รู้จักโฟมโลหะ (metal foam)

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

           เมื่อพูดถึงวัสดุประเภทโฟม เรามักนึกถึงโฟมพลาสติกที่ใช้ทำกระทง ทำกล่องบรรจุอาหาร หรือสินค้าในรูปแบบอื่น แต่ทราบหรือไม่ว่า นอกจากพลาสติกแล้ว วัสดุประเภทโลหะก็สามารถผลิตเป็นโฟมได้เช่นกัน

           โฟมโลหะเป็นวัสดุโลหะที่มีรูพรุนจำนวนมาก มีเนื้อโลหะอยู่ประมาณ 5-25% กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ โฟมโลหะประกอบด้วยอากาศร้อยละ 75 - 95 ของปริมาตร ทำให้มันมีน้ำหนักเบา โฟมโลหะบางชนิด เช่น โฟมอะลูมิเนียมสามารถผลิตให้มีความถ่วงจำเพาะน้อยกว่าน้ำ ทำให้สามารถลอยน้ำได้ นอกจากนี้โฟมโลหะยังมีสมบัติโดดเด่นในเรื่องความแข็ง และเหนียว (tough) ซึ่งต่างจากโฟมพลาสติก โดยทั่วไปผลิตภัณฑ์หรือชิ้นงานที่ผลิตจากโฟมโลหะจะมีลักษณะผิวภายนอกไม่ต่างจากชิ้นงานโลหะทั่วไป เว้นแต่จะผ่าชิ้นงานหรือผลิตภัณฑ์นั้นออกดู โฟมโลหะจึงเป็นวัสดุที่น่าสนใจสำหรับปัจจุบันและอนาคต

ภาพตัดขวางของโฟมโลหะมีลักษณะคล้ายกับก้อนขนมปัง

การประยุกต์ใช้งาน

โฟมโลหะมีที่มาอย่างไร

ภาพโฟมโลหะแบบเซลล์ปิด ผนังฟองอากาศไม่มีช่องทะลุถึงกัน

           ข้อมูลเกี่ยวกับการพัฒนาโฟมโลหะสามารถย้อนกลับไปได้ถึงปี ค.ศ. 1943 นายเบนจามิน ซอสนิค (Benjamin Sosnick) ได้จดทะเบียนสิทธิบัตรกระบวนการผลิตโฟมโลหะไว้เป็นคนแรก หลักการทำโฟมโลหะที่เบนจามินใช้คือ การเติมไอโลหะชนิดหนึ่งลงในโลหะเหลวอีกชนิดหนึ่งภายใต้ความดันสูง โดยการให้ความร้อนแก่โลหะ 2 ชนิด เช่น ปรอท (Hg) และอะลูมิเนียม (Al) ซึ่งมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่างกันในภาชนะปิดควบคุมความดัน เมื่อให้ความร้อนแก่อะลูมิเนียมจนหลอมเหลว (จุดหลอมเหลวของอะลูมิเนียมคือ 660 ^๐C) ปรอทซึ่งมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำกว่าจะกลายเป็นไอ (จุดเดือดของปรอทคือ 356 ^๐C) อยู่ในภาชนะปิด และภายใต้สภาวะความดันสูงในภาชนะ ไอปรอทจะสามารถละลายหรือแทรกตัวอยู่ในอะลูมิเนียมเหลวได้ เมื่อลดความดันและหยุดให้ความร้อนแก่ภาชนะ ไอปรอทที่อยู่ในอะลูมิเนียมเหลวจะแยกตัวออกมาและขยายตัวเกิดฟองก๊าซขึ้น เมื่ออะลูมิเนียมเหลวเย็นตัวกลับเป็นของแข็งจะได้โฟมอะลูมิเนียม โฟมโลหะที่ได้จากการผลิตด้วยวิธีนี้จะมีลักษณะแบบเซลล์ปิด (close-cell) คือ มีผนังกั้นระหว่างช่องว่างหรือรูพรุนเหล่านั้นอยู่

           กระบวนการผลิตโฟมโลหะของซอสนิคนี้ มีข้อจำกัดหลายอย่าง ได้แก่ ต้นทุนการผลิตสูง วิธีนี้เหมาะกับโลหะบางชนิดเท่านั้น และสามารถผลิตโฟมโลหะได้ในปริมาณน้อย นอกจากนี้โฟมโลหะที่ผลิตได้จะมีขนาดฟองอากาศไม่สม่ำเสมอ กระบวนการผลิตโฟมโลหะวิธีนี้จึงไม่เป็นที่แพร่หลาย

ภาพแสดงลักษณะโครงสร้างแบบเซลล์เปิด ซึ่งผนังฟองอากาศมีรูเชื่อมกันหมด

           ในช่วงปลายของทศวรรษ 1950 มีการพัฒนากระบวนการผลิตโฟมโลหะแบบเซลล์เปิด (open-cell) ซึ่งเป็นโฟมที่มีลักษณะโครงสร้างผนังเชื่อมทะลุถึงกัน หลักการของกระบวนการผลิตคือ การเทโลหะเหลว เช่น อะลูมิเนียมเหลวลงในภาชนะที่บรรจุเกลือหิน (rock salt) เอาไว้ เมื่ออะลูมิเนียมเย็นตัวและกลายเป็นโลหะแข็งจึงละลายเอาเกลือออกทำให้เกิดช่องว่างหรือรูพรุนในเนื้อโลหะนั้น กระบวนการนี้ทำให้ได้โฟมโลหะที่มีความพรุนสม่ำเสมอกว่ากระบวนการผลิตของซอสนิค และได้รูพรุนที่มีลักษณะเชื่อมโยงต่อกัน

           ปัจจุบันในต่างประเทศ หน่วยงานทั้งภาคเอกชน และสถาบันการศึกษาหลายแห่ง ต่างให้ความสนใจในการวิจัยและค้นคว้าเพื่อหาวิธีการผลิตโฟมโลหะแบบใหม่ๆ ออกมา เพื่อให้ได้กระบวนการผลิตที่สามารถผลิตโฟมโลหะที่มีขนาดและรูปร่างของรูพรุนใกล้เคียงกัน มีความถ่วงจำเพาะต่ำ หรือสามารถผลิตโฟมโลหะแบบต่อเนื่องได้ ตัวอย่างกระบวนการผลิตโฟมโลหะที่มีการเผยแพร่ออกมาได้แก่

           แบบที่หนึ่ง ใช้การเผาผนึก (sinter) ผงโลหะหรือเส้นใยโลหะ (metal fiber) ที่อัดตัวแบบหลวม วิธีนี้จะได้ชิ้นงานหรือผลิตภัณฑ์ที่มีความพรุนประมาณ 30-50% แต่สามารถปรับเพิ่มความพรุนของโลหะได้ด้วยการใช้เส้นใยโลหะแทนผงโลหะบางส่วนหรือแทนทั้งหมด ข้อดีของวิธีนี้คือ สามารถประยุกต์ใช้ได้กับโลหะหลายชนิด และชิ้นงานที่ผลิตได้จะมีรูปร่างสุดท้าย (net shape) เหมือนผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ ไม่ต้องตัดแต่งหรือตัดแต่งเพียงเล็กน้อย แต่ข้อเสียคือ ชิ้นงานมีความแข็งแรงจำเพาะ (specific strength) ต่ำ เพราะจุดเชื่อมต่อระหว่างผงอนุภาคหรือจุดเชื่อมต่อระหว่างเส้นใยโลหะมีความบางมาก

           แบบที่สองคือ ใช้การซึมทะลุ (infiltration) โดยในการผลิตโฟมโลหะโดยใส่สารหรือวัสดุบางชนิด เช่น เม็ดเกลือแกง เป็นต้น ลงในแบบพิมพ์ ให้ความร้อนเพื่อหลอมเกลือแกงให้เชื่อมกัน เติมแท่งอะลูมิเนียมลงไปในแบบพิมพ์และหลอมอะลูมิเนียมให้เหลว อะลูมิเนียมเหลวจะแทรกตัวเข้าไปในช่องว่างระหว่างเม็ดเกลือ จากนั้นลดอุณหภูมิและความดันเพื่อให้อะลูมิเนียมแข็งตัว สุดท้ายขจัดเกลือแกงออกด้วยการละลาย ทำให้เหลือโฟมอะลูมิเนียมเท่านั้น กระบวนการผลิตวิธีนี้มีข้อดีคือ ได้โฟมโลหะที่มีขนาดฟองสม่ำเสมอ ส่วนข้อเสียคือ กระบวนการผลิตมีความซับซ้อน ราคาสูง และผลิตได้จำนวนน้อย

           แบบที่สาม คือ ใช้กระบวนการหลอมเหลว (melt route processing) การผลิตโฟมโลหะแบบนี้กระทำโดยเป่าก๊าซบางชนิดลงในโลหะหลอมเหลวโดยตรง ทำให้ฟองก๊าซถูกกักอยู่ในเนื้อโลหะ เมื่อโลหะเย็นตัวและกลายเป็นของแข็งจะได้โฟมโลหะ กระบวนการนี้มีข้อดีคือ เป็นกระบวนการผลิตที่มีราคาถูกที่สุดและไม่ซับซ้อน แต่มีข้อเสียคือ ลักษณะความพรุนตัวไม่สม่ำเสมอ และมักเกิดช่องว่างขนาดใหญ่ ซึ่งมีสาเหตุจากฟองก๊าซมีขนาดไม่สม่ำเสมอ

           นอกจากกระบวนการผลิตทั้งสามแบบนี้แล้ว ยังมีกระบวนการผลิตโฟมโลหะอีกหลายวิธี ซึ่งปัจจุบันงานวิจัยเรื่องโฟมโลหะเกือบทั้งหมดที่ดำเนินการอยู่ (ในต่างประเทศ) นิยมใช้โลหะอะลูมิเนียม เนื่องจากเป็นโลหะเบา ทนทานต่อการกัดกร่อน และมีจุดหลอมเหลวไม่สูงมาก อย่างไรก็ตามโลหะอื่น เช่น เหล็ก นิกเกิล และตะกั่วก็มีการวิจัยและผลิตเป็นโฟมโลหะเช่นกัน แต่เกือบทั้งหมดนั้นยังคงเป็นงานวิจัยที่อยู่ในสถาบันการศึกษาต่างๆ

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับเหล็กชุบเคลือบสังกะสี

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

เป็นที่ทราบกันดีว่าเหล็กและเหล็กกล้าเกิดสนิมได้ง่ายหากวางทิ้งไว้ในบรรยากาศ สนิมเป็นออกไซด์ของเหล็กที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างออกซิเจนกับเนื้อเหล็ก ดังนั้นวิธีหนึ่งที่ใช้ป้องกันเหล็กไม่ให้เกิดสนิม คือ การเคลือบสารปิดทับ

ผิวเหล็กไว้ สารเคลือบที่ใช้มีด้วยกันหลายชนิด สังกะสีก็เป็นโลหะชนิดหนึ่งที่นิยมนำมาเคลือบ เหล็กที่ได้จากการชุบเคลือบสังกะสีเรียกว่า เหล็กกล้าชุบเคลือบสังกะสี (galvanized steel)

การชุบเคลือบสังกะสีมีด้วยกันหลายวิธี เช่น การชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อน (hot dip galvanizing) การเคลือบสังกะสีด้วยไฟฟ้า (electrogalvanizing) การเคลือบด้วยวิธีทางกล (mechanical coatings) การพ่นเคลือบด้วยเปลวความร้อน (zinc spraying) การทาด้วยสีฝุ่นสังกะสี (zinc-rich paints) การชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อนด้วยกระบวนการต่อเนื่อง (continuous hot dip galvanizing) การเคลือบด้วยเทคนิคเชอร์ราไดซ์ซิ่ง (sherardizing) แต่บทความนี้ขอเน้นเฉพาะเรื่องการชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อน

การชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อน เป็นการเคลือบผิวเหล็กด้วยสังกะสีโดยการจุ่มเหล็กลงในอ่างสังกะสีเหลวแล้วยกขึ้น วิธีนี้ถูกนำออกเผยแพร่ครั้งแรกในปี ค.ศ. 1742 โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส P.J. Malouin

ขั้นตอนวิธีการชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อนมีดังนี้

การกำจัดสิ่งสกปรก (soil and grease removal – caustic cleaning) โดยใช้สารละลายด่างล้างสิ่งสกปรก คราบไขมันต่าง ๆ ตลอดจนถึงเศษดินออกให้สะอาด

การล้างด้วยน้ำ (rinsing) ใช้น้ำสะอาดล้างชิ้นงานที่ผ่านการแช่สารละลายด่าง และสารละลายกรดเพื่อกำจัดสภาพด่างและกรดออกจากผิวชิ้นงาน

การกัดด้วยกรด (pickling) ใช้สารละลายกรด เช่น กรดซัลฟิวริก กรดไฮโดรคลอริก ทำความสะอาดผิวโลหะ เพื่อกำจัดฟิล์มออกไซด์และสิ่งปนเปื้อนผิวโลหะออกไป

การแช่น้ำยาประสาน (fluxing) นำชิ้นงานเหล็กมาแช่ในน้ำยาประสาน (สารละลายซิงค์แอมโมเนียมคลอไรด์ – zinc ammonium chloride solution) เพื่อปรับความตึงผิวของเหล็กให้มีความเหมาะสมกับการเคลือบด้วยสังกะสีหลอมเหลว

การชุบเคลือบสังกะสี (galvanizing) นำชิ้นงานที่จะชุบเคลือบไปแช่ในอ่างสังกะสีหลอมเหลว (อุณหภูมิประมาณ 435 – 455 ^๐C) สังกะสีจะเคลือบติดกับเนื้อเหล็กหนาขึ้นตามเวลาที่ทำการแช่

รูปภาพตัดขวางชั้นสังกะสีที่เกาะที่ผิวเหล็กมีลักษณะเป็นชั้น ชั้นในจะมีเหล็กผสมส่วนชั้นนอกสุดเป็นสังกะสีล้วน

การตกแต่งสำเร็จ (finishing) เหล็กที่ชุบเคลือบสังกะสีเสร็จแล้ว จะถูกนำมากำจัดเอาสังกะสีส่วนเกินออกโดยใช้วิธีการเขย่า (vibrating) หรือการล้าง (draining) หรือการหมุนเหวี่ยง (centrifuging) จากนั้นลดอุณหภูมิชิ้นงานโดยนำไปเป่าลมเย็น หรือนำไปชุบของเหลว (quenching)

การตรวจสอบ (inspection) ชิ้นงานที่เคลือบสังกะสีแล้วจะถูกส่งมาตรวจสอบความหนาของชั้นชุบเคลือบ สภาพผิวเคลือบ

สังกะสีป้องกันสนิมเหล็กได้อย่างไร?

การชุบเคลือบสังกะสีปิดผิวเหล็กทำให้ออกซิเจน ไอน้ำ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งคลอไรด์ (chloride) ซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนเหล็กได้ดี ไม่สามารถสัมผัสและทำปฏิกิริยากับเหล็กได้จึงเป็นการป้องกันระดับหนึ่ง นอกจากนี้ในกรณีที่ผิวเคลือบสังกะสีถูกแรงกระทำจนเกิดรอยลึกถึงเนื้อเหล็กแล้ว สังกะสีก็ยังคงสามารถป้องกันเหล็กจากการกัดกร่อนได้ เนื่องจากสังกะสีเป็นโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าเหล็ก (ภาพข้างบน) จึงเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ง่ายกว่าเหล็ก ลักษณะการใช้โลหะที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำร่วมกับโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าเพื่อให้โลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าเกิดปฏิกิริยากัดกร่อนก่อนโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าสูงเรียกว่า การป้องกันแบบแคโทดิก (cathodic protection)

ชิ้นงานที่เคลือบสี (ซ้าย) เมื่อสีเคลือบหลุดชั้นเหล็กจะถูกกัดกร่อนได้ง่ายกว่าชิ้นงานเคลือบสังกะสี (ขวา) เพราะสังกะสีรอบข้างจะเกิดปฏิกิริยาก่อนเหล็ก

การนำไปใช้

ผลิตภัณฑ์เหล็กชุบเคลือบสังกะสีสามารถนำไปใช้งานได้ในอุตสาหกรรมหลายประเภท ไม่ว่าจะเป็นอุตสาหกรรมยานยนต์ อุตสาหกรรมก่อสร้าง และอุตสาหกรรมอื่น ๆ แต่มีข้อสังเกตอย่างหนึ่ง คือ ชิ้นงานที่เคลือบสังกะสีเป็นชั้นบางจะไม่เหมาะสำหรับการใช้งานภายนอกอาคาร อย่างเช่น ชิ้นงานที่เคลือบสังกะสีด้วยวิธีเคลือบด้วยไฟฟ้ามีชั้นเคลือบหนาประมาณ 5 – 10 ไมครอน (ไมครอน = 10^-6 m) ซึ่งไม่เหมาะกับงานภายนอกอาคาร ขณะที่ชิ้นงานเหล็กที่ชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อนจะมีชั้นเคลือบสังกะสีหนาตั้งแต่ 65 – 300 ไมครอน ทำให้มีความทนทานต่อการกัดกร่อนจากสภาพแวดล้อมมากกว่าจึงเหมาะกับการใช้งานภายนอกอาคารมากกว่า

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• http://www.mooregalvanizing.com/galvanizing_coating.htm
• http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=2629
• http://www.galvanizeit.org/
• http://en.wikipedia.org/wiki/Galvanize
• http://www.mooregalvanizing.com/galvanizing_performance.htm
• http://www.zincinfocentre.org/zinc_applications.html#coatings
• http://www.mooregalvanizing.com/galvanizing_performance.htm

การเลือกใช้เครื่องครัวโลหะ

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ด้วยเหตุที่โลหะมีสมบัติการนำ และการถ่ายเทความร้อนที่ดี มีความแข็งแรงทนทาน มีอายุใช้งานที่ยาวนาน ผนวกกับความมันวาวของโลหะจึงไม่น่าแปลกใจที่มนุษย์นิยมนำโลหะชนิดต่าง ๆ มาใช้เป็นอุปกรณ์เครื่องครัวตั้งแต่สมัยโบราณ อย่างไรก็ดีโลหะแต่ละชนิดมีจุดเด่น จุดด้อยแตกต่างกันไป ดังนั้นการเลือกใช้เครื่องครัวโลหะ และข้อควรระวังในการใช้งานจึงเป็นเรื่องใกล้ตัวที่น่าสนใจไม่น้อยเลย

เครื่องครัวอะลูมิเนียม
อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่นิยมผลิตเป็นเครื่องครัวต่าง ๆ เพราะราคาไม่แพง เครื่องครัวที่ทำด้วยอะลูมิเนียมนอกจากจะมีน้ำหนักเบาแล้ว ยังร้อนเร็วเพราะอะลูมิเนียมนำความร้อนได้ดี เป็นรองแค่โลหะเงินกับทองแดงเท่านั้น แต่เครื่องครัวอะลูมิเนียมมีข้อด้อยเรื่องอัตราการสูญเสียความร้อนสูง ทำให้ไม่สามารถเก็บความร้อนได้นานเมื่อยกจากเตา และเป็นรอยขูดขีดง่าย นอกจากนี้ยังสามารถทำปฏิกิริยากับอาหารที่มีฤทธิ์เป็นกรด (รสเปรี้ยว) ดังนั้นจึงควรหลีกเลี่ยงการใช้เครื่องครัวอะลูมิเนียมในการประกอบอาหารที่มีรสเปรี้ยว ยกเว้นเครื่องครัวอะลูมิเนียมที่ได้รับการเคลือบผิวแล้วหรือผ่านกระบวนการปรับปรุงผิวแล้ว

เครื่องครัวสเตนเลส
สเตนเลสเป็นเหล็กกล้าไร้สนิม สเตนเลสเป็นเหล็กกล้าที่มีองค์ประกอบของโครเมียมตั้งแต่ 11.5 เปอร์เซ็นต์ขึ้นไป เครื่องครัวสเตนเลสมีข้อดีหลายประการไม่ว่าจะเป็นความสวยงาม ความแข็งแรงทนทาน ทนต่อแรงขูดขีด ไม่เป็นสนิม ดูแลรักษาง่าย ไม่ทำปฏิกิริยากับอาหาร แต่เครื่องครัวสเตนเลสมีข้อด้อยในเรื่องการนำความร้อนไม่ดี ราคาแพง มีน้ำหนักมาก

สเตนเลสที่นำมาผลิตเป็นเครื่องครัวมีหลายเกรดด้วยกัน ได้แก่ สเตนเลสเกรด 18/0 เกรด 18/8 และเกรด 18/10 แต่บริษัทผู้ผลิตเครื่องครัวที่มีชื่อเสียงในประเทศไทยอย่าง ผลิตภัณฑ์เครื่องครัวตราหัวม้าลาย และตรานกนางนวล เลือกใช้สเตนเลส เกรด 18/10 (โปรดสังเกตตัวเลขบนฉลาก) ตัวเลข 2 จำนวนนี้บอกถึงร้อยละของปริมาณโลหะโครเมียมและโลหะนิกเกิลในเนื้อโลหะ เช่น สเตนเลสเกรด 18/10 เป็นสเตนเลสที่มีโครเมียมผสมอยู่ร้อยละ 18 และมีนิกเกิลผสมอยู่ร้อยละ 10 ปริมาณนิกเกิลที่เพิ่มขึ้นจะช่วยให้สเตนเลสมีความแข็งแรงและทนการกัดกร่อนได้ดีขึ้น

เครื่องครัวสเตนเลสที่มีคุณภาพสูงมักทำด้วยสเตนเลสเกรด 18/8 หรือเกรด 18/10 เพราะมีความแข็งแรงและทนทานต่อการกัดกร่อนของคลอไรด์ (เกลือแกง) ได้ดีกว่าสเตนเลสเกรด 18/0 แต่ราคาผลิตภัณฑ์จะสูงกว่าผลิตภัณฑ์ที่ทำด้วยสเตนเลสเกรด 18/0 ด้วยเช่นกัน ในบางกรณีที่ผู้ผลิตผลิตภัณฑ์เครื่องครัวไม่ระบุถึงเกรดสเตนเลสที่ใช้ ผู้บริโภคสามารถจำแนกชนิดสเตนเลสคร่าว ๆ ได้โดยการทดสอบแม่เหล็กติด ถ้าแม่เหล็กสามารถดูดติดผลิตภัณฑ์นั้นแสดงว่า ผลิตภัณฑ์นั้นทำจากสเตนเลสเกรด 18/0 แต่หากแม่เหล็กดูดไม่ติดแสดงว่าผลิตภัณฑ์นั้นอาจทำจากสเตนเลสเกรด 18/8 หรือเกรด 18/10 เกรดใดเกรดหนึ่ง

เครื่องครัวทองแดง
ทองแดงเป็นโลหะอีกชนิดที่นำมาใช้ผลิตเป็นเครื่องครัว มีความสวยงาม เครื่องครัวที่ทำจากทองแดงร้อนเร็วเพราะทองแดงนำความร้อนได้ดีมากเป็นรองแต่โลหะเงินเท่านั้น เครื่องครัวที่ทำด้วยทองแดงมีข้อด้อยหลายอย่างไม่ว่าจะเป็นความยุ่งยากในการดูแลรักษา และการใช้งาน เพราะทองแดงเกิดรอยขูดขีดง่าย และไม่เหมาะกับอาหารที่มีฤทธิ์เป็นกรด เพราะกรดสามารถกัดกร่อนทองแดงได้ เมื่อนำมาใช้อาจทำให้อาหารมีสีเปลี่ยนแปลง การทำความสะอาดเครื่องครัวทองแดงไม่ควรปล่อยให้แห้งเองด้วยการผึ่งลม เพราะจะเกิดเป็นคราบบนผิวโลหะ ดังนั้นจึงควรเช็ดเครื่องครัวให้แห้งหลังการล้าง นอกจากนี้เครื่องครัวทองแดงยังมีราคาแพงมาก

ด้วยเหตุที่ทองแดงมีข้อดีในเรื่องการนำความร้อนแต่มีข้อด้อยเรื่องการทำปฏิกิริยากับอาหาร ดังนั้นจึงมีการนำโลหะอื่นมาใช้ร่วมกับทองแดง โดยออกแบบให้ทองแดงเป็นชั้นฐานสัมผัสกับเตาไฟ และใช้สเตนเลสหรือดีบุกปิดทับทองแดงเพื่อเป็นชั้นสัมผัสอาหาร ในต่างประเทศมีการเตือนให้ระวังการใช้เครื่องครัวทองแดงที่ไม่มีชั้นโลหะอื่นปิดทับทองแดงมาประกอบอาหารว่า อาจทำให้ผู้บริโภคเกิดอาการคลื่นเหียน อาเจียน ท้องร่วงได้

เครื่องครัวเหล็กหล่อ
เหล็กหล่อ (cast iron) เป็นโลหะที่ใช้ผลิตเป็นเครื่องครัวตั้งแต่สมัยโบราณแล้ว กระบวนการผลิตกระทำโดยการเทน้ำเหล็กหลอมเหลวลงในแบบหล่อและปล่อยให้เหล็กแข็งตัวในแบบ วิธีการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ด้วยการหล่อทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีรูพรุนขนาดเล็กที่ผิว รูพรุนเหล่านี้ทำให้กลิ่นของอาหารเข้าไปติดได้ง่ายและนาน ทำให้อาหารมีกลิ่นแตกต่างจากเดิม ดังนั้นก่อนการใช้งานครั้งแรกจึงต้องนำเครื่องครัวเหล็กหล่อมาผ่านวิธีเคลือบผิวที่เรียกว่า seasoning ก่อนเพื่อปิดรูพรุน

เครื่องครัวที่ทำด้วยเหล็กหล่อเป็นเครื่องครัวที่มีเสน่ห์หรือความคลาสสิกในตัวเอง แต่ไม่ค่อยพบเห็นในท้องตลาด (คาดว่าไม่เป็นที่นิยมในประเทศไทย) เครื่องครัวชนิดนี้มีสีดำ มีน้ำหนักมาก นำความร้อนได้ไม่ดี ทำให้ตั้งไฟร้อนได้ช้าแต่เหล็กหล่อสูญเสียความร้อนช้าจึงกักเก็บความร้อนไว้ได้นาน ดังนั้นจึงเหมาะกับการประกอบอาหารที่ให้ความร้อนเป็นเวลานานอย่าง การตุ๋นเนื้อสัตว์ เป็นต้น เครื่องครัวเหล็กหล่อไม่เหมาะกับการประกอบอาหารที่มีฤทธิ์เป็นกรดเนื่องจากกรดสามารถทำลายผิวเคลือบ seasoning เครื่องครัวเหล็กหล่อมีข้อระวังสำหรับการล้างยุ่งยากพอควร การล้างเครื่องครัวไม่ควรใช้น้ำยาล้างจานหรือผงซักฟอกเนื่องจากสารเคมีสามารถทำลายผิวเคลือบได้ แต่ควรใช้น้ำร้อนราดและขัดด้วยแปรงขนแข็งปานกลางอย่างแปรงไนลอนและเช็ดเครื่องครัวให้แห้ง

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• http://www.cookingforengineers.com/article.php?id=120
• http://www.nia.nih.gov/Alzheimers/Publications/adfact.htm
• http://hgic.clemson.edu/factsheets/HGIC3864.htm
• http://missvickie.com/resources/cookware/cookwareframe.html

      เมื่อพูดถึงเหล็กกล้าเคลือบผิว คนส่วนใหญ่ก็อาจจะคิดถึงเหล็กกล้าชุบสังกะสี (galvanized steel) ที่คุ้นเคยกันดี แต่เหล็กกล้าชุบสังกะสีนั้น มีความเหมาะสมกับสภาพการใช้งานที่ไม่ "รุนแรง" มากนัก ดังนั้นถ้าหากอาคารโรงงานอยู่ใน เขตอุตสาหกรรมที่มีควันหรือมีการใช้สารเคมีต่าง ๆ ในปริมาณมาก หรืออยู่ใกล้ชายฝั่งทะเล วัสดุที่เหมาะสมจะต้องสามารถทนทานต่อสภาพดังกล่าวได้ ซึ่งแน่นอนว่า ความต้านทานต่อการกัดกร่อน ความทนทานต่อสารเคมี หรือสมบัติพึงประสงค์อื่น ๆ จะต้องสูงกว่าเหล็กชุบสังกะสี 

คลิกครับ

ความรู้พื้นฐาน
     คำว่า วัสดุฉลาด (smart materials) วัสดุที่มีความสามารถในการตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอก เช่น มีรูปร่างเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ หรือมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อมีความเค้น เป็นต้น ซึ่งโลหะจำรูป (shape memory alloys - SMA) ก็จัดเป็นหนึ่งในวัสดุฉลาด ด้วยเหตุที่วัสดุสามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงถึงระดับหนึ่ง

     ปรากฏการณ์การเปลี่ยนรูปร่างของโลหะถูกบันทึกครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวสวีเดนอาร์เน โอลันเดอร์ (Arne Olander) ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1932 โดยพบว่าโลหะผสมของทองคำกับแคดเมียม (AuCd) มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเมื่อให้ความร้อนและลดอุณหภูมิแก่โลหะผสม แต่จุดเปลี่ยนแปลงที่สำคัญเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1962 เมื่อทีมวิจัยของ Naval Ordinance Laboratory ประเทศสหรัฐอเมริกา นำโดยวิลเลียม บัวเลอร์ (William Buehler) พบโดยบังเอิญว่าโลหะผสมของนิกเกิลกับไทเทเนียม (NiTi)

คลิกครับ

เส้นใยอะรามีด : เคฟลาร์ (Kevlar)

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

          เมื่อพูดถึงเคฟลาร์ หลายคนคงรู้ว่าเป็นวัสดุที่ใช้ทำเสื้อเกราะกันกระสุน และผลิตภัณฑ์อื่นที่ต้องการความแข็งแรงสูงแต่น้ำหนักเบา เคฟลาร์เป็นวัสดุที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่ามีความแข็งแรงสูง และมีน้ำหนักเบา โดยหากเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าที่หนักเท่ากันแล้ว เคฟลาร์จะมีความแข็งแรงดึง (tensile strength) มากกว่าเหล็กกล้าถึง 5 เท่า ทำให้วัสดุชนิดนี้มีความน่าสนใจมาก ซึ่งบทความนี้จะได้นำท่านมารู้จักกับวัสดุอย่างเคฟลาร์มากขึ้น

สเตฟานี กวอเลก (Stephanie Kwolek)

          เคฟลาร์เป็นชื่อเรียกทางการค้าของเส้นใยสังเคราะห์ของโพลิพาราฟีนิลีนเทเรฟทาลาไมด์ (poly-p-phenylene terephthalamide, PPTA) ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ของบริษัท ดูปองท์ สหรัฐอเมริกา เคฟลาร์ถูกสังเคราะห์ขึ้นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1965 โดยสเตฟานี กวอเลก (Stephanie Kwolek) และเฮอร์เบิร์ต เบลดส์ (Herbert Blades) นักวิทยาศาสตร์ของบริษัทดูปองท์ ประเทศสหรัฐอเมริกา

          แต่ปัจจุบันนอกจากเคฟลาร์แล้ว ยังมีเส้นใยสังเคราะห์ที่ผลิตจาก PPTA ในชื่อการค้าอื่น เช่น Twaron (ทวารอน) ของบริษัท Akzo, Technora® (เทคโนรา) ของบริษัท Teijin, Armos® (อาร์มอส) ของบริษัท Kaiser VIAM เป็นต้น

โครงสร้างของเคฟลาร์
          เคฟลาร์เป็นเส้นใยโพลิเมอร์ประเภทพารา-อะรามีด (para-aramide) มีวงแหวนเบนซีนอยู่ในสายโซ่โมเลกุลหลัก ซึ่งเส้นใยอะรามีดสามารถแบ่งได้ 2 ประเภทตามลักษณะโครงสร้างคือ พารา-อะรามีดและเมตา-อะรามีด (meta-aramide) โดยสังเกตจากตำแหน่งของหมู่เอไมด์ (CONH) บนวงแหวนเบนซีนที่ต่างกัน

ลักษณะโมเลกุลของพารา-อะรามีด (ซ้าย) เมตา-อะรามีด (ขวา)

          ความแข็งแรงของเคฟลาร์เป็นผลสืบเนื่องจากการที่โพลิเมอร์มีความเป็นผลึก (crystallinity) สูง ซึ่งความเป็นผลึกของโพลิเมอร์เกี่ยวข้องกับลักษณะการจัดเรียงตัวของโมเลกุลของโพลิเมอร์ โดยหากโมเลกุลส่วนใหญ่ของโพลิเมอร์ที่มีลักษณะเป็นเส้นยาวสามารถยืดเป็นเส้นตรง ไม่พันกัน และจัดเรียงตัวได้เป็นระเบียบแล้ว ความเป็นผลึกของโพลิเมอร์ก็จะสูง แต่ขณะเดียวกันความเป็นผลึกของโพลิเมอร์ที่มากก็มีผลให้โพลิเมอร์แสดงสมบัติแข็ง แต่เปราะ (brittle) ได้เช่นกัน

          ในทางตรงกันข้ามหากโมเลกุลของโพลิเมอร์ไม่สามารถยืดเป็นเส้นตรง และเกี่ยวพันกันยุ่งเหยิงเหมือนเส้นก๋วยเตี๋ยว โพลิเมอร์จะมีความเป็นอสัณฐาน (amorphous) ซึ่งมีผลให้โพลิเมอร์มีความแข็งแรงลดลง แต่สามารถยืดหยุ่น (flexible) ได้มากขึ้น

โพลิเมอร์จะแสดงความแข็งแรงได้เต็มที่หากแรงกระทำมีทิศเดียวกับการเรียงตัวของโมเลกุล

สมบัติของเคฟลาร์   เคฟลาร์มีสมบัติเด่นหลายด้าน ได้แก่

• เป็นวัสดุที่มีความหนาแน่นต่ำ
• มีความแข็งแรงต่อแรงดึงในทิศระนาบสูง
• ทนทานต่อการกระแทก (impact resistance)
• ทนต่อการขัดถู (abrasion resistance)
• ทนต่อสารเคมี (chemical resistance)
• ทนต่อการสลายตัวที่อุณหภูมิสูงได้ดี

โพลิเมอร์ไม่สามารถแสดงสมบัติความแข็งแรงได้หากแรงกระทำอยู่ในทิศตั้งฉากกับการเรียงตัวโมเลกุล

สำหรับจุดด้อยของเคฟลาร์ คือ

• มีความแข็งแรงต่อแรงอัด (compression strength) ต่ำ
• ความแข็งแรงต่อแรงดึงในทิศตั้งฉากกับแนวระนาบต่ำ
• เคฟลาร์ดูดซับความชื้นได้ ส่งผลให้ความแข็งแรงของวัสดุลดลง
• เคฟลาร์จะเกิดการเสื่อมสภาพ (degrade) หากได้รับรังสียูวี
• ต้องใช้เครื่องมือพิเศษสำหรับตัดเคฟลาร์โดยเฉพาะ
• ราคาแพง

การขึ้นรูป
          สำหรับโพลิเมอร์ทั่วไป การขึ้นรูปจะใช้ความร้อนหลอมโพลิเมอร์ที่มีลักษณะเป็นเม็ด เกล็ด หรือผงให้เป็นของเหลวก่อนจะนำไปผ่านเครื่องรีด หรือเครื่องฉีดขึ้นรูป แต่การขึ้นรูปเคฟลาร์จะเริ่มจากการนำสารตั้งต้นได้แก่ สารไดอะมีน (diamine) กรดเทเรฟทาลิค (terephthanlic acid) และกรดซัลฟิวริก (sulfuric acid) เข้มข้น มาทำปฏิกิริยาเคมีเกิดเป็นสารขั้นกลาง (intermediate) และนำสารขั้นกลางที่เกิดขึ้นมาผ่านกระบวนการดึง (draw) เพื่อให้ได้เส้นใยเคฟลาร์

          การดึงเส้นใยเคฟลาร์เป็นกระบวนการที่มีความสำคัญมาก เนื่องจากการดึงเส้นใยโพลิเมอร์ในอุณหภูมิที่พอเหมาะจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงให้แก่เส้นใยได้ เพราะการดึงทำให้โมเลกุลของโพลิเมอร์มีการจัดเรียงตัวเป็นระเบียบมากขึ้น ซึ่งส่งผลให้ความเป็นผลึกของโพลิเมอร์มากขึ้นด้วย จากนั้นนำเส้นใยมาปั่นรวมเป็นเส้นด้าย และนำไปล้างเพื่อกำจัดกรดออก สุดท้ายนำเส้นใยที่ได้ไปเป่าลมให้แห้ง และม้วนเส้นด้ายเคฟลาร์เข้าแกน

ชนิดของเคฟลาร์
          ปัจจุบันมีการผลิตเคฟลาร์ออกมาหลายเกรดเพื่อให้เหมาะกับการใช้งาน ได้แก่ เคฟลาร์, เคฟลาร ์29, 49, 68,100, 119, 129, 149

• เคฟลาร์ เป็นเกรดที่ใช้เสริมความแข็งแรงในยางรถยนต์ และผลิตภัณฑ์ที่ทำจากยางชนิดอื่น เช่น สายยาง สายพาน เป็นต้น
• เคฟลาร์29 เป็นเกรดที่นิยมใช้ทำเสื้อเกราะกันกระสุน เชือก และสายเคเบิลรับน้ำหนัก
• เคฟลาร์49 เป็นเคฟลาร์เกรดที่นิยมใช้เพิ่มความแข็งแรงกับชิ้นส่วนอากาศยาน เชือก เกราะกันกระสุน อุปกรณ์ทางน้ำ อุปกรณ์กีฬา
• เคฟลาร์68 เป็นเกรดที่มีสมบัติเชิงกลต่างๆ อยู่ระหว่างเคฟลาร์29 กับเคฟลาร์49
• เคฟลาร์100 เป็นเกรดที่มีสี ใช้ทำถุงมือ และเสื้อผ้า
• เคฟลาร์119 เป็นเคฟลาร์เกรดที่ให้สมบัติความทนทานสูง ใช้เสริมความแข็งแรงในยางรถยนต์ สายพาน
• เคฟลาร์129 เป็นเคฟลาร์ที่มีความแข็งแรงต่อแรงดึงสูง ใช้ทำเชือก เสื้อเกราะ ยางรถยนต์
• เคฟลาร์149 เป็นเคฟลาร์เกรดที่มีค่าโมดูลัสสูงเป็นพิเศษ ใช้ทำเชือก และเคเบิล

การใช้ประโยชน์
          ด้วยเหตุที่เคฟลาร์มีความแข็งแรงสูง ทนทานต่อสารเคมี ทนความร้อน และน้ำหนักเบา จึงทำให้ปัจจุบันผู้ผลิตสินค้าหลายชนิดต่างนำเคฟลาร์มาใช้ในผลิตภัณฑ์ต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น

• อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคลอย่างชุดเกราะกันกระสุน ถุงมือป้องกันของมีคม ชุดของนักแข่งรถ หมวกกันน็อก
• ยานพาหนะได้แก่ ผ้าเบรกรถยนต์ ยางรถยนต์ ยางรถบรรทุก รวมถึงตัว (body) รถแข่ง รถจักรยาน รวมถึงชิ้นส่วนในเครื่องบินรบ
• เชือกหรือสายเคเบิลที่สามารถรับน้ำหนัก หรือทนแรงดึงสูงสำหรับงานอุตสาหกรรม
• อุปกรณ์กีฬาต่างๆ เช่น สายเบ็ดตกปลา ไม้เทนนิส เรือแคนู กระดานสกี เป็นต้น

          สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงตัวอย่างผลิตภัณฑ์บางชนิดที่มีการนำเคฟลาร์เป็นส่วนประกอบแล้ว คาดว่าในอนาคตต้องมีอุตสาหกรรมผลิตสินค้าอีกหลายชนิดที่จะนำเคฟลาร์ไปประยุกต์ใช้เพิ่มขึ้นอย่างแน่นอน

หมายเหตุ   ชื่อทางการค้าของเส้นใยโพลิเมอร์ประเภทเมตา-อะรามีด เช่น Nomex (โนเม็กซ์) ของบริษัทดูปองท์ เป็นต้น

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• http://en.wikipedia.org/wiki/Kevlar
• http://www.virtualsciencefair.org/2004/clar4c0/public_html/en/intro.html
• http://www.ing.unimo.it/campusone/MaterialeDidattico/Matdidattico2284/HPC_10_Organic_fibers.pdf
• http://www.machinedesign.com/BDE/materials/bdemat3/bdemat3_6.html

ไนลอน (Nylon)

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ไนลอนเป็นเส้นใยสังเคราะห์ชนิดแรกที่ถูกคิดค้นขึ้นโดย ดร. วัลเลซ แคโรเธอร์ (Wallace Carothers) และทีมวิจัยของบริษัท ดูปองท์ ประเทศสหรัฐอเมริกา เส้นใยสังเคราะห์นี้ถูกผลิตออกมาจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ครั้งแรกในปี ค.ศ. 1939 ไนลอนมีด้วยกันหลายชนิด เช่น ไนลอน 6 ไนลอน 6,6 ไนลอน 11 ไนลอน 12 ไนลอน 6,10 และอื่น ๆ แต่ที่นิยมผลิตออกมามากที่สุดมี 2 ชนิดคือ ไนลอน 6,6 และไนลอน 6 โดยไนลอน 6,6 เป็นโพลิเมอร์ที่นิยมผลิตและใช้ในประเทศสหรัฐอเมริกามากที่สุด ขณะที่ประเทศต่าง ๆ ในแถบยุโรปและแถบอื่นจะนิยมผลิตและใช้ไนลอน 6 มากกว่า

การเตรียมไนลอน 6,6

ไนลอนเป็นโพลิเมอร์ที่จัดอยู่ในกลุ่มโพลิเอไมด์ (polyamide) ทำให้สามารถผลิตไนลอนได้จากสารตั้งต้นหลายชนิด แต่สารที่นิยมใช้ทำปฏิกิริยาสังเคราะห์ไนลอน 6 คือ โพลิคาร์โปรแลคแตม (polycarprolactam) ส่วนการสังเคราะห์ไนลอน 6,6 นิยมใช้เฮกซะเมทิลีน ไดเอมีน (hexamethylene diamide) กับกรดอะดิปิค (adipic acid)

เส้นใยสังเคราะห์ไนลอนเป็นโพลิเมอร์แบบกึ่งผลึก (semi-crystalline) มีหมู่เอไมด์ -(-C-O-NH-)- อยู่ในสายโซ่โมเลกุลทำให้สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลอื่น ๆ ได้ ส่งผลให้ไนลอนเป็นโพลิเมอร์ที่คงความแข็งแรง แม้จะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง และมีความเหนียว (toughness) แม้ในที่อุณหภูมิต่ำ ให้ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ (low friction coefficient) ทนทานต่อการสึกหรอ (wear) และการขัดถู (abrasion) ตลอดจนทนทานต่อสารเคมีต่าง ๆ นอกจากนี้ไนลอนยังเป็นพลาสติกวิศวกรรม (engineering plastic) ที่สำคัญอีกชนิดหนึ่งด้วย

ไนลอนใช้เป็นเสื้อผ้าก็ย่อมได้

เส้นใยไนลอน
การนำไนลอนซึ่งเป็นโพลิเมอร์มาปั่นเป็นเส้นใยจะใช้วิธีการปั่นหลอม (melt spinning) โดยหลอมไนลอนในเครื่องปั่นหลอม (melt extruder) และฉีดไนลอนเหลวผ่านหัวฉีด (spinnerets)ซึ่งเส้นใยไนลอนที่ได้จะถูกดึงยืดในขณะเดียวกันเพื่อเพิ่มความแข็งแรง การผลิตเส้นใยไนลอนจำเป็นต้องคำนึงถึงเรื่องของน้ำหนักโมเลกุลเป็นสำคัญ เพราะน้ำหนักโมเลกุลจะมีผลต่อค่าความหนืด (viscosity) ของไนลอนที่ทำการหลอม ค่าน้ำหนักโมเลกุลของไนลอนที่เหมาะสำหรับการปั่นเป็นเส้นใยจะอยู่ในช่วง 12,000 – 20,000 เท่านั้น หากไนลอนมีน้ำหนักโมเลกุลต่ำเกินไปจะส่งผลให้โพลิเมอร์มีความเปราะ ขาดง่าย จนไม่สามารถขึ้นรูปเป็นเส้นใยได้ ตรงกันข้ามหากไนลอนมีน้ำหนักโมเลกุลสูงมากเกินไปจะทำให้ไนลอนมีจุดหลอมเหลว (melting temperature) สูงขึ้นทำให้การปั่นหลอมไนลอนกระทำได้ยากซึ่งโพลิเมอร์ที่มีสมบัติแบบนี้จะไม่เหมาะที่จะนำมาทำเป็นเส้นใยเช่นกัน

ความแตกต่างระหว่างไนลอน 6 และไนลอน 6,6
ไนลอนทั้งสองชนิดต่างมีสมบัติทางกายภาพ และสมบัติเชิงกลที่ใกล้เคียงกัน แต่ไนลอน 6,6 จะมีสมบัติเหนือกว่าไนลอน 6 เล็กน้อย แต่มีสิ่งหนึ่งที่ควรพิจารณาเป็นพิเศษคือ เรื่องจุดหลอมเหลวของโพลิเมอร์กับการใช้งาน เนื่องจากไนลอน 6 มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าไนลอน 6,6 ดังนั้นเสื้อผ้าที่ผลิตจากไนลอน 6 จึงต้องใช้ความระมัดระวังในการรีดเสื้อผ้ามากกว่าไนลอน 6,6

ขนแปรงสีฟัน

การประยุกต์ใช้
ไนลอนเป็นวัสดุที่ทางบริษัท ดูปองท์ ตั้งใจผลิตขึ้นมาเพื่อใช้ทดแทนวัสดุธรรมชาติที่มีราคาสูงอย่างขนสัตว์ และเส้นใยไหม (silk) แต่สินค้าชนิดแรกที่ผลิตจากไนลอนคือ ขนแปรงสีฟัน ขณะที่สินค้าที่สร้างชื่อเสียงให้แก่ไนลอนอย่างมากคือ ถุงน่องของสุภาพสตรีที่ใช้เส้นใยไนลอนในการผลิตแทนเส้นใยไหม และด้วยเหตุที่ไนลอนมีทั้งความแข็งแรง และมีสมบัติเชิงกลต่าง ๆ ดี โพลิเมอร์ชนิดนี้จึงถูกประยุกต์ใช้กับผลิตภัณฑ์ทางการทหารหลายอย่าง เช่น ร่มชูชีพ (parachutes) และเชือก เป็นต้น ทุกวันนี้ไนลอนไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่การเป็นวัสดุในวงการสิ่งทอแต่เพียงอย่างเดียวแล้ว แต่ไนลอนได้ขยายขอบเขตการใช้งานเข้าไปในอุตสาหกรรมอื่นด้วย อย่างการใช้ไนลอนเป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตเฟือง (gear) ข้อต่อ (fitting) ล้อ (wheel) เป็นต้น

ชิ้นส่วนที่ทำจากไนลอน

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• http://www.mtec.or.th/th/research/textile/textile_sci.html
• http://www.engr.utk.edu/mse/pages/Textiles/Nylon%20fibers.htm
• http://en.wikipedia.org/wiki/Nylon
• http://www.packagingtoday.com/intronylon.htm
• http://www.mtec.or.th/th/research/textile/textile_sci.html

สารเทฟลอน: สารที่ลื่นที่สุด

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

 ปัจจุบันมีสินค้าหลายชนิดที่ผสมหรือเคลือบสารเทฟลอน (Teflon) ไว้ในผลิตภัณฑ์ ไม่ว่าจะเป็นเครื่องครัวโลหะต่าง ๆ หรือสีทาผนังบางยี่ห้อ เป็นต้น โดยเครื่องครัวและสีที่มีสารเทฟลอนผสมหรือเคลือบอยู่จะมีข้อดีคือ ช่วยให้ทำความสะอาดได้ง่าย เนื่องจากไม่ค่อยมีคราบสกปรกมาเกาะ หรืออาหารไม่ติดที่ก้นภาชนะเครื่องครัว

โมเลกุลของสารเทฟลอนแบบ 3D (ซ้าย) สูตรโมเลกุลของสารเทฟลอน (ขวา)

สารเทฟลอนคืออะไร?

สารเทฟลอน (Teflon) เป็นชื่อทางการค้าของสารโพลิเตตระฟลูออโรเอทิลีน (polytetrafluoroethylene, PTFE) ดร.รอย เจ. พลันเก็ตต์ (Roy J. Plunkett) วิศวกรของบริษัทดูปองต์ เป็นผู้สังเคราะห์สารนี้ได้ในปี ค.ศ. 1938 ในขณะที่เขากำลังทดลองหาสารทำความเย็นตัวใหม่ ในตอนแรกบริษัทดูปองต์เองก็ไม่รู้ว่าจะนำสิ่งที่พบนี้ไปใช้ในทางการค้าได้อย่างไร จนกระทั่งปี ค.ศ. 1946 บริษัทดูปองต์ก็สามารถเปิดตัวสินค้าประเภทชิ้นส่วนเครื่องจักรที่เคลือบสารเทฟลอนออกมา ซึ่งระยะแรกนั้นสินค้าที่มีการเคลือบสารเทฟลอนก็ยังจำกัดอยู่เฉพาะสินค้าอุตสาหกรรมเท่านั้น จนกระทั่งช่วงกลางของทศวรรษที่ 1950 จึงมีการผลิตเครื่องครัวที่เคลือบด้วยสารเทฟลอนออกวางจำหน่ายในท้องตลาด

ดร.รอย เจ. พลันเก็ตต์

สารเทฟลอนมีสมบัติเด่นคือ สารมีค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานต่ำ หากพูดในอีกลักษณะที่ไม่ใช่วิชาการคือ สารเทฟลอนเป็นสารที่ “ลื่น” นั่นเอง เมื่อสารเทฟลอนมีสมบัติลื่นมาก ผู้ผลิตสินค้าจึงใช้สารนี้รองพื้นผิวผลิตภัณฑ์ เช่น เครื่องครัวทำให้หมดปัญหาเรื่องอาหารติดกะทะ และเมื่อทอดยังไงอาหารก็ไม่ติดกะทะ ดังนั้นผู้บริโภคก็สามารถลดปริมาณไขมันในการประกอบอาหารลงได้ ซึ่งเป็นการรักษาสุขภาพทางอ้อม นอกจากนี้สารเทฟลอนยังถูกใช้เคลือบอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น ลูกปืน เฟือง (gear) เพื่อลดความเสียดทานขณะเคลื่อนไหว

เนื่องจากสารมีความลื่นมาก ดังนั้นมันจึงถูกนำมาประยุกต์ใช้เพื่อลดแรงเสียดทานระหว่างผิววัสดุผลิตภัณฑ์หลายชนิด เช่น ลูกปืน เป็นต้น หรือแม้แต่ในผลิตภัณฑ์บางอย่างเช่น กระสุนปืน (bullet) ก็มีการใช้สารเทฟลอนมาประยุกต์ด้วย โดยผู้ผลิตกระสุนบางรายเคลือบหัวกระสุนด้วยสารเทฟลอนเพื่อลดแรงเสียดสีขณะลูกกระสุนวิ่งออกจากลำกล้องทำให้ลดความสึกหรอในลำกล้องปืน

สมบัติเด่นอีกอย่างของสารเทฟลอนคือ ความเฉื่อยต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับสารอื่น ดังนั้นจึงมีการใช้สารนี้เคลือบผลิตภัณฑ์ประเภทท่อและบรรจุภัณฑ์ที่ต้องสัมผัสกับสารเคมีบางชนิดที่ไวต่อการเกิดปฏิกิริยา

ความลับของสารเทฟลอน

การที่สารเทฟลอนมีความลื่น และเฉื่อยต่อการเกิดปฏิกิริยากับสารเคมีอื่นนั้น มีสาเหตุจากโครงสร้างโมเลกุลของตัวสารเอง สารเทฟลอนมีสูตรโมเลกุล –[-CF₂-CF₂-]n- ที่ประกอบด้วยพันธะของคาร์บอน–คาร์บอน (C-C) และพันธะของคาร์บอน–ฟลูออรีน (C-F) ซึ่งพันธะระหว่างอะตอมทั้งสองชนิดเป็นพันธะเดี่ยว (single bond) ที่มีความแข็งแรงมาก การสลายพันธะจะต้องใช้พลังงานปริมาณมาก และเนื่องจากโมเลกุลของสารเทฟลอนเป็นโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว (nonpolar) จึงทำให้สารเทฟลอนเฉื่อยต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับสารอื่น

นอกจากนี้สมบัติความลื่นของสารเทฟลอนก็เกิดเนื่องจากแรงที่กระทำบริเวณผิวโมเลกุล (interfacial forces) ของสารเทฟลอนและโมเลกุลของสารอื่นมีน้อย ดังนั้นสารเทฟลอนจึงแสดงสมบัติความลื่นออกมา

สารเทฟลอนติดอยู่บนผิวภาชนะได้อย่างไร?

เมื่อสารเทฟลอนลื่นมากจนไม่มีสารใดเกาะติดได้ แล้วผู้ผลิตนำสารนี้ไปเคลือบติดอผิวภาชนะได้อย่างไร? การเคลือบสารเทฟลอนลงบนพื้นผิวภาชนะมีหลายวิธี ซึ่งวิธีหนึ่งที่ใช้เคลือบสารเทฟลอนคือ นำภาชนะที่จะเคลือบมาขัดเซาะผิว จากนั้นพ่นสารรองพื้น (primer) ลงไป แล้วเคลือบด้วยสารเทฟลอน นำผลิตภัณฑ์ไปอบแห้ง และเคลือบสารเทฟลอนทับซ้ำลงไปอีกครั้งแล้วนำไปอบให้แห้ง ขณะที่อีกวิธีหนึ่งที่ใช้เคลือบสารเทฟลอนทำโดยนำผงสารเทฟลอนผสมกับน้ำ และทำการฉีดพ่นลงบนพื้นผิวของภาชนะที่ต้องการแล้วนำไปอบ

ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ที่เคลือบด้วยสารเทฟลอน

ความปลอดภัย

โดยทั่วไปสารเทฟลอนไม่มีอันตราย แต่มีข้อมูลหนึ่งที่น่าสนใจคือ เมื่อเผาภาชนะเปล่าที่เคลือบด้วยสารเทฟลอนจนอุณหภูมิสูงเกินกว่า 400 องศาเซลเซียส (สารเทฟลอนมีจุดหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 327 องศาเซลเซียส) อนุภาคของสารเทฟลอนจะกลายเป็นไอและหลุดออกมาสู่บรรยากาศ ซึ่งไอของมัน สามารถทำให้เกิดอาการคล้ายกับอาการไข้จากหวัด (Polymer fume fever) แต่ปัญหานี้จะไม่เกิดขึ้นหากใช้งานภาชนะเคลือบสารเทฟลอนในช่วงอุณหภูมิใช้ทำอาหารทั่วไป

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• http://www.pslc.ws/mactest/level2.htm
• http://www.material.chula.ac.th/Radio47/March/radio3-3.htm
• http://www.material.chula.ac.th/RADIO44/november/radio11-4.htm
• http://www.school.net.th/library/create-web/10000/science/10000-204.html

วัสดุน่ารู้ : รู้จักกับ ABS

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

            เอบีเอส (ABS) เป็นชื่อย่อของ อะคริโลไนไตรล์-บิวทาไดอีน-สไตรีน (acrylonitrile-butadiene-styrene) ซึ่งเป็นเทอร์โมพลาสติก* ชนิดหนึ่ง เราพบและ “สัมผัส”พลาสติกชื่อเหมือนระบบเบรกของรถยนต์ชนิดนี้ได้บ่อยมากอย่างไม่ทันสังเกต เนื่องจากมันเป็นส่วนประกอบในเครื่องใช้ไฟฟ้าหลากหลายชนิดที่ใช้ในชีวิตประจำวันตั้งแต่สินค้าไฮเทคอย่างเครื่องคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ คอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊ค โทรศัพท์มือถือ โทรทัศน์ ไดร์เป่าผมเรื่อยไปจนกระทั่งของเด็กเล่นอย่างตัวต่อเลโก้ (lego) เป็นต้น เพราะว่าพลาสติกชนิดนี้ถูกใช้เป็นวัสดุสำหรับตัวกล่อง (case) หรือตัวสินค้าภายนอกนั่นเอง แล้วพลาสติกชนิดนี้มีสมบัติหรือความโดดเด่นในด้านใดบ้าง?

สมบัติของพลาสติก
                โดยทั่วไปพลาสติกที่มีความแข็ง จะมีลักษณะแข็งแต่เปราะ หรือหากมีสมบัติแข็งเหนียวก็จะมีลักษณะอ่อนนิ่มร่วมด้วย แต่เอบีเอสแตกต่างจากพลาสติกทั่วไป เพราะเป็นพลาสติกที่มีความสมดุลทั้งในเรื่องความแข็ง (hardness) และความเหนียว (toughness) ทำให้พลาสติกมีสมบัติทนแรงกระแทก (impact resistance) ดี นอกจากนี้เอบีเอสยังมีสมบัติเด่นอีกหลายเรื่อง เช่น ทนต่อแรงเสียดสี (abrasion) คงสภาพรูปร่างได้ดี (dimension stability) ทนความร้อน ทนสารเคมี มีช่วงอุณหภูมิใช้งานกว้าง (ตั้งแต่ -20 ?C -80 ?C) และสามารถขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ได้หลายวิธี

โครงสร้างกับสมบัติทางกายภาพ
                เอบีเอสเป็นเทอร์โมพลาสติก (thermoplastic) ที่ได้จากการทำปฏิกิริยาการเกิดโพลิเมอร์ของโมโนเมอร์ 3 ชนิด คือ สไตรีน (styrene) อะคริโลไนไตรล์ (acrylonitrile) และโพลิบิวทาไดอีน (polybutadiene) ซึ่งโพลิเมอร์ที่ได้จากโมโนเมอร์ 3 ชนิดเรียกว่า เทอร์โพลิเมอร์ (terpolymer) โมโนเมอร์แต่ละชนิดที่ใช้เป็นวัตถุดิบสังเคราะห์เอบีเอสขึ้นมานั้น ล้วนมีผลต่อสมบัติของพลาสติกทั้งสิ้น อะคริโลไนไตรล์มีผลต่อสมบัติการทนความร้อนและสารเคมี  บิวทาไดอีนมีผลต่อสมบัติความทนทานต่อแรงกระแทก (impact strength) และสไตรีนมีผลทำให้พลาสติกมีพื้นผิวเป็นมันเงา ตัดแต่งวัสดุได้ง่าย และช่วยลดต้นทุน
เนื่องจากเอบีเอสเป็นพลาสติกที่ได้จากการนำโมโนเมอร์ 3 ชนิดมาผลิต ดังนั้นผู้ผลิตเอบีเอสจึงสามารถปรับเปลี่ยนสัดส่วนของโมโนเมอร์ทั้งสามชนิดเพื่อให้ได้สมบัติอย่างที่ต้องการ ซึ่งเอบีเอสที่จำหน่ายในท้องตลาดจะประกอบด้วยอะคริโลไนไตรล์ประมาณ 15-30 % โพลิบิวทาไดอีน ประมาณ 5-30% และสไตรีนประมาณ 45-75%

การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม

รถยนต์
                พลาสติกที่จะนำมาใช้ในรถยนต์มักถูกกำหนดเกณฑ์เรื่องคุณภาพไว้ค่อนข้างสูง โดยพลาสติกต้องมีสภาพหรือรูปร่างดีไม่โก่งงอหรือบิดตัวในสภาวะที่มีความเค้น (stress) หรือสภาพที่ต้องเผชิญการเปลี่ยนอุณหภูมิช่วงกว้าง ซึ่งเอบีเอสมีสมบัติต่าง ๆ สูง จึงรองรับสภาพการใช้งานในรถยนต์ได้ดี

เครื่องใช้ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
                ความต้องการเรื่องวัสดุสำหรับอุตสาหกรรมผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แตกต่างจากอุตสาหกรรมรถยนต์ วัสดุที่ใช้เป็นโครงภายนอกของเครื่องใช้ไฟฟ้านอกจากจะต้องมีความแข็งแรง ทนต่อการขีดข่วน (scratch) และการเสียดสี (wear) ดีแล้วยังต้องมีความสวยงาม เช็ดทำความสะอาดง่าย และไม่เกิดไฟฟ้าสถิตซึ่งเอบีเอสสามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้

เครื่องใช้สำนักงาน
                เครี่องใช้อุปกรณ์สำนักงานต้องการแบบที่ดูดีและมีสีสันสวยงาม ซึ่งเอบีเอสสามารถตอบสนองได้ดีเนื่องจากผสมสีสันได้หลากหลาย และบางเกรดก็สามารถนำมาชุบเคลือบด้วยไฟฟ้าเพื่อให้ได้ผิวแวววาวเหมือนโลหะ อีกทั้งสามารถเลือกใช้กระบวนการขึ้นรูปเพื่อให้ชิ้นงานหรือผลิตภัณฑ์มีพื้นผิวเป็นมันเงา หรือเรียบด้านแล้วแต่ความต้องการ

* เทอร์โมพลาสติกคือพลาสติกที่จะอ่อนตัวและหลอมเหลวหากให้ความร้อนแก่พลาสติก ดังนั้นเอบีเอสจึงเป็นพลาสติกที่นำกลับมารีไซเคิลได้

วัสดุน่ารู้ : โพลิเมอร์คอมโพสิต

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

คอมโพสิต คือ อะไร?

            คอมโพสิต เป็นวัสดุที่ประกอบด้วยการรวมวัสดุมากกว่า 2 ประเภทเข้าด้วยกัน โดยทั่วไปคอมโพสิตจะมีวัสดุที่เป็นเนื้อหลัก (matrix) และวัสดุเสริมแรง (reinforcement materials) ที่กระจายตัวอยู่ในเนื้อหลักนั้น วัสดุที่เป็นเนื้อหลักจะรองรับวัสดุเสริมแรงให้อยู่ในรูปร่างที่กำหนด ขณะที่วัสดุเสริมแรงจะช่วยเพิ่มหรือปรับปรุงสมบัติเชิงกลของวัสดุเนื้อหลักให้สูงขึ้น ซึ่งวัสดุเสริมแรงอาจมีลักษณะเป็นเส้น ก้อน อนุภาค หรือเกล็ดก็ได้ แทรกอยู่ในวัสดุเนื้อหลัก (base materials) อย่างโลหะ เซรามิกส์ หรือโพลิเมอร์ ผลของการรวมวัสดุต่างกัน 2 ประเภทเข้าด้วยกันทำให้คอมโพสิตมีความแข็งแรงโดยรวมมากกว่าเมื่อเทียบกับความแข็งแรงของวัสดุแต่ละประเภทโดยลำพัง ปัจจุบันวัสดุคอมโพสิตแบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือ

1. โพลิเมอร์คอมโพสิต (polymer matrix composites- PMC’s) ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่พบเห็นได้ง่ายของคอมโพสิตกลุ่มนี้คือ ผลิตภัณฑ์ที่ทำจาก ”ไฟเบอร์กลาส” ต่าง ๆ โพลิเมอร์คอมโพสิตมีโพลิเมอร์ซึ่งอาจจะเป็นพลาสติก หรือยางเป็นเนื้อหลัก และใช้วัสดุเสริมแรงได้หลายชนิด เช่น เส้นใยแก้ว เส้นใยคาร์บอน เส้นลวดโลหะ เป็นต้น

   

2. เซรามิกคอมโพสิต (ceramic matrix composites- CMC’s) เรารู้จักและคุ้นเคยกับคอมโพสิตกลุ่มนี้ดี คอนกรีตและคอนกรีตเสริมเหล็ก (ปูน กรวด ทราย เหล็กเส้น) เป็นตัวแทนที่พบเห็นได้ทั่วไปของวัสดุกลุ่มนี้ ขณะที่วัสดุเซรามิกคอมโพสิตรุดหน้า (advanced composite) มีเนื้อหลักเป็นเซรามิก และใช้วัสดุเสริมแรงเป็นเส้นใย คอมโพสิตกลุ่มนี้มักนำมาใช้งานในสภาวะแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง เช่น กังหันใบพัดของเครื่องยนต์ไอพ่น เป็นต้น

   

3. เมทัลคอมโพสิต (metal matrix composites- MMC’s) คอมโพสิตกลุ่มนี้พบมากในผลิตภัณฑ์กลุ่มอุตสาหกรรมยานยนต์ เมทัลคอมโพสิตมีโลหะเป็นเนื้อหลัก เช่น อะลูมิเนียม เป็นต้น สำหรับวัสดุเสริมแรงของคอมโพสิตกลุ่มนี้เป็นวัสดุเซรามิกส์ เช่น กลุ่มคาร์ไบด์ กลุ่มไนไตรด์ เป็นต้น

แม้ว่าคอมโพสิตมีขอบข่ายกว้างครอบคลุมวัสดุ 3 ประเภทข้างต้น แต่ในที่นี้ขอพูดถึงเฉพาะโพลิเมอร์คอมโพสิตเท่านั้น

            โพลิเมอร์บางชนิด เช่น อีพ็อกซี่ และโพลิเอสเทอร์มักมีข้อจำกัดในการใช้งาน เนื่องจากโพลิเมอร์เหล่านี้มีความแข็งแรงเชิงกลต่ำเมื่อเทียบกับวัสดุอื่น เช่น โลหะ เป็นต้น แต่โพลิเมอร์มีจุดเด่นเรื่องขึ้นรูปง่าย สามารถขึ้นรูปทรงที่มีรายละเอียดซับซ้อนได้ง่าย และมีน้ำหนักเบา (ความหนาแน่นต่ำ) ขณะที่วัสดุเช่น แก้ว อะรามีด (aramide) และโบรอน (boron) มีจุดเด่นเรื่องความแข็งแรงต่อแรงดึง (tensile strength) และความแข็งแรงต่อแรงกด (compressive strength) สูง แต่ว่าวัสดุที่กล่าวมานั้นเมื่อปรากฏในรูปของ “ของแข็ง” แล้ว สมบัติเด่นเหล่านี้ปรากฏออกมาได้ไม่ชัดเจนเนื่องจากวัสดุสามารถแตกหักจากความเค้น (stress) ได้ง่ายเพียงแค่ผิวของวัสดุมีรอยตำหนิขนาดเล็กเท่านั้น

            ดังนั้นการผสมโพลิเมอร์กับเส้นใยเสริมแรง เช่น เส้นใยแก้ว เส้นใยคาร์บอนจะทำให้วัสดุมีสมบัติดีขึ้น เพราะเป็นการรวมเอาจุดเด่นของวัสดุโพลิเมอร์กับจุดเด่นของเส้นใยเสริมแรงเข้าไว้ด้วยกัน (ดังแสดงในกราฟที่ 1) โดยเนื้อหลักของโพลิเมอร์ทำหน้าที่กระจายแรงที่กระทำต่อวัสดุลงไประหว่างเส้นใยแต่ละเส้น และโพลิเมอร์ยังทำหน้าที่ปกป้องเส้นใยไม่ให้เสียหายเนื่องจากการเสียดสีและการกระแทก ผลของการรวมโพลิเมอร์กับเส้นใยเสริมแรงทำให้วัสดุโพลิเมอร์คอมโพสิตมีจุดเด่นหลายอย่าง ได้แก่ มีค่าความแข็งแรงและความแข็งตึง (stiffness) สูง สามารถขึ้นรูปง่าย น้ำหนักเบา และทนทานต่อสภาพแวดล้อมต่าง ๆ

ปัจจัยที่มีผลต่อสมบัติของวัสดุคอมโพสิต

1. สมบัติของเส้นใยเสริมแรง
2. สมบัติของโพลิเมอร์ (เรซิน)
3. สัดส่วนของเส้นใยเสริมแรง (Fibre Volume Fraction – FVF) เนื่องจากวัสดุที่เป็นเส้นใยเสริมแรงมักมีสมบัติเชิงกลสูงกว่าโพลิเมอร์ ดังนั้นหากคอมโพสิตมีเส้นใยเสริมแรงมากขึ้นจะทำให้วัสดุมีสมบัติเชิงกลสูงขึ้น แต่การผสมเส้นใยเสริมแรงกับโพลิเมอร์ก็มีขีดจำกัดเนื่องจากเส้นใยเสริมแรงควรมีเนื้อโพลิเมอร์ห่อหุ้มอยู่โดยรอบ โดยทั่วไปการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์คอมโพสิต เช่น เรือไฟเบอร์กลาสจะนิยมขึ้นรูปด้วยวิธีที่เรียกว่า แฮนด์เลย์อัพ (hand lay-up) ซึ่งจะมีสัดส่วนของเส้นใยเสริมแรงประมาณ 30-40% แตกต่างจากชิ้นงานคอมโพสิตที่ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศที่ผลิตด้วยเทคโนโลยีขั้นสูงจะมีสัดส่วนของเส้นใยประมาณ 70%
4. การจัดเรียงตัว (orientation) ของเส้นใยในคอมโพสิต เนื่องจากเส้นใยเสริมแรงให้ค่าสมบัติเชิงกลตามแนวยาวสูงกว่าแนวขวาง ดังนั้นหากเส้นใยในคอมโพสิตมีการจัดเรียงตัวไปในทิศทางเดียวกันแล้ว สมบัติเชิงกลของคอมโพสิตที่แสดงออกมาจะมีค่าแตกต่างกันตามแนวแรงที่กระทำ ดังนั้นสิ่งสำคัญอย่างหนึ่งที่ต้องพิจารณาตั้งแต่การออกแบบคือ ขนาดและลักษณะแรงที่กระทำต่อชิ้นงาน

การรับแรงของวัตถุ โดยทั่วไปแรงที่กระทำต่อวัตถุมีด้วยกัน 4 ประเภทคือ

1. แรงดึง (Tension) รูปที่ 2 แสดงลักษณะแรงดึงที่กระทำต่อคอมโพสิต การตอบสนองต่อแรงกระทำของวัสดุขึ้นอยู่กับแรงดึงและความแข็งแรงเชิงกลของเส้นใยเสริมแรงที่ใช้
   

   

2. แรงกดอัด (Compression) รูปที่ 3 แสดงลักษณะคอมโพสิตที่ได้รับแรงกดอัด ในสภาพนี้ความแข็งแรงของวัสดุจะขึ้นกับสมบัติความแข็งตึง และการยึดติด (adhesion) ของเนื้อโพลิเมอร์เป็นหลัก เนื่องจากโพลิเมอร์ทำหน้าที่ห่อหุ้มเส้นใยเสริมแรงให้อยู่ในลักษณะเส้นตรงและป้องกันไม่ให้เส้นใยโค้งงอ

   

3. แรงเฉือน (Shear) ลักษณะแรงที่กระทำต่อคอมโพสิตมีทิศทางตรงข้ามกัน และแนวแรงอยู่ต่างระดับกัน ดังรูปที่ 4 ภายใต้สภาวะแบบนี้โพลิเมอร์จะมีบทบาทอย่างมากในเรื่องการยึดติดกับเส้นใยเสริมแรงไม่ใช่ในเรื่องสมบัติความแข็งแรงเชิงกล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในคอมโพสิตที่มีการเรียงเส้นใยเสริมแรงเป็นชั้น ๆ

   

4. แรงดัด (Flexure) ลักษณะของแรงที่กระทำกับวัตถุมีลักษณะผสมของแรงดึง แรงเฉือน และแรงกดอัด 3 แรงเข้าด้วยกัน จากรูปที่ 5 เห็นได้ว่ากึ่งกลางของด้านบนของวัตถุถูกแรงกดอัดกระทำ ขณะที่ใต้วัตถุจะถูกแรงยืดและแรงเฉือนจากการยืดตัวของวัตถุ

คอมโพสิตกับวัสดุอื่น

            เมื่อทราบถึงปัจจัยที่มีผลต่อสมบัติของคอมโพสิตทั้ง 4 ข้อแล้ว ผู้ผลิตก็สามารถนำข้อมูลเหล่านั้นมาพิจารณาเลือกชนิดเส้นใยเสริมแรง และชนิดโพลิเมอร์ที่เหมาะสม รวมถึงทิศทางของแรงที่กระทำเพื่อจัดวางตำแหน่งเส้นใยเสริมแรงให้เหมาะสม เพื่อผลิตชิ้นงานคอมโพสิตออกมาให้ได้สมบัติเชิงกลตามต้องการ

            กราฟด้านล่างเปรียบเทียบสมบัติของคอมโพสิตกับวัสดุอื่นบางชนิด เส้นกราฟของคอมโพสิตแต่ละชนิดที่แสดงออกมาเป็นช่วงหมายถึง ค่าสมบัติเชิงกลขั้นต่ำและค่าสมบัติเชิงกลขั้นสูง โดยค่าสมบัติเชิงกลขั้นต่ำเป็นคอมโพสิตที่ผลิตด้วยเทคโนโลยีทั่วไป เช่น วิธีการขึ้นรูปแบบแฮนด์เลย์อัพ ส่วนค่าสมบัติเชิงกลขั้นสูงเป็นค่าที่ได้จากคอมโพสิตที่ผลิตด้วยเทคโนโลยีระดับสูง อย่างชิ้นงานคอมโพสิตที่ใช้กับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศที่ผลิตด้วยเทคโนโลยี autoclave moulding เป็นต้น ขณะที่เส้นกราฟของวัสดุชนิดอื่น เช่น เหล็กกล้าที่แสดงออกมาเป็นช่วงเนื่องจากเหล็กกล้ามีมากมายหลายเกรด เช่นเดียวกับไม้ อะลูมิเนียมผสม และไทเทเนียม

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=962#_Comparison_with_Other
• http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=978#_Reinforcements
• http://www.efunda.com/formulae/solid_mechanics/composites/comp_intro.cfm
• http://en.wikipedia.org/wiki/Composites

วิทยาศาสตร์ในผลิตภัณฑ์ : ยางประหยัดน้ำมัน

                ในสภาวการณ์น้ำมันแพงแบบนี้ ทำให้มีการรณรงค์เรื่องการประหยัดน้ำมัน ประหยัดพลังงาน และส่งเสริมให้ใช้แก๊สโซฮอล์อย่างต่อเนื่อง ซึ่งนอกเหนือจากการประชาสัมพันธ์รณรงค์การประหยัดพลังงานแล้ว ก็มีการประชาสัมพันธ์เทคนิคหรืออุปกรณ์ช่วยประหยัดน้ำมันต่าง ๆ ทั้งที่เป็นแนวความคิดเก่า หรือแนวความคิดใหม่เป็นระยะ และหนึ่งในผลิตภัณฑ์ช่วยประหยัดน้ำมันที่มีการประชาสัมพันธ์อย่างชัดเจนก็คือ “ยางประหยัดน้ำมัน” นั่นเอง แต่เคยสงสัยหรือไม่ว่า ยางรถยนต์ประหยัดน้ำมันที่ประชาสัมพันธ์กันนั้น ช่วยประหยัดน้ำมันได้อย่างไร?

ปัจจัยที่มีผลต่อความประหยัดน้ำมัน

                ในที่นี้ไม่ได้หมายถึงปัจจัยอย่างสภาพการจราจรที่หนาแน่น-ไม่หนาแน่น สภาพเครื่องยนต์เก่า-ใหม่ แต่หมายถึงปัจจัยที่มีผลโดยอิงหลักการทางวิทยาศาสตร์ของการเคลื่อนที่ ซึ่งสามารถวิเคราะห์ออกมาได้ว่า ประสิทธิภาพการใช้น้ำมันของรถยนต์คันหนึ่งนั้นเป็นผลจากการเอาชนะแรงต้านการเคลื่อนที่ทั้งหลาย ไม่ว่าจะเป็นความเฉื่อยของรถยนต์ (ตามกฎของนิวตัน) ความเสียดทานจากถนน แรงฉุดของอากาศ (air drag) และแรงต้านทานการหมุนของล้อ (rolling resistance) ดังนั้นคงเห็นได้ชัดเจนว่าแรงต้านทานการเคลื่อนที่นั้นมีอะไรบ้าง แต่ว่าแรงต้านแต่ละชนิดนั้นมีผลหรืออิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของรถยนต์มาก-น้อยเพียงใด?

จากการศึกษาอิทธิพลของแรงต้านต่าง ๆ รวมถึงลักษณะการขับขี่ต่อความประหยัดน้ำมัน ได้พบข้อมูลที่น่าสนใจว่า การขับขี่ในเมืองหลวงที่รถมีการเคลื่อนที่และหยุดบ่อย ๆ นั้น แรงต้านจากความเฉื่อย (จากการออกตัวและการเบรก) มีผลกับการใช้พลังงาน 35% ความเสียดทานของถนนมีผลประมาณ 45% แรงฉุดจากอากาศมีผลประมาณ 5% และแรงต้านทานการหมุนของล้อมีผลประมาณ 15%
ขณะที่การขับขี่รถยนต์นอกเมือง (ขับด้วยความเร็วคงที่) ถือว่าไม่มีการออกตัวและเบรกเหมือนการขับขี่ในเมือง แรงต้านจากความเฉื่อยจึงไม่ถูกรวมเข้ามา ดังนั้นแรงต้านที่เหลือจึงมีเพียงแรงเสียดทานจากถนนที่มีผลประมาณ 15% ขณะที่แรงต้านทานการหมุนของล้อมีผลประมาณ 25% แต่แรงฉุดจากอากาศจะมีผลถึง 60%
                จากข้อมูลนี้เห็นได้อย่างชัดเจนว่า มีเพียงแรงฉุดของอากาศกับแรงต้านการหมุนของล้อเท่านั้นที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ แรงฉุดของอากาศเป็นแรงที่มีทิศทางตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ สามารถลดได้โดยออกแบบรถยนต์ให้มีรูปทรงโค้งมนและมีผิวเรียบ ส่วนแรงต้านทานการหมุนของล้อเป็นแรงที่เกิดขณะวัตถุมีการหมุน แรงนี้มีสาเหตุเนื่องจากการเสียรูปของวัตถุบริเวณพื้นผิวสัมผัส เช่น บริเวณพื้นผิวสัมผัสระหว่างดอกยางและผิวถนน เป็นต้น ดังนั้นแรงต้านทานการหมุนจึงขึ้นอยู่กับความแข็ง ความยืดหยุ่นของวัสดุแต่ละชนิด ตัวอย่างเช่น ล้อยางมีแรงต้านทานการหมุนมากกว่าล้อเหล็ก พื้นทรายมีแรงต้านทานการหมุนมากกว่าพื้นคอนกรีต ยางรถที่มีหน้ายางกว้างจะมีแรงต้านทานการหมุนมากกว่ายางรถหน้ายางแคบ เป็นต้น

การลดแรงต้านทานการหมุนเพื่อประหยัดน้ำมัน
                จะลดแรงต้านทานการหมุนของล้อลงได้อย่างไร? มีการวิจัยตั้งแต่ช่วงต้นทศวรรษที่ 1990 พบว่าการผสมซิลิกา (silica) ลงในสูตรเนื้อยางสำหรับผลิตดอกยาง (tread) สามารถลดแรงต้านทานการหมุนของล้อลงได้มากกว่าล้อยางทั่วไปประมาณ 20% ทั้งนี้เนื่องจากซิลิกาทำหน้าที่เป็นสารตัวเติมเสริมแรง (reinforcement) ชั้นดีให้กับเนื้อยาง ทำให้ยางมีความแข็งแรงมากขึ้น จึงเกิดการเสียรูปขณะสัมผัสกับผิวถนนน้อยลง ขณะที่ยางทั่วไปในปัจจุบันนิยมใช้ผงเขม่าดำ (carbon black) เป็นสารตัวเติมเสริมแรงเพราะมีราคาถูก และจากผลการทดสอบในรถยนต์จริงได้ข้อมูลออกมาว่า การนำซิลิกาไปใช้เป็นสารตัวเติมในดอกยางจะช่วยให้รถยนต์ประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงได้เพิ่มขึ้นประมาณ 5%
                อาจมีคำถามเกิดขึ้นมาว่า การลดแรงต้านทานการหมุนของล้อช่วยประหยัดน้ำมันได้อย่างไร? หากกำหนดว่าในระยะทางเท่ากัน รถยนต์ยี่ห้อเดียวกัน ขนาดเครื่องยนต์เท่ากัน บรรทุกของหนักเท่ากัน วงล้อรถยนต์ย่อมต้องหมุนเท่ากัน ใช้เวลาในการขับเท่ากัน แล้วมันจะประหยัดน้ำมันได้อย่างไร? ณ จุดนี้ต้องพิจารณาว่า เมื่อแรงต้านทานการหมุนของล้อลดลงหมายความว่า การเหยียบคันเร่งขณะออกตัว และขณะเร่งความเร็วไม่ต้องเหยียบมากเท่าเดิม จึงส่งผลให้อัตราการจ่ายน้ำมันไปเผาไหม้ในเครื่องยนต์ลดลงกว่าปกติ ส่งผลให้รถยนต์ใช้น้ำมันน้อยลงในระยะทางเท่ากันนั่นเอง แต่การขับในสถานการณ์จริง ผู้ขับขี่จะรู้สึกหรือไม่ว่า เขาไม่ต้องเหยียบคันเร่งหนักเท่าเดิมก็ได้ รถก็ออกตัวได้ง่ายกว่าเดิมแล้ว?

มุมมองเชิงบวกของยางประหยัดน้ำมัน

1. ช่วยให้รถยนต์ประหยัดเชื้อเพลิงมากขึ้น
2. ลดการปลดปล่อยมลภาวะทางอากาศ

มุมมองเชิงลบ

1. ข้อมูลบางแหล่งระบุว่า การใช้ซิลิกาเป็นสารตัวเติมในดอกยางจะส่งผลให้ดอกยางสึกหรอได้ง่ายขึ้น
2. ยางประหยัดน้ำมันมีราคาสูงกว่ายางปกติทั่วไป

หมายเหตุ
ข้อมูลจากบางเว็บไซต์ระบุว่า การลดความหนา (ความสูง) ของดอกยางลงประมาณครึ่งหนึ่งก็สามารถลดแรงต้านทานการหมุนของล้อได้ ซึ่งนั่นหมายถึงสามารถช่วยให้รถประหยัดน้ำมันได้ (เล็กน้อย) แต่ในมุมมองของผู้ใช้รถยนต์ความหนาของดอกยางที่ลดลงหมายถึงอายุการใช้งานของยางรถยนต์นั้นก็สั้นลงด้วยเช่นกัน

แหล่งข้อมูลอ้างอิง
http://www.tyres-online.co.uk/technology/silica.asp
http://www.toyo.com.au/tech_info2.html
http://www.tirerack.com/tires/tiretech/techpage.jsp?techid=29
http://www.driveradviser.com/tyre/rolling.shtml
http://webphysics.davidson.edu/faculty/dmb/PY430/Friction/rolling.html

            หลายคนคงเคยได้ยินข่าวหรืออาจจะเคยพบเห็นของเล่นชนิดหนึ่งที่เรียกว่า "ตัวดูดน้ำ" ที่มีรูปร่างเป็นสัตว์ต่าง ๆ และมีลักษณะพิเศษ เมื่อนำของเล่นชนิดนี้ไปแช่น้ำ มันสามารถจะพองหรือขยายขนาดใหญ่กว่าเดิมหลายเท่า แต่หลังจากที่ของเล่นชนิดนี้ถูกนำเข้ามาจำหน่ายได้พักหนึ่งก็ถูกหน่วยงานราชการสั่งเก็บสินค้า และห้ามไม่ให้มีการจำหน่าย เพราะกลัวว่าหากเด็กเล็กเผลอกลืนตัวดูดน้ำนี้เข้าไป มันจะขยายตัวจนเต็มกระเพาะอาหาร หรือหากมันหลุดไปถึงลำไส้ก็สามารถขยายตัวอุดทางเดินของลำไส้ได้เนื่องจากดูดซับน้ำย่อยในกระเพาะอาหารและในลำไส้ ซึ่งหากเกิดขึ้นจริงการนำของเล่นชนิดนี้ออกมาจากร่างกายก็ต้องพึ่งพาวิธีการผ่าตัดเอาออกอย่างเดียว!
แล้วตัวดูดน้ำทำมาจากอะไร? ทำไมมันจึงสามารถขยายตัวได้มากขนาดนั้น? บทความนี้มีคำตอบให้แล้ว...

สูตรเคมีของโพลิอะคริลามีด

ลักษณะของโพลิเมอร์ก่อนและหลังการดูดน้ำ

วิทยาศาสตร์ของตัวดูดน้ำ
            ของเล่นตัวดูดน้ำประกอบด้วยวัสดุ 2 ชนิดคือ สารโพลิอะคริลามีด (polyacrylamide) และสารไวนิลอะซีเตด-เอทิลีนโคโพลิเมอร์ (vinylacetate-ethylene copolymer) สารโพลิอะคริลามีดเป็นโพลิเมอร์ที่มีสมบัติของการดูดซับน้ำไว้ในโมเลกุลได้เป็นจำนวนมาก ผลการทดลองในห้องปฏิบัติการพบว่า สารสามารถดูดซับน้ำกลั่นในปริมาณมากกว่าน้ำหนักโพลิเมอร์ถึง 800 เท่า แต่หากทดลองกับน้ำชนิดอื่นอย่างเช่นน้ำประปาแล้ว ความสามารถในการดูดซับน้ำจะลดลง เพราะโดยทั่วไปน้ำประปามีสารต่าง ๆ เจือปนและแขวนลอยอยู่ สารนี้นอกจากถูกนำมาใช้เป็นของเล่นตัวดูดน้ำแล้วยังนิยมใช้เป็นดินวิทยาศาสตร์ที่มีลักษณะเหมือนวุ้นใสมีสีสันสวยงาม เพราะสามารถเก็บกักน้ำได้มากซึ่งช่วยให้ไม่ต้องเสียเวลาในการรดน้ำบ่อย

            ในทางวิชาการนั้น สารที่มีสมบัติดูดซับน้ำได้ในปริมาณมากจะถูกเรียกว่า สารโพลิเมอร์ดูดซับยิ่งยวด (super absorbent polymer - SAP) นอกจากสารโพลิอะคริลามีดที่ได้กล่าวมาแล้ว ยังมีสารอื่น เช่น สารโพลิอะคริลิกแอซิด (polyacrylic acid) สารโซเดียมโพลิอะคริเลต (sodium polyacrylate) เป็นต้น สารสองชนิดนี้เป็นสารดูดซับยิ่งยวดที่ถูกนำมาประยุกต์ใช้กับการดูดซับน้ำเช่นกัน แต่นิยมใช้เป็นสารดูดซับน้ำสำหรับผลิตภัณฑ์อย่างพวกผ้าอ้อมสำเร็จรูปสำหรับเด็ก-ผู้ใหญ่ และผ้าอนามัยมากกว่า

            สำหรับวัสดุชนิดที่สองที่เป็นอีกองค์ประกอบหนึ่งของตัวดูดน้ำคือ สารไวนิลอะซีเตด-เอทิลีนโคโพลิเมอร์ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ได้จากปฏิกิริยาการเกิดโพลิเมอร์ระหว่างไวนิลอะซีเตดโมโนเมอร์ กับเอทิลีนโมโนเมอร์ โพลิเมอร์นี้ทำหน้าที่เป็นเสมือนแกนโครงสร้าง ทำให้ตัวดูดน้ำไม่สูญเสียรูปทรงไปเพราะการพองตัว ผู้เล่นจึงสามารถแช่ตัวดูดน้ำจนพอง นำมาผึ่งหรือตากให้น้ำระเหยแห้ง แล้วนำมาแช่น้ำซ้ำใหม่ได้หลายครั้ง โดยไม่ว่าจะแช่น้ำจนพองหรือหลังจากตากแห้งแล้ว รูปลักษณ์ (ไม่ใช่ขนาด) ของตัวดูดน้ำก็ไม่มีการเปลี่ยนแปลง

ลักษณะโมเลกุลของโพลิเมอร์ก่อนแช่น้ำ (ซ้าย) และหลังแช่น้ำ (ขวา)

ความลับของการขยายร่าง
            โดยทั่วไปการละลายของสาร คือ การที่สารชนิดหนึ่งแพร่กระจายจนมีความเข้มข้นของสารเท่ากันหมดทั่วทั้งของเหลว แต่ในตัวดูดน้ำนี้ เนื่องจากมันประกอบขึ้นจากสารโพลิเมอร์ดูดซับยิ่งยวดซึ่งเป็นสารโพลิเมอร์ที่โมเลกุลมีขนาดใหญ่มาก อีกทั้งโครงสร้างโมเลกุลก็มีลักษณะคล้ายร่างแห หรือตาข่าย ดังนั้นเมื่อโมเลกุลของน้ำแทรกซึมเข้าไปโมเลกุลของสารแล้ว โมเลกุลของสารโพลิเมอร์จึงเพียงแต่ถูกทำให้คลายตัวออกมา แต่ไม่สามารถแพร่กระจายออกได้เพราะการยึดติดกันของเส้นสายโพลิเมอร์ในโมเลกุลเอง จึงทำให้ลักษณะภายนอกหลังจากโพลิเมอร์ดูดน้ำเข้าไปแล้วมีลักษณะเป็นก้อนคล้ายวุ้น หรือเจลใส และเมื่อนำก้อนโพลิเมอร์ที่อุ้มน้ำนั้นมาตากแดด หรืออบด้วยความร้อนเพื่อไล่น้ำแล้วก็จะได้สารโพลิเมอร์กลับคืนมาเหมือนเดิม

            ส่วนการที่โมเลกุลของน้ำสามารถยึดเกาะกับโมเลกุลของสารโพลิเมอร์ได้นั้น เกิดจากหมู่เอมีน (-NH₂) ของสารโพลิอะคริลามีดเกิด "พันธะไฮโดรเจน" กับโมเลกุลน้ำ (H₂O) แรงนี้เป็นแรงดึงดูดอย่างอ่อนที่เกิดเฉพาะอะตอมของไฮโดรเจนกับอะตอมของออกซิเจน (O) หรือไนโตรเจน (N) หรือฟลูออรีน (F) เท่านั้น

เมื่อโพลิเมอร์ดูดซับยิ่งยวดกลายเป็นดินวิทยาศาสตร์สีสันสวยงาม

ของเล่นอันตรายและไร้ประโยชน์ ?
            ในประเทศไทยมีการสั่งห้ามนำเข้าของเล่นตัวดูดน้ำเข้ามาจำหน่ายอย่างเด็ดขาด เนื่องจากเกรงว่าเด็กเล็กอาจเผลอหยิบของเล่นชนิดนี้กลืนเข้าไปในร่างกาย แต่ในต่างประเทศ (ที่พัฒนาแล้ว) นั้น ของเล่นชนิดนี้สามารถนำมาใช้เป็นของเล่น และเป็นสื่อการเรียน การสอนทางด้านวิทยาศาสตร์ได้ และแม้ว่าตัวดูดน้ำจะเป็นของเล่นที่ถูกมองว่ามีอันตราย (สำหรับเด็กในประเทศไทย) แต่ในแง่มุมการออกแบบและประยุกต์ใช้แล้ว ต้องถือว่าสิ่งนี้มีความน่าสนใจในแง่ของการนำสมบัติเฉพาะตัวออกมานำเสนอได้อย่างน่าสนใจทีเดียว

แหล่งข้อมูลอ้างอิง
http://www.terrificscience.org/freeresources/presentations/pdfs/saltsolution.pdf
http://www.webpak.net/~toddj68/exper.htm
http://scifun.chem.wisc.edu/CHEMWEEK/POLYMERS/Polymers.html
http://www.water-keep.com/about/science-superabsorbent-polymers.html

..........เอทิลีนไวนิลอะซีเตดหรืออีวีเอ (ethylene vinyl acetate - EVA) เป็นโพลิเมอร์ชนิดหนึ่งได้จากการทำโพลิเมอร์ไรเซชั่น (polymerization)ของสารเอทิลีนโมโนเมอร์ (ethylene monomer) กับสารไวนิลอะซีเตดโมโนเมอร์ (vinyl acetate monomer - VAM) โพลิเมอร์อีวีเอเป็นเป็นผลงานการวิจัยของบริษัท ดูปองท์ (Dupont) ประเทศสหรัฐอเมริกาได้รับการจดสิทธิบัตรไว้ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2499 (ค.ศ.1956) อีวีเอถูกผลิตออกสู่ตลาดในปี พ.ศ. 2503 (ค.ศ.1960) ในชื่อทางการค้าว่า เอลแว็กซ์ (Elvax) ปัจจุบันอีวีเอถูกนำมาประยุกต์ใช้ในหลายอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมหีบห่อบรรจุภัณฑ์ กาว เส้นลวด พื้นรองเท้า และอื่น ๆ

คลิกครับ

      ท่านเคยสังเกตและตั้งคำถามเกี่ยวกับเทียนไขต่าง ๆ หรือไม่ อย่างเช่นทำไมเวลาเราจุดเทียนไข ไส้เทียนจึงเผาไหม้ช้านัก แต่พอเราเผาไส้เทียนเปล่า ๆ ที่เป็นเส้นด้ายล้วน มันถึงได้ลุกไหม้อย่างรวดเร็ว? เนื้อเทียนเข้ามาเกี่ยวอย่างไร? มีเหตุผลหรือคำอธิบายบ้างไหม? กระบวนการเผาไหม้นั้นเป็นอย่างไร? คำถามต่าง ๆ สามารถตั้งขึ้นมาได้มากมาย ทั้ง ๆ ที่เทียนไขประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วนคือ เนื้อเทียน และไส้เทียนแค่นั้น

คลิกครับ

    ผลิตผลด้านเกษตรกรรมของเกษตรกรไทย เป็นสินค้าส่งออกหลักที่สร้างรายได้ ให้กับประเทศมาโดยตลอด ซึ่งในปี พ.ศ. 2544 ประเทศไทยส่งออกสินค้าทั้งหมด 2,888,936 ล้านบาท เป็นสินค้าด้านเกษตรกรรมและผลิตภัณฑ์ มูลค่า 676,677 ล้านบาท ล่าสุด การส่งออกสินค้าเกษตรกรรมประจำเดือนเมษายน 2546 มีมูลค่ากว่า 63,973 ล้านบาท
       ในบรรดาผลิตผลด้านการเกษตร ผักและผลไม้เป็นผลิตผลหลักที่ประเทศไทย ส่งออก โดยพบว่าในปี พ.ศ. 2544 ไทยส่งออก พืชสวนผักและผลิตภัณฑ์รวมปริมาณ 405,270 เมตริกตัน คิดเป็นมูลค่า 14,561,558 บาท ผลไม้และผลิตภัณฑ์ปริมาณ 1,089,907 เมตริกตัน คิดเป็นมูลค่า 28,405,243 บาท ซึ่งถือได้ว่าเป็นตัวเลข การส่งออกที่สูงเมื่อเทียบกับผลิตผลการเกษตรด้านอื่น ๆ

คลิกครับ

     เมื่อคุณออกไปชอปปิ้งรถยนต์คันใหม่ในวันนี้ สังเกตเห็นอะไรบางอย่างที่เปลี่ยนแปลงไปหรือไม่

       อะไรก็ตามที่แปลกตาไปมันเพียงพอแล้วที่จะทำให้สะดุดตาคุณ โดยเฉพาะการหายไปของไม้ ซึ่งเป็นส่วนประกอบของแผ่นหน้าปัดรถยนต์ (dashboards) รวมไปถึงบริเวณรอบๆ หน้าปัดและระหว่างประตูรถ คือ การเปลี่ยนแปลงที่กำลังถูกอธิบายว่าได้ล้าสมัยไปเรียบร้อย และถูกแทนที่ด้วยโลหะ และรายละเอียดของพลาสติกคุณภาพชั้นยอด

       เกิดอะไรขึ้น!!! หลายคนอาจจะมองว่าแผงหน้าปัดรถยนต์ที่มีไม้เป็นส่วนประกอบยังดูคลาสสิกกว่าเยอะ ไม่ผิดที่คิดเช่นนั้น แต่เวลานี้ แฟชั่นดังกล่าวตกยุคไปแล้ว และควรจะเข้าใจเอาไว้ว่า นี่คือ จุดเริ่มต้นหรือการเกิดใหม่ของแผ่นหน้าปัดรถยนต์

       และหากรถยนต์ที่ผลิตขึ้นในปัจจุบันแล้วใช้ไม้เป็นส่วนประกอบของแผ่นหน้าปัด นั่นหมายถึงการอยู่ผิดยุคสมัย แต่หารู้ไม่ว่าไม้เป็นวัตถุที่ทนไฟได้เป็นอย่างดี 'มีคนเข้าใจผิดอย่างมาก กรณีเกี่ยวกับการนำเอาวัตถุที่ติดไฟง่ายมาป้องกันผู้ขับขี่รถยนต์หากเกิดอุบัติเหตุไฟไหม้เครื่องยนต์' Bob Casey นักประวัติศาสตร์ยานยนต์และผู้ดูแลพิพิธภัณฑ์ด้านขนส่งแห่ง Henry Ford Museum ในเมืองเดียร์บอร์น รัฐมิชิแกน บอก ซึ่งเขาเองค้านหัวชนฝาว่าไม้ยังเป็นองค์ประกอบสำคัญกว่าการนำแผ่นโลหะหรือพลาสติกเข้ามาแทนที่

คลิกครับ

       ในยุคการค้าเสรี การแข่งขันของตลาดน้ำดำ หรือ "น้ำอัดลม" เป็นไปอย่างเข้มข้น สังเกตได้จากการโหมโฆษณาผ่านสื่อ หรือผ่านการเป็นผู้สนับสนุน (sponsor) ที่มีให้เห็นกันเจนตา ขณะเดียวกันก็ปฏิเสธไม่ได้ว่า ปัจจุบันคนไทยหันมานิยมบริโภคน้ำอัดลมมากขึ้น จนกลายเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวันไปเสียแล้ว

       หากจะมองอุปกรณ์ที่สัมพันธ์กับการขนส่งน้ำอัดลม ที่เรียกว่า "ลังพลาสติก" หรือ "ลังน้ำอัดลม" ก็จะเห็นได้ว่า เมื่อความต้องการบริโภคน้ำอัดลมมีมากเพียงใด ย่อมส่งผลต่อสัดส่วนการใช้ลังพลาสติกเพิ่มขึ้นตามไปด้วย แต่ทราบหรือไม่ว่า ลังพลาสติกเหล่านี้มีวันเสื่อมสภาพเช่นกัน และเมื่อถึงวันหมดอายุ ก็จะกลายเป็น "ขยะพลาสติก" ชิ้นย่อมๆ นั่นเอง

คลิกครับ

วิทยาศาสตร์ในผลิตภัณฑ์ : ถุงประคบร้อน

คุณเคยใช้หรือรู้จักถุงประคบร้อนไหม? ถุงประคบร้อนเป็นนวัตกรรมอีกขั้นของกระเป๋าน้ำร้อน ในขณะที่กระเป๋าน้ำร้อนมีการใช้งานง่าย ๆ เพียงเทน้ำร้อนหรือน้ำเดือดลงในกระเป๋ายางก็นำไปใช้งานได้แล้ว แต่ถุงประกบร้อนกลับใช้งานได้ง่ายกว่านั้น! เพราะเพียงแค่บิดหรือพับแผ่นโลหะที่บรรจุในถุงเพียงครั้งเดียว ของเหลวในถุงก็แปรสภาพเป็นของแข็งอย่างรวดเร็วพร้อมกับให้ความร้อนออกมา..............ราวกับกลระดับเซียนของนักเล่นกล!

มีอะไรแฝงอยู่ในถุงประคบร้อนนั้นหรือ? ทำไมการบิดแผ่นโลหะถึงสามารถเปลี่ยนของเหลวให้กลายเป็นของแข็งได้? โลหะนั้นเป็นโลหะที่มีสมบัติพิเศษหรือเปล่า? หรือในถุงนั้นแฝงวงจรอะไรไว้เป็นพิเศษรึเปล่า? บทความนี้จะช่วยไขความลับเกี่ยวกับถุงประคบร้อนออกมา!

ถุงประคบร้อนบรรจุไว้ด้วยสารละลายของโซเดียมอะซีเตต (sodium acetate) สารละลายนี้มีจุดเยือกแข็ง (freezing point) ที่ 54°C โดยทั่วไปสารละลายโซเดียมอะซีเตตในถุงประคบร้อนจะอยู่ในสภาวะของเหลวที่อุณหภูมิห้อง เพราะสารละลายอยู่ในสภาวะที่เรียกว่า ของเหลวเย็นยิ่งยวด (supercooled liquid)

รูปแสดงการใช้งานถุงประคบร้อนโดยการกดแผ่นโลหะทำให้เกิดความร้อนขึ้น

แข็งตัวซึ่งช่วงนี้อุณหภูมิของน้ำจะคงที่ตลอด แต่หลังจากที่น้ำแข็งตัวหมดแล้ว อุณหภูมิของน้ำแข็งจะลดลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็งลงไปจนเท่ากับอุณหภูมิของช่องแช่แข็ง แต่ทว่าบางครั้งน้ำอาจคงสภาพเป็นของเหลวได้โดยไม่เกิดการจับตัวแข็งเป็นน้ำแข็งแม้ว่าจะอยู่ในสภาวะแวดล้อมที่อุณหภูมิติดลบ ซึ่งเหตุปัจจัยที่ทำให้น้ำหรือของเหลวสามารถอยู่ในสภาวะอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งได้โดยไม่กลายเป็นของแข็งคือ น้ำหรือของเหลวนั้นต้องมีความบริสุทธิ์สะอาด ไม่มีฝุ่น ผง ตะกอนใด ๆ ที่จะทำให้เกิดผลึกได้ รวมถึงผิวของภาชนะที่ใช้บรรจุก็ต้องมีผิวเรียบ สะอาดไม่มีฝุ่น ผงตะกอนติดอยู่ด้วยเช่นกัน หากเราใส่อนุภาคขนาดเล็กลงไปในน้ำหรือของเหลวที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งหรือนำมาเขย่าจะทำให้โมเลกุลของน้ำหรือของเหลวนั้นเกิดผลึกขึ้น ผลึกที่เกิดจะขยายขนาดอย่างรวดเร็วทำให้ของเหลวสามารถเปลี่ยนสภาพเป็นของแข็งในเวลาที่เร็วมาก

ถุงประคบร้อน ก็อาศัยหลักการเดียวกันนี้สารละลายโซเดียมอะซีเตตอยู่ในสภาพของเหลวเย็นยิ่งยวดอยู่แล้ว เมื่อต้องการใช้งานถุงประคบร้อน เราเพียงแต่หักหรือบิดแผ่นโลหะที่อยู่ในถุงบรรจุสารละลายเพื่อทำให้ผลึกก่อตัวขึ้น โดยแผ่นโลหะทำหน้าที่เหมือนไกปืน การหักแผ่นโลหะคือ การเหนี่ยวไกให้เกิดการตกผลึกขึ้น และเช่นเดียวกับน้ำ ผลึกโซเดียมอะซีเตตจะเติบโตและเพิ่มขนาดอย่างรวดเร็วทำให้ของเหลวกลายสภาพเป็นของแข็ง สำหรับความร้อนที่เกิดขึ้นนั้น เนื่องจากสารละลายโซเดียมอะซีเตตมีจุดเยือกแข็งที่อุณหภูมิ 54 องศาเซลเซียส ดังนั้นการเกิดผลึกของสารละลายจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 54?C ซึ่งเป็นจุดเยือกแข็งของสารละลายเอง

ถุงประคบร้อนรูปหัวใจ จุดดำคือ แผ่นโลหะที่ใช้เริ่มการเกิดผลึก

ถุงประคบร้อนที่แข็งเป็นก้อนแล้วสามารถนำกลับมาใช้งานได้ใหม่โดยนำไปต้มหรือแช่ในน้ำร้อน เพื่อให้สารละลายโซเดียมอะซีเตดที่แข็งตัวอยู่นั้นหลอมเหลวหมดอย่างสมบูรณ์ (มิฉะนั้นผลึกที่เหลืออยู่จะทำให้เกิดผลึกใหม่และกลับสภาพเป็นของแข็งอีกครั้ง) หลังจากที่ของเหลวเย็นตัวลง อุณหภูมิของมันจะลดต่ำลงจนผ่านจุดเยือกแข็งและลดลงจนเท่ากับอุณหภูมิห้องอันเป็นการกลับไปอยู่ในสภาพของเหลวเย็นยิ่งยวดอีกครั้งซึ่งเป็นสถานะที่พร้อมใช้งานต่อไป

แผนภาพแสดงการเปลี่ยนสถานะของโซเดียมอะซีเตดในถุงประคบร้อน

ทั้งหมดนั้นคือ คำอธิบายถึงเบื้องหลังความมหัศจรรย์เล็ก ๆ ของถุงประคบร้อนซึ่งเป็นสิ่งที่น่าพิศวงไม่ใช่น้อย

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• http://home.howstuffworks.com/question290.htm
• http://www.cimms.ou.edu/~cortinas/1014/l17_1.html
• http://www.uq.edu.au/_School_Science_Lessons/topic14.html#14.1.11

รู้จักกับคอนกรีตมวลเบา

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

          คอนกรีตมวลเบา (aerated autoclaved concrete) เป็นคอนกรีตหล่อสำเร็จที่มีความแข็งแรง มีสมบัติของความเป็นฉนวนกันเสียง และฉนวนทนไฟ ผลิตภัณฑ์คอนกรีตมวลเบามีหลากหลายรูปแบบด้วยกันไม่ว่าจะเป็นแบบแท่ง แบบก้อน แบบแผ่นผนัง และแบบแผ่นหลังคา

การพัฒนาคอนกรีตมวลเบาเริ่มต้นขึ้นโดยวิศวกรชาวสวีเดนในช่วงปี ค.ศ. 1920 – 1932 เพื่อให้เป็นวัสดุฉนวนกันความร้อนสำหรับใช้ในงานก่อสร้างทั้งภายในและภายนอกอาคาร ข้อดีอื่นนอกเหนือจากความเป็นฉนวนกันความร้อนคือ สามารถติดตั้งหรือก่อได้ง่ายและเร็ว เพราะสามารถตัด ขัด เจาะ ผลิตภัณฑ์คอนกรีตให้มีขนาดตามต้องการได้ด้วยอุปกรณ์ช่างทั่วไป เช่น เลื่อยมือ สว่าน เป็นต้น

วัตถุดิบและการผลิต

คอนกรีตมวลเบาประกอบด้วยน้ำ ปูนขาว เถ้าแกลบหรือทราย (วัตถุดิบที่มีซิลิกอนเป็นองค์ประกอบปริมาณมาก) ปูนซีเมนต์ และผงอะลูมิเนียม (ทำหน้าที่เป็นสารขยายตัว และใช้ประมาณ 5-8 เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร) เมื่อผสมส่วนผสมต่างๆ และเทของเหลวที่ได้ลงแบบหล่อเรียบร้อยแล้ว ของผสมในของเหลวจะเริ่มทำปฏิกิริยาเคมีกัน โดยเฉพาะปฏิกิริยาเคมีระหว่างผงอะลูมิเนียมกับแคลเซียมไฮดรอกไซด์และน้ำ ที่จะทำให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนขึ้น ฟองก๊าซที่เกิดขึ้นจะดันเนื้อของเหลวให้ขยายตัวออก ซึ่งปริมาตรของคอนกรีตอาจเพิ่มมากขึ้นถึง 2 เท่าจากเริ่มต้น ส่วนก๊าซไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจะค่อยๆ หลุดออกจากเนื้อคอนกรีตไป และอากาศจะเข้ามาแทนที่ หลังจากปล่อยให้ของเหลวบ่ม (set) นานประมาณ 30 นาทีถึง 4 ชั่วโมง (ระยะเวลาที่ใช้ขึ้นอยู่กับสูตรการผสมคอนกรีตของผู้ผลิตแต่ละราย) มันจะเป็นของที่มีลักษณะแข็ง แต่เนื้อนิ่ม หลังจากนั้นคอนกรีตจะถูกตัดออกให้มีรูปร่างและขนาดตามต้องการ ไม่ว่าจะเป็นแบบก้อนหรือแผ่น ก้อนคอนกรีตที่ตัดแล้วจะถูกส่งไปอบในเตาอบไอน้ำ (autoclave) เพื่อเร่งกระบวนการไฮเดรชั่น (hydration) ของคอนกรีต และเร่งปฏิกิริยาเคมีการแข็งตัว คอนกรีตมวลเบาจะถูกอบในเตาที่อุณหภูมิ 180 องศาเซลเซียส ความดัน 12 บรรยากาศ เป็นระยะเวลา 12 ชั่วโมง ก้อนคอนกรีตที่ผ่านการอบแล้วจะมีค่าความแข็งแรงเทียบเท่ากับคอนกรีตที่บ่ม (set) แล้ว 28 วันที่อุณหภูมิ 21 องศาเซลเซียส และเป็นคอนกรีตที่พร้อมใช้ในงานก่อสร้างต่างๆ

จุดเด่นของคอนกรีตมวลเบา

• น้ำหนักเบา คอนกรีตมวลเบามีน้ำหนักประมาณ 25-30% ของคอนกรีตทั่วไป เนื่องจากเนื้อคอนกรีตมีโพรงอากาศหรือรูพรุนแทรกอยู่เป็นจำนวนมาก
• มีค่าความแข็งแรงกดสูง รับน้ำหนักหรือแรงกดได้มาก
• เป็นฉนวนกันความร้อนที่ดี เพราะโครงสร้างคอนกรีตมีความพรุนตัว
• เป็นฉนวนดูดซับเสียงที่ดี เป็นผลจากการที่เนื้อคอนกรีตมีรูพรุนมาก
• สามารถตัด เจาะ แต่งคอนกรีตได้โดยใช้เครื่องมือช่างทั่วไป

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• http://en.wikipedia.org/wiki/Aerated_autoclaved_concrete
• http://www.toolbase.org/Technology-Inventory/Foundations/autoclaved-aerated-concrete
• http://www.cement.org/basics/concreteproducts_acc.asp
• http://www.storkbouwtechniek.com/page.html?ch=DEF&id=4811

     มัลไลต์ เป็นเซรามิกชนิดหนึ่ง มีองค์ประกอบหลักเป็นธาตุอะลูมิเนียม (Al) ออกซิเจน (O) และซิลิคอน (Si) สูตรเคมีคือ 3Al₂O₃SiO₂ มัลไลต์เป็นเซรามิกที่ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน (thermal shock) ได้ดี และมีการขยายตัวเชิงความร้อนต่ำ จึงนิยมนำมาผลิตเป็นวัสดุสำหรับงานอุณหภูมิสูงหรือวัตถุดิบสำหรับการผลิตวัสดุทนไฟ

คลิกครับ

เหตุใดกระจกนิรภัยเทมเปอร์จึงแข็งกว่ากระจกธรรมดา
     กระจกนิรภัยเทมเปอร์ หรือที่ชาวบ้านเรียกว่า กระจกอบ เป็นกระจกที่นิยมใช้เป็นกระจกนิรภัย เพราะเมื่อกระจกเทมเปอร์แตกมันจะแตกเป็นเกล็ดเล็ก ๆ คล้ายเม็ดข้าวโพดและไม่มีคมจึงเกิดอันตรายน้อย ซึ่งต่างจากการแตกของกระจกธรรมดาที่แตกเป็นเสี่ยงแหลมคมทำให้เป็นอันตรายมากกว่า นอกจากนี้กระจกเทมเปอร์ยังแข็งกว่ากระจกธรรมดาหลายเท่า
ความแข็งที่เพิ่มขึ้นของกระจกเทมเปอร์เกิดจากกระบวนการผลิต โดยการอบแผ่นกระจกด้วยความร้อนสูงและใช้ลมเป่าให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว ทำให้บริเวณเนื้อกระจกภายนอกเย็นตัวเร็วกว่าเนื้อในของกระจก ขณะที่เนื้อกระจกภายนอกเย็นตัวแล้ว เนื้อในของกระจกที่ค่อย ๆ เย็น   จะเกิดความเค้นขึ้นส่งผลให้กระจกเทมเปอร์มีความแข็งเพิ่มมากขึ้น โดยทั่วไปแล้วกระจกเทมเปอร์สามารถทนแรงกดได้ถึงระดับ 24000 ปอนด์/นิ้ว² ส่วนกระจกธรรมดาสามารถทนแรงกดได้เพียง 6000 ปอนด์/นิ้ว² แต่การใช้กระจก
     เทมเปอร์ก็มีข้อเสียเหมือนกันคือ ในกรณีกระจกถูกกระแทกจนร้าวแต่ไม่แตกนั้น รอยร้าวบนกระจกจะเกิดกระจายทั่วทั้งแผ่น ซึ่งถ้าหากว่าใช้กระจกเทมเปอร์เป็นกระจกนิรภัยในรถยนต์แล้วจะทำให้เป็นอุปสรรคต่อการมองของผู้ขับรถ

คลิกครับ

พัฒนาการของแคทาลิติกคอนเวอร์เตอร์
        การปรับปรุงเพื่อพัฒนาประสิทธิภาพของแคทาลิติกฯ มีตั้งแต่เริ่มต้น แคทาลิติกฯ รุ่นแรกเริ่มภายในถูกบรรจุด้วยเม็ดอลูมินา (alumina - เป็นวัสดุเซรามิกส์ชนิดหนึ่ง สูตรเคมีคือ Al2O3) ไว้เป็นจำนวนมาก เนื่องจากใช้เม็ดอลูมินาเป็นฐานรองรับ (substrate) โลหะแคทาลิสต์ แต่ว่าแคทาลิติกฯ รุ่นหลังจนถึงปัจจุบัน โลหะแคทาลิสต์จะถูกเคลือบบนฐานรองรับที่มีลักษณะเป็นช่องกลวงคล้ายรังผึ้ง (honeycomb) ซึ่งตัวฐานรองรับอาจทำจากเหล็กกล้าไร้สนิมหรือคอร์เดียไรต์ (cordierite - เป็นวัสดุเซรามิกส์ชนิดหนึ่ง มีชื่อทางเคมีว่า แมกนีเซียมอลูมิโนซิลิเกต (Mg2Al4Si5O18)) ก็ได้ ฐานรองรับแคทาลิสต์แบบหลังมีข้อดีกว่าแบบเม็ดอลูมินา เนื่องจากลักษณะโครงสร้างที่เป็นช่องกลวงช่วยลดแรงดันย้อนกลับ (back pressure) ของไอเสียได้ดีกว่า แต่ว่าต้นทุนการผลิตฐานรองแบบรวงผึ้งนั้นสูงกว่า

คลิกครับ

      โดยทั่วไป เป็นการยากมากที่จะผลิตเซรามิกส์ให้ได้ขนาดตามค่าเผื่อทางวิศวกรรม (engineering tolerance) เนื่องจากเซรามิกส์ที่ผ่านการขึ้นรูปจากผงวัตถุดิบแล้วเผาผนึก (sintering) ที่อุณหภูมิสูง (> 1,000oC) มักมีการหดตัวอยู่ในช่วง 15-20% ถ้าต้องการผลิตให้ได้ขนาดตามต้องการ จะต้องคำนวณขนาด ก่อนและหลังเผา อย่างละเอียด ควบคุมการเผาอย่างระมัดระวัง และต้องเสียค่าใช้จ่ายในการกลึงแต่งชิ้นงานหลังเผาสูงมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เซรามิกส์ที่มีความแข็งมากๆ อย่างซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) หรือ ซิลิกอนไนไตรด์ (Si3N4) การที่สามารถผลิตซิลิกอนไนไตรด์ในกลุ่ม RBSN (Reaction-Bonded Silicon Nitride) ให้มีขนาดใกล้เคียง ผลิตภัณฑ์ได้โดยแทบจะไม่ต้องมีการกลึงแต่งหลังเผา จึงช่วยให้ลดค่าใช้จ่ายในการผลิตได้มาก และสามารถขึ้นรูปที่สลับซับซ้อนได้ บทความนี้จึงจะแสดงข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับซิลิกอนไนไตรด์ ทั้งสมบัติพื้นฐานและพัฒนาการด้านกระบวนการผลิต จากนั้นจึงเน้นด้านกลไกการเกิดปฏิกิริยา nitridation กระบวนการผลิต RBSN และนำเสนอแนวทางในการวิจัยเพื่อพัฒนาอุปกรณ์หัวฉีดน้ำมันสำหรับโรงไฟฟ้า

คลิกครับ

     การผลิต RBSN เริ่มจากการผสมผงซิลิคอนกับสารเชื่อมประสาน (binder) แล้วขึ้นรูปด้วย วิธีการทางเซรามิกส์ ที่นิยมใช้กันทั่วไป เช่น การหล่อ (slip casting) การอัดแห้ง (dry pressing) และการฉีดเข้าแบบ (injection molding) เป็นต้น หลังจากนั้นจึงทำการเผาผนึกเบื้องต้นที่อุณหภูมิไม่เกิน 1,100oC ในบรรยากาศเฉื่อย เพื่อให้ได้ชิ้นงานพรีฟอร์ม (preform) ที่มีความแข็งแรงเพียงพอ สำหรับการเคลื่อนย้ายและกลึงแต่งรูปร่างได้ โดยเทคนิคการกลึงโลหะทั่วไป จนได้รูปร่างซับซ้อนตามที่ต้องการ แล้วทำ nitridation ในบรรยากาศไนโตรเจน ก็จะได้ผลิตภัณฑ์ RBSN ที่มีขนาดใกล้เคียงกับขนาดที่ต้องการ

3Si(s) + 2N₂ (g)   -->  Si₃N₄ (g)   (1)
3Si(l) + 2N₂ (g)   -->  Si₃N₄ (g)    (2)
3Si(g) + 2N₂ (g)   -->  Si₃N₄ (g)   (3)

