Strieborná guľa v keramike • Alexey Yapryntsev • Vedecký obraz dňa o "prvkoch" • Fyzika

Strieborná guľa v keramike

Táto fotografia, urobená pomocou skenovacieho elektrónového mikroskopu a potom namaľovaná, zachytáva striebornú mikrosféru s priemerom približne 10 mikrónov, ktorá je obklopená keramickými časticami s kompozíciou Bi2staršie2čo2Ox (červené škvrny na pozadí) – látky z perovskitej triedy s veľmi zaujímavými vlastnosťami, najmä vysokoteplotnou supravodivosťou. Spolu striebra a keramika tvoria kompozitný materiál s rovnako zaujímavými vlastnosťami: vedie elektrický prúd (polovodič typu p), ale tiež veľmi horšie vedie teplo. To znamená, že v tomto materiáli môžete vytvoriť významný teplotný gradient, ktorý povedie k prerozdeleniu nábojov a tým k vzniku elektromotorickej sily (efekt Seebeck). Takáto konverzia tepelnej energie na elektrickú energiu je dôležitou a relevantnou vlastnosťou, pretože v súčasnosti sa viac ako polovica energie vyrobenej človekom stratí vo forme tepla. A termoelektrické zariadenia z týchto kompozitných materiálov pomôžu znížiť tieto straty.

Na získanie keramiky s takouto komplexnou kompozíciou je potrebné presne zodpovedať pomerom všetkých zložiek (bizmut, stroncium,kobalt a striebro), rovnomerne miešať ich zdroje (môžu to byť prášky zodpovedajúcich oxidov a vodné roztoky zodpovedajúcich solí) navzájom. Potom sa výsledná zmes prenesie do pevného stavu, pokúšajúc sa udržať vysoký stupeň disperzie zložiek – na to existujú špeciálne metódy, napríklad sol-gel. Zo zmesi tvorí valec, ktorého jeden koniec je nesený v roztavenom stave laserovým žiarením. Z tohto dôvodu je látka jemne vytiahnutá z tavnej zóny, čo vedie k jej kryštalizácii – zvyčajne vo forme súboru napnutých jednotlivých kryštálov s veľkosťou 10 až 200 mikrónov. Táto metóda "podstavca" (pozri rast podstavca s vyhrievaným laserom) je jednou z klasických metód pestovania jednotlivých kryštálov.

Zaujímavý sférický tvar striebornej častice je spôsobený kryštalizáciou z kvapky. Kvapalné striebro nezmáča keramiku a v roztavenom stave je kompozit vo forme strieborných kvapôčok v tavenine keramiky, ako emulzia typu olej vo vode. Vzhľadom na to, že teplota topenia striebra je vyššia než teplota keramiky, najprv sa začne kryštalizovať z kvapôčok jej taveniny rozptýlených v tavenine keramiky.Stupňovité útvary na povrchu strieborných častíc – susedných vrchov – môžu byť vytvorené rôznymi spôsobmi: môžu to byť obidva skutočné hrany vytvoreného kryštálu a kinematické vlny zhutnenia atómových schodov, ktoré sú výsledkom konvekčných prúdov okolo kryštalizujúceho poklesu. Je možné odlíšiť skutočné makroskopy (tvorené tvárami) od kinematických vĺn porovnaním zaoblenia kontúr kroku. BoVäčšia zaoblená konštanta naznačuje vyššiu priemernú hustotu zlomu na konci kroku, tj prítomnosť kinematickej vlny. Okrem toho sú kinematické vlny nerovnovážnymi objektmi a majú tendenciu prechádzať na tváre kryštálu. Na obrázku vidíme len taký proces tvorby jasných kontúr na zaoblených schodoch. Inými slovami, kruhy na guli sú kinetické vlny a polygóny sú tváre kryštálu.

Foto z článku M. A. Madre a kol., 2016. Thermoelectrics. Bol umiestnený na obálke časopisu Materials Today.

Pozri tiež vysokoteplotnú supravodivosť:
Zdroj vysokoteplotnej supravodivosti rozhrania sa ukázal ako atomová vrstva oxidu medi, Elements, 11/13/2009.

Alexey Yapryntsev


Like this post? Please share to your friends:
Pridaj komentár

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: