ความก้าวหน้าของนาโนเทคโนโลยี่
นาโนเทคโนโลยีถือเป็นคลื่นลูกใหม่ต่อจากเทคโนโลยีชีวภาพ และจะเปลี่ยนโฉมหน้าของวงการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทั้งหมดที่มนุษย์ เคยรู้จักมา ปัจจุบันนาโนเทคโนโลยีมีความก้าวหน้าเป็นอย่างมากและมีผลิตผลจากนาโนเทคโนโลยีออกสู่ตลาดในเชิงพาณิชย์มากขึ้น 1. นาโนเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ นับตั้งแต่วงการอิเล็กทรอนิกส์ที่เริ่มมาจากการประดิษฐ์หลอดรังสีคาโธด(cathod rays tube)ของเซอร์ วิลเลียม ครุกส์ (Sir William Crooks) ในปี ค.ศ. 1875 อันนำไปสู่การค้นพบรังสีเอ็กซ์โดยเรินท์เกน (William C. Roentgen) ในปี ค.ศ. 1895 และการค้นพบอิเล็กตรอนโดยทอมสัน (Joseph Thomson) ในปี ค.ศ. 1897 จนถึงในปัจจุบันนี้มีเทคโนโลยีชั้นสูง (ไมโครเทคโนโลยี)ในการผลิตแผงวงจรรวมหรือไอซีโดยใช้ซิลิกอน ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำในการทำเป็นทรานซิสเตอร์ในการผลิตชิพ ซึ่งต้องการขั้นตอนที่อาศัยความแม่นยำและความสะอาดอย่างที่สุด รวมทั้ง ยังต้องการความร่วมมือของผู้เชี่ยวชาญในหลายสาขา เช่น นักโลหะวิทยา วิศวกร นักเคมี และนักฟิสิกส์ แต่การสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์บน solid state semiconductor ขนาดของวงจรในชิพก็มีขนาดเพียง 0.18 ไมโครเมตร และมีความพยายามที่จะย่อขนาดวงจรลงไปที่ 0.10 ไมโครเมตร และต่อไปจนถึง 0.05 ไมโครเมตร ซึ่งชิพดังกล่าวจะมีราคาแพงขึ้น  |
โอด อันเป็นอุปกรณ์พื้นฐาน ของ วงจรอิเล็กทรอนิกส์นั่นเอง อย่างไรก็ตามถึงแม้จะพบโมเลกุลที่มีคุณสมบัติเป็นเรคติไฟเออร์แล้วก็ตาม ในปัจจุบันก้ยังไม่สามารถต่อเรคติไฟ เออร์ดังกล่าวเพื่อสร้างเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานอย่างสมบูรณ์ได้ นอกจากเรคติไฟเออร์แล้ว ทรานซิสเตอร์ก็เป็นหน่วยย่อยพื้นฐาน หน่วยหนึ่งที่จำเป็นสำหรับการสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งโมเลกุลของสารอินทรีย์และโพลิเมอรใน์ชนิดที่นำไฟฟ้าได้แล้ว ยังจะมีโมเลกุลอีก ประเภทหนึ่งที่กำลังเป็นที่สนใจอย่างมากในวงการนาโนอิเล็กทรอนิกส์ เรียกว่า ท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotube) ได้แก่ โมเลกุลที่ประกอบ ด้วยอะตอมของคาร์บอนที่ก่อรูปขึ้นมาจนเป็นโครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายท่อ ที่นักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่นชื่อ อิจิมา (Iijima) สร้างขึ้นในปี ค.ศ.1991 หลังการค้นพบฟูลเลอร์รีน (fullerrene)6ปี ซึ่งมีลักษณะเหมือนแผ่นกราไฟต์ที่ม้วนตัวจนเกิดเป็นท่อ จึงมีแถบการนำไฟฟ้า(conduction band) ที่สามารถนำอิเล็กตรอนได้ดี ในปัจจุบันแน่ใจแล้วว่าท่อนาโนสามารถนำมาทำเป็นสายไฟระดับโมเลกุลได้ จมูกอิเล็กทรอนิกส์ ที่ผลิตได้โดย บริษัท Nanosphere สำหรับตรวจหาเชื้อแอนแทรกซ์ ที่แม่นยำและรวดเร็วที่สุดในโลก โดยใช้เทคนิคการจับคู่สายเกลียว เป็นอีกตัวอย่างหนึ่ง ของนาโนอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถนำมาใช้ได้จริงในปัจจุบัน โดยใช้คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลโพลิเมอร์ที่นำไฟฟ้าได้มาเป็นกล ไกในการตรวจจับ เราอาจเรียกกลไกในการตรวจจับในลักษณะนี้ว่า neural net 2. วัสดุนาโน (Nanomaterials) นักวัสดุศาสตร์นั้นได้ให้ความสนใจศึกษาเกี่ยวกับการศึกษาคุณสมบัติของ fullerenes โมเลกุลที่มีโครงสร้างประกอบไปด้วยอะตอมของ คาร์บอน ซึ่งได้มีการจัดเรียงตัวของอะตอมอย่างเป็นระเบียบ และ มีโครงสร้างอยู่ระหว่างโครงสร้างของเพชรและแกรไฟต์ในตระกูลของ คาร์บอน และเมื่อไม่นานมานี้มีการค้นพบโครงสร้างใหม่ของfullerenesที่มีลักษณะเป็นลูกบอลที่มีโครงสร้างเหมือนกรงปิดที่เป็นรูปทรงกลม ซึ่งประกอบไปด้วย 60 อะตอมของคาร์บอนที่มีลักษณะสมมาตร (C60) ซึ่งเป็นการค้นพบการจัดเรียงตัวของคาร์บอนอะตอมแบบใหม่ที่ไม่ เคยพบมาก่อน นอกจากนั้นนักวิจัยได้ทำการดัดแปลงโมเลกุลที่ค้นพบนั้นให้ขยายยาวออกไปเป็นโครงสร้างที่เป็นท่อเรียวเล็กได้สำเร็จและ เรียกโครงสร้างนั้นว่า ท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotubes ; C1,000,000) ท่อนาโนคาร์บอน(carbon nanotube)มีรูปร่างเป็นโครงตาข่ายของคาร์บอนม้วนเชื่อมติดกันเป็นรูปทรงกระบอก และมีเส้นผ่าศูนย์กลาง เพียงไม่กี่นาโนเมตร ท่อนาโนคาร์บอน มีคุณสมบัติที่แข็งแรงและเหนียวกว่า เหล็กกล้า สามารถนำไฟฟ้า หรือ กลายเป็นฉนวน (ไม่นำไฟฟ้า) ได้ ขึ้นอยู่กับทิศทางของแนวการจัดเรียงตัว ของอะตอมคาร์บอนบนผนังท่อนาโนคาร์บอน สามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้อย่างกว้างขวาง เช่น ใช้เป็นสายไฟจิ๋ว ในเครื่องใช้ไฟฟ้า (nanoelectronics) ใช้ทอเป็นเส้นใยที่ มีความละเอียดสูงและทนทานกว่าไทเทเนียม หรือผลิตเป็นแบตเตอรี่ ที่มีอายุการใช้งานนานนับสิบปี นอกจากนี้ยังมีความแข็งแรงและมีน้ำหนักเบา เป็นต้น โครงสร้างของท่อนาโนคาร์บอน มีโครงสร้างเป็นแบบโมเลกุลเดี่ยวที่มีลักษณะเป็นแถวยาวของคาร์บอนเรียงตัวกันเป็นแนวยาวนับล้านๆเท่าของขนาดของเส้นผ่าน ศูนย์กลางของท่อคาร์บอน โครงสร้างของท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotubes) จะโค้งตัวม้วนเป็นแกนจากด้านหนึ่งไปบรรจบอีกด้านหนึ่ง ซึ่งนักเคมีมีแนวความคิดว่าท่อนาโนคาร์บอนนี้มีลักษณะเป็น monoelemental polymer (โพลิเมอร์ที่ประกอบไปด้วยธาตุเพียงชนิดเดียว ซึ่ง แตกต่างจากโพลิเมอร์ที่พบโดยทั่วไปที่จะพบอะตอมของธาตุอื่นด้วย) |
ท่อนาโนคาร์บอนที่พบโดย NEC Fullerenes หรือบักกี้บอล คาร์บอนที่โครงสร้างเป็นรูปลูกบอล
ท่อกลวงนี้มีความสามารถในการยืดหยุ่นเป็นพิเศษมีความแข็งและ มีคุณสมบัติที่ไม่ธรรมดาอีกหลายประการ ตัวอย่างเช่น สามารถหดกลับจากรูปหนึ่งไปสู่อีกรูปหนึ่งอย่างฉับพลัน และสามารถสร้างเป็นเชือก ที่มีความแข็งแรงมากเป็นพิเศษ นอกจากนั้นท่อนาโนคาร์บอนยังมีคุณสมบัตินำไฟฟ้าจึงทำให้มีการทดลองสร้างมันขึ้นเป็นสายโลหะนาโน (Nanowires) และตัวนำไฟฟ้าในขนาดนาโนสเกล (Nanoscale transistors) และในปัจจุบันท่อนาโนคาร์บอนสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานจริงและ ประสบความสำเร็จเป็นอย่างมาก ถึงแม้ว่าการผลิตโมเลกุลที่เป็นสายโลหะขนาดเล็กจะเป็นเรื่องน่าท้าทายก็ตามอนึ่งถึงแม้ว่ามีการค้นพบท่อ นาโนคาร์บอนมากว่า 30 ปี โดยบริษัท NEC ของญี่ปุ่นแต่ท่อนาโนคาร์บอนที่ค้นพบในขณะนั้นก็ยังไม่สามารถนำมาใช้ได้จริง สินค้านาโนเทคโนโลยีที่ผลิตได้ในเชิงพาณิชย์ในปัจจุบัน มีอยู่หลายรายการด้วยกัน เช่น สกี แวกซ์ ของ Nanogate คุณภาพสูงที่ช่วยให้ สกีและเลื่อนนำแข็งลื่นไหลได้ดีและมีความแข็งแรง แจ๊กเก็ตสกีชนิดพิเศษที่ผลิตด้วยเส้นใยนาโน Franz Ziener GmbH & Co. มีคุณสมบัติกัน ลม กันน้ำ และกันคราบสิ่งสกปรกต่างๆ เสื้อผ้าไร้รอยยับและป้องกันรอยเปื้อนคราบสิ่งสกปรก กล้องดิจิตอลจอภาพ OLED (Organic light- emitting diodes) ของโกดักซึ่งแสดงภาพได้สว่างและคมชัดกว่าจอภาพ LCD (Liquid Crystals) แว่นกันแดดของบริษัท Nanofilm ที่ใช้โพลิเมอร์ ชนิดบางพิเศษเคลือบ ลดการสะท้อนแสง ป้องกันรอยขีดข่วน และคราบสกปรกต่างๆ แร็กเก็ตที่ใช้ท่อนาโนคาร์บอนผสมกับกราไฟต์ ของ บริษัท Baborat ที่มีคุณสมบัติแข็งกว่าเหล็ก 100 เท่า แต่มีน้ำหนักเพียง 1 ใน 6 ทำให้การตีลูกมีพลังมากขึ้น ลดการเกร็งของกล้ามเนื้อ และ ลูกเทนนิสไฮเทคของบริษัท InMat ที่ใช้เทคนิคการผลิตแบบ Air D-Fense สามารถใช้งานได้ถึง 4 สัปดาห์ |
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น