Čo je to kvazikrystal?

Kvazikrystal je špecifický typ pevnej látky, ktorý sa vyznačuje usporiadaním svojich atómov v neperiodickej štruktúre. Tento pojem bol zavedený v 80. rokoch 20. storočia, keď vedci objavili nové formy usporiadania atómov, ktoré nedodržiavajú tradičné pravidlá kryštalografie, ale napriek tomu vykazujú určité usporiadané vzory.

Základným znakom kvazikrystalov je ich schopnosť vytvárať symetriu, ktorá nie je bežná v klasických kryštáloch. Klasické kryštály majú periodickú štruktúru, čo znamená, že sa ich atómové usporiadanie opakuje v pravidelných intervaloch. Naopak, kvazikrystaly majú usporiadanie, ktoré sa nikdy úplne neopakuje, a preto ich označujeme ako neperiodické. Tieto štruktúry môžu byť založené na rôznych symetrických prvkoch, vrátane päťuholníkových symetrií, ktoré sú v tradičných kryštáloch zakázané.

Prvým známe kvazikrystalom bol icosahedral kvazikrystal, ktorý bol objavený v roku 1984 vedcom Danielem Shechtmanom. Jeho objav spôsobil revolúciu v oblasti materiálovej vedy, pretože predtým sa predpokladalo, že všetky pevné látky musia mať periodickú štruktúru. Za tento objav získal Shechtman v roku 2011 Nobelovu cenu za chémiu.

Kvazikrystaly majú množstvo zaujímavých vlastností, ktoré ich odlišujú od tradičných kryštálov. Napríklad sú známe svojou vysokou tvrdosťou a odolnosťou voči opotrebeniu. Tieto vlastnosti robia kvazikrystaly veľmi atraktívnymi pre rôzne aplikácie, vrátane výroby nástrojov a povrchových úprav. Kvazikrystaly majú tiež nízku elektrickú vodivosť, čo ich robí zaujímavými materiálmi pre rôzne elektronické aplikácie.

Existuje niekoľko rôznych typov kvazikrystalov, pričom najznámejšie sú icosahedral (20-stenné) a decagonal (desaťstenné) kvazikrystaly. Tieto typy kvazikrystalov sa líšia svojím usporiadaním atómov a symetrickými vlastnosťami. Napríklad, icosahedral kvazikrystaly majú icosahedral symetriu, zatiaľ čo decagonal kvazikrystaly majú decagonal symetriu, ktorá je charakterizovaná opakovaním vzoru po desiatich jednotkách.

Jedným z fascinujúcich aspektov kvazikrystalov je ich schopnosť vytvárať zložené materiály. Kvazikrystaly môžu byť vytvorené z rôznych kombinácií prvkov, ako sú hliník, meď a železo, a ich zloženie môže ovplyvniť ich vlastnosti. Týmto spôsobom vedci dokážu navrhovať kvazikrystaly s požadovanými vlastnosťami pre špecifické aplikácie.

Okrem svojich technických aplikácií sa kvazikrystaly stali predmetom výskumu aj v oblasti základnej vedy. Vedci skúmajú ich štruktúru a vlastnosti, aby lepšie pochopili, ako sa atómy usporiadajú v neperiodických štruktúrach a aké mechanizmy stoja za ich stabilitou. Tento výskum môže mať široké dôsledky pre našu znalosť materiálov a ich správania.

V posledných rokoch sa začali kvazikrystaly skúmať aj v oblasti biomedicíny. Ich jedinečné vlastnosti, ako je biokompatibilita, ich predurčujú na použitie v rôznych lekárskych aplikáciách, vrátane implantátov a liečebných materiálov. Tieto aplikácie sú stále vo fáze výskumu, ale ukazujú potenciál kvazikrystalov v oblastiach, ktoré predtým neboli považované za možné.

Na záver, kvazikrystaly predstavujú fascinujúcu a dynamickú oblasť výskumu v materiálovej vede. Ich unikátna štruktúra a vlastnosti otvárajú nové možnosti pre technologické aplikácie a poskytujú cenné informácie o základných mechanizmoch usporiadania atómov. S pokračujúcim výskumom a rozvojom technológií môžeme očakávať, že kvazikrystaly zohrajú stále významnejšiu úlohu v našich životoch.