คลิกครับ

     คนไทยได้รับการปลูกฝังให้รู้ซึ้งถึงบุญคุณของแม่พระโพสพมาช้านาน เราสามารถใช้ประโยชน์ได้ จากทุกส่วน ของต้นข้าว นอกจากเมล็ดข้าวที่หล่อเลี้ยงมนุษย์มานับร้อยนับพันปีแล้ว เรายังใช้ประโยชน์จากฟางข้าว หรือแม้กระทั่ง แกลบข้าวได้ด้วย โดยเป็นการใช้งานด้านการเกษตรอื่นๆ เช่น ใช้ฟางเพื่อเป็นอาหารของ วัว-ควาย เป็นเชื้อในการ เพาะเห็ด ใช้แกลบเป็นฉนวนความร้อน หรือใช้สารอินทรีย์ในแกลบเป็นเชื้อเพลิงสำหรับผลิตพลังงานในการสีข้าว เป็นต้น

คลิกครับ

สาระน่ารู้: ถ่านไฟฉายและแบตเตอรี่ ตอน 1

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

       ถ่านไฟฉายและแบตเตอรี่เป็นอุปกรณ์เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าที่มีพัฒนาการมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 18 แล้วจนถึงปัจจุบันเราสามารถพบเห็นอุปกรณ์เหล่านี้หลากหลายแบบได้ในท้องตลาด เพราะมันได้รับการออกแบบและผลิตมาให้เหมาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ตั้งแต่ของธรรมดาอย่างกระบอกไฟฉาย นาฬิกาปลุกไปจนถึงอุปกรณ์ไฮเทคอย่างกล้องถ่ายรูปดิจิตอล โทรศัพท์มือถือ เครื่องเล่น MP3 ตลอดจนสินค้าอื่นๆ

        แม้ชนิดของถ่านไฟฉายและแบตเตอรี่จะมีมาก แต่หากพิจารณาโดยใช้หลักของการอัดประจุไฟแล้ว เราสามารถแบ่งถ่านไฟฉายและแบตเตอรี่ได้เป็น 2 ประเภทคือ เซลล์ปฐมภูมิ (primary cell) ซึ่งเป็นถ่านไฟฉายหรือแบตเตอรี่ชนิดใช้แล้วทิ้งไม่สามารถอัดประจุไฟซ้ำได้ เช่น ถ่านไฟฉายธรรมดา ถ่านแอลคาไลน์ ถ่านนาฬิกา เป็นต้น กับเซลล์ทุติยภูมิ (secondary cell) ซึ่งเป็นถ่านหรือแบตเตอรี่ที่สามารถนำมาอัดประจุไฟซ้ำได้ เช่น แบตเตอรี่รถยนต์ แบตเตอรี่มือถือ ถ่านไฟฉายแบบประจุไฟใหม่ได้ (rechargeable battery) เป็นต้น ดังนั้นเรามาเริ่มทำความรู้จักถ่านไฟฉายธรรมดากันก่อน

ถ่านไฟฉายธรรมดา

        ถ่านไฟฉายธรรมดาเป็นเซลล์ไฟฟ้าชนิดเซลล์คาร์บอน-สังกะสี (carbon-zinc cell) ถูกประดิษฐ์ขึ้นตั้งแต่ปี ค.ศ. 1866 โดยชอร์ช แลกลองเช (Georges Leclanch?) วิศวกรชาวฝรั่งเศส ชื่อเซลล์คาร์บอน-สังกะสีบอกถึงองค์ประกอบพื้นฐานของเซลล์ไฟฟ้าชนิดนี้ว่าประกอบด้วย แท่งคาร์บอนหรือแท่งถ่านทำหน้าที่เป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าจากแคโทด ซึ่งสารที่ทำหน้าที่เป็นแคโทดคือ สารแมงกานีสไดออกไซด์ (manganese dioxide) โดยผสมร่วมกับผงถ่าน ส่วนแอโนดคือ กระป๋องสังกะสี (zinc) ตัวกระป๋องนอกจากจะทำหน้าที่เป็นแอโนดแล้วยังใช้บรรจุสารแคโทดด้วย โดยมีชั้นของสารละลายแอมโมเนียมคลอไรด์ (ammonium chloride) และซิงค์คลอไรด์ (zinc chloride) ทำหน้าที่เป็นสารอิเล็กโทรไลต์กั้นระหว่างชั้นแคโทดและชั้นแอโนด

ภาพตัดขวางของถ่านไฟฉายคาร์บอน-สังกะสี

        ปฏิกิริยาเคมีของถ่านไฟฉายจะเกิดต่อเนื่องไปจนกระทั่งสารแมงกานีสไดออกไซด์ทำปฏิกิริยาจนหมด หมายความว่าถ่านไฟฉายหมดไฟแล้ว ซึ่งผู้ใช้ควรทำการถอดถ่านออกจากตัวอุปกรณ์ไฟฟ้า เพราะสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ยังอยู่ในก้อนถ่านไฟฉายมีฤทธิ์เป็นกรด ดังนั้นสารจะเกิดปฏิกิริยาเคมีกับกระป๋องสังกะสีต่อได้ ทำให้สารเคมีภายในรั่วออกมาสร้างความเสียหายแก่อุปกรณ์ไฟฟ้าได้

        จุดเด่นของถ่านไฟฉายธรรมดาคือ ราคาถูกและมีหลายขนาดให้เลือกใช้ แต่จุดด้อยคือ ถ่านไฟฉายชนิดนี้ให้พลังงานได้น้อยที่สุดเมื่อเทียบกับถ่านชนิดอื่น นอกจากนี้หากเก็บในสถานที่มีอุณหภูมิที่ร้อนหรือเย็นเกินไปจะมีผลทำให้ประสิทธิภาพของถ่านลดลง

ถ่านไฟฉาย Heavy Duty

        ถ่านไฟฉายบางชนิดจะติดคำว่า “Heavy Duty” ไว้ที่ฉลาก นี่เป็นเซลล์คาร์บอน-สังกะสีเหมือนถ่านไฟฉายธรรมดา แต่มีประสิทธิภาพการจ่ายไฟสูงกว่าถ่านไฟฉายธรรมดา ถ่านเฮฟวี่ดิวตี้ (Heavy Duty) เป็นถ่านที่พัฒนามาจากถ่านคาร์บอน-สังกะสี ดังนั้นถ่านจึงมีโครงสร้างและส่วนประกอบเหมือนถ่านไฟฉายธรรมดาเกือบทั้งหมด ยกเว้นแค่ถ่านเฮฟวี่ดิวตี้ใช้สารละลายซิงค์คลอไรด์เป็นสารอิเล็กโทรไลต์เพียงชนิดเดียว

        อันที่จริงผู้ผลิตถ่านไฟฉายทราบมานานแล้วว่า การผลิตถ่านไฟฉายสามารถใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ชนิดเดียวได้ แต่ติดปัญหาว่าสารละลายซิงค์คลอไรด์มีความเป็นกรดจึงไม่สามารถกักเก็บไว้ในกระป๋องสังกะสีได้นาน จนถึงช่วงทศวรรษที่ 1960 เมื่อเทคโนโลยีทางวัสดุพัฒนามากขึ้นจนผู้ผลิตพบวิธีเพิ่มประสิทธิภาพของตัวกั้น (separator) ระหว่างชั้นแคโทดและชั้นแอโนดแล้ว จึงสามารถผลิตถ่านเฮฟวี่ดิวตี้ออกมาใช้งานได้จริง

ถ่านแอลคาไลน์

        ถ่านแอลคาไลน์เป็นถ่านไฟฉายที่เกิดในปี ค.ศ. 1959 พัฒนาขึ้นโดย ลิวอิส เออร์รี (Lewis Urry) วิศวกรของบริษัทผลิตถ่านไฟฉายเอเวอร์เรดี้ (Eveready) ถ่านแอลคาไลน์มีจุดเด่นที่สามารถให้พลังงานไฟฟ้าได้สูงกว่าถ่านธรรมดา 4 – 9 เท่า (ขึ้นอยู่กับสภาวะการใช้งาน) และมีช่วงอุณหภูมิของการใช้งานกว้างกว่าถ่านธรรมดา

        การพัฒนาถ่านไฟฉายแอลคาไลน์ของลิววิสได้ต้นแบบมาจากแบตเตอรี่แอลคาไลน์ที่โธมัส เอดิสันพัฒนาขึ้นระหว่างปลายทศวรรษที่ 1890 ถึงต้นทศวรรษที่ 1900  แบตเตอรี่แอลคาไลน์ของเอดิสันใช้โปตัสเซียมไฮดรอกไซด์ (potassium hydroxide) ซึ่งมีฤทธิ์เบสเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ใช้เหล็กเป็นแอโนด และใช้สารประกอบนิกเกิลออกไซด์ (nickel oxide) เป็นแคโทด ขณะที่ลิววิสใช้สารแมงกานีสไดออกไซด์เป็นแคโทด ส่วนแอโนด ลูอิสเปลี่ยนจากการใช้ถ้วยสังกะสีเป็นผงสังกะสีแทน และใช้สารโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์แทน

        หลังจากทดลองอันยาวนาน ลิววิสนำเสนอผลงานของเขาต่อระดับบริหารด้วยการเชิญผู้บริหารมาที่โรงอาหารของบริษัทเพื่อดูรถของเล่นที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า โดยคันหนึ่งใส่ถ่านแอลคาไลน์และอีกคันใส่ถ่านไฟฉายธรรมดา ซึ่งรถคันที่ใส่ถ่านแอลคาไลน์สามารถแล่นกลับไป-มาได้หลายรอบมากกว่า ว่ากันว่าช่วงแรกที่เริ่มทดลองเพื่อนพนักงานในบริษัทมาร่วมให้กำลังใจจำนวนมาก แต่เมื่อเวลาผ่านไปเพื่อนพนักงานต่างทยอยกันกลับไปทำงานที่โต๊ะ เพราะรถทดลองที่ใช้ถ่านแอลคาไลน์ไม่มีแนวโน้มว่าถ่านจะหมดสักที

        ทุกวันนี้ ถ่านแอลคาไลน์ที่จำหน่ายทั่วไปในท้องตลาดมีประสิทธิภาพการให้พลังงานสูงกว่าถ่านต้นแบบของลิววิสมาก เพราะได้ผ่านการปรับปรุงและพัฒนาหลายอย่างไม่ว่าจะเป็นการเลือกใช้ผงสังกะสีที่มีความบริสุทธิ์สูง และมีขนาดอนุภาคใกล้เคียงกัน เลือกใช้แมงกานีสไดออกไซด์สังเคราะห์แทนแร่แมงกานีสไดออกไซด์จากธรรมชาติ เพราะมีความบริสุทธิ์มากกว่า ทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีมีความสม่ำเสมอมากขึ้น และยังมีการเติมสารซิงค์ออกไซด์ (zinc oxide) ลงไปเพื่อชะลอการกร่อนของผงสังกะสีด้วย

ภาพตัดขวางของถ่านอัลคาไลน์

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• http://en.wikipedia.org/wiki/Alkaline_battery
• http://www.corrosion-doctors.org/PrimBatt/urry.htm
• http://www.ieee-virtual-museum.org/collection/tech.php?id=2345874&lid=1
• http://www.powerstream.com/BatteryFAQ.html
• http://electrochem.cwru.edu/ed/encycl/art-b02-batt-nonr.htm
• http://www.duracell.com/oem/primary/alkaline/alkactcomp.asp
• "แบตเตอรี โรงไฟฟ้าขนาดพกพา" วารสารเทคโนโลยีวัสดุ ฉบับที่ 46 เดือนมกราคม-มีนาคม 2550

ถ่านไฟฉายและแบตเตอรี ตอน 2

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ถ่านเมอร์คิวริกออกไซด์

        ถ่านเมอร์คิวริกออกไซด์ (mercuric oxide) เป็นแบตเตอรีหรือเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่มีประสิทธิภาพการจ่ายไฟฟ้าในอัตราคงที่สูง โดยทั่วไปถ่านชนิดนี้มีขนาดเล็ก สามารถให้แรงดันไฟฟ้าประมาณ 1.35 โวลต์ ซึ่งเหมาะสำหรับอุปกรณ์หรือเครื่องใช้อย่าง นาฬิกาข้อมือ เครื่องคิดเลข เกมส์กด ฯลฯ ถ่านเมอร์คิวริกออกไซด์ถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี ค.ศ. 1950 โดย แซมมวล รูเบน (Samuel Ruben) นักประดิษฐ์อิสระ ถ่านเมอร์คิวริกออกไซด์สามารถใช้สารเมอร์คิวริกออกไซด์ผสมสารแมงกานีสไดออกไซด์ หรือใช้เฉพาะสารเมอร์คิวริกออกไซด์เป็นแคโทดอย่างเดียวก็ได้ สำหรับแอโนดจะใช้สังกะสีในรูปโลหะผงเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวของการเกิดปฏิกิริยาเคมีให้มากขึ้น

        ในส่วนของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ก็สามารถเลือกใช้สารอิเล็กโทรไลต์ได้ 2 ชนิดด้วยกันคือ สารละลายโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์ (potassium hydroxide) หรือสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ ความแตกต่างของการเลือกใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ทั้งสองชนิดคือ ถ่านที่ใช้สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์จ่ายกระแสไฟได้น้อยแต่ให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ได้ดี ซึ่งเหมาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้าอย่างเครื่องคิดเลข เครื่องช่วยฟัง (hearing aids) นาฬิกาข้อมือแบบเข็ม ส่วนถ่านที่ใช้สารละลายโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์จะสามารถจ่ายกระแสไฟได้มากกว่า จึงเหมาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต้องการกระแสไฟมากกว่า เช่น กล้องถ่ายรูปดิจิตอลที่มีไฟแฟลช หรือนาฬิกาดิจิตอลที่มีไฟเรืองแสง

        แบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์มีจุดเด่นคือ สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าในอัตราคงที่เกือบตลอดอายุการใช้งาน และมีอายุการเก็บรักษานานเป็นปี แต่มีจุดด้อยคือ ราคาแพง และการใช้สารประกอบโลหะปรอทในแบตเตอรีก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ทำให้แบตเตอรีชนิดนี้ถูกห้ามจำหน่ายในหลายประเทศ

โครงสร้างแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์

ถ่านซิลเวอร์ออกไซด์

        แบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์ (silver oxide) หรืออาจจะเรียกว่า แบตเตอรีซิลเวอร์-ซิงค์ (silver-zinc battery) ก็ได้ เป็นแบตเตอรีอีกชนิดที่ใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ชนิดด่าง แบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์ถูกประดิษฐ์ขึ้นในช่วงเวลาไล่เลี่ยกับแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ แบตเตอรีชนิดนี้ให้แรงดันไฟฟ้า 1.6 โวลต์สูงกว่า แบตเตอรี เมอร์คิวริกออกไซด์เล็กน้อย แบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์มีส่วนประกอบคล้ายกับแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ คือใช้สังกะสีเป็นแอโนด กับใช้ซิลเวอร์ออกไซด์เป็นแคโทด และสามารถเลือกใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ได้ 2 ชนิดคือ สารละลายโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์ กับสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ นอกจากนี้ยังผลิตออกมาในลักษณะเป็นก้อนขนาดเล็กเหมือนแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ด้วย

        แบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์มีจุดเด่นเหมือนแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ คือ สามารถจ่ายกระแสไฟคงที่ได้อย่างต่อเนื่องเกือบตลอดอายุการใช้งาน จึงใช้ทดแทนแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ได้ อีกทั้งไม่มีส่วนผสมของสารประกอบโลหะหนัก แต่ข้อด้อยคือ แบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์มีราคาแพง และมีอายุการใช้งานสั้นกว่าแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ (ดังแสดงในกราฟที่ 1)

กราฟที่ 1 แสดงค่าแรงดันไฟฟ้ากับเวลาที่ใช้งานแบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์เทียบกับแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์

*ถ่านลิเทียมแบบปฐมภูมิ

        แบตเตอรีลิเทียมเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่มีประสิทธิภาพในการจ่ายไฟสูง สามารถให้แรงดันไฟฟ้าได้ตั้งแต่ 1.5 - 4 โวลต์ขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่นำมาเป็นแคโทด แบตเตอรีลิเทียมถูกประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรกโดยกิลเบิร์ท เอ็น. ลิวอิส (Gilbert N. Lewis) ในปี ค.ศ. 1912 แต่กว่าที่นักวิทยาศาสตร์จะสามารถพัฒนาแบตเตอรีลิเทียมให้ปลอดภัยเพียงพอสำหรับการใช้งานจริงก็ต้องรอถึงช่วงต้นทศวรรษที่ 1970

        ด้วยเหตุที่ลิเทียมเป็นโลหะที่เบาที่สุดเมื่อเทียบกับโลหะอื่น แต่มีค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานสูงที่สุด อีกทั้งสามารถปลดปล่อยอิเล็กตรอนได้ง่าย ดังนั้นบริษัทผู้ผลิตแบตเตอรีจึงพยายามวิจัยอย่างหนักเพื่อนำลิเทียมมาใช้งาน แต่ลิเทียมเป็นโลหะที่เกิดปฏิกิริยาเคมีกับน้ำ (หรือไอน้ำในอากