Čeští vědci zjistili, proč se v materiálech hromadí nečistoty

Katastrofální selhání ocelových turbín v jaderných elektrárnách je jedním z příkladů, kdy selhává soudržnost materiálu. Destrukce zařízení nenastala kvůli problémům v provozu, ale z důvodu hromadění fosforu na rozhraních mezi krystaly kovu, tzv. hranicích zrn.

Studie publikovaná v prestižním časopise Progress in Materials Science otevírá nové možnosti pro vývoj odolnějších slitin či nových technologických procesů výroby kovových materiálů.

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 hraje entropie, kterou dříve vědci v teoretických výpočtech často opomíjeli.

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. Nové poznatky ukazují, že se nejedná pouze o matematický koncept.

Článek podle odborníků 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,“ vysvětlil Pavel Lejček z Fyzikálního ústavu AV ČR v Praze.

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,“ zdůraznil Mojmír Šob z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně.