽÍ!
Vědeckému týmu prof. Šobovi z našeho ústavu a prof. Lejčkovi z Akademie věd ČR 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.
V šedesátých letech minulého století došlo k sérii rozlomení ocelových rotorů turbín jaderných elektráren ve Velké Británii. Ukázalo se, že primární příčinou této destrukce bylo nahromadění fosforu na rozhraních mezi krystaly, tzv. „hranicích zrn“. Tato segregace příměsí na hranicích zrn pak vedla ke snížení soudržnosti těchto oblastí a následně k prasknutí turbín, což mělo katastrofální důsledky.
Od té doby bylo nashromážděno velké množství experimentálních údajů o tomto jevu a v posledních desetiletích nastal také boom v oblasti teoretických přístupů týkajících se segregace nečistot, zejména s použitím metod výpočtů z prvních principů a v poslední době i pomocí strojového učení a umělé inteligence.
Problémem ovšem je, že teoretické výsledky a experimentální data o segregaci příměsí na hranicích zrn nejsou vždy bezprostředně porovnatelné. V nedávno publikované práci v prestižním vědeckém časopise Progress in Materials Science prof. Ing. Pavel Lejček, DrSc., z oddělení funkčních materiálů Fyzikálního ústavu AV ČR v Praze a prof. RNDr. Mojmír Šob, DrSc., z Masarykovy univerzity v Brně porovnali řadu výsledků obou přístupů, které získali oni sami, i výsledků publikovaných v literatuře, a ukázali, že shodu mezi experimentem a teorií lze získat jen a pouze při zahrnutí hodnoty termodynamické funkce entropie v teoretických výpočtech, jejíž změna jev segregace nečistot doprovází a která byla dosud často zanedbávána.
Důležitým bodem uvedeného článku je rovněž skutečnost, že předpovídá existenci dosud neznámého druhu segregace příměsí na hranicích zrn, která je výhradně řízena entropií. V současné době prof. Lejček pracuje na prvních experimentech souvisejících s tímto jevem a předběžné, zatím nepublikované výsledky naznačují, že tento jev existuje!
Výzkum vlastností a projevů entropie tak otevírá nové cesty nejen v rámci segregace příměsí na hranicích zrn, ale přináší i další možnosti v oblasti chemie a fyziky pevných látek vůbec, což je důležité například pro vývoj progresivnějších slitin i nových technologických procesů.
Výše zmíněný článek je jeden z mála, který je „fully domestic“. Jsou zde dva čeští autoři s českými afiliacemi a veškerý výzkum prezentovaný v tomto článku byl proveden v této zemi. Autoři také nepotřebovali, jak to u těchto vysoce impaktovaných časopisů často bývá, žádného „otevírače dveří“ z nějaké významné západní instituce. Naopak, dveře se jim zde otevřely na základě jejich vlastní vědecké prestiže. O to je tedy tento úspěch cennější, protože reprezentuje jen a pouze výsledky české vědy. Dodejme také i to, že se jedná o druhý společný článek těchto autorů, který byl publikován v Progress in Materials Science, což poukazuje na nesporné kvality a respekt k práci těchto českých vědců.
Lejček, M. Šob, Entropy: A Controversy between Experiment and Calculations in Grain Boundary Segregation, Progress in Materials Science 151 (2025) 101431 (38 str.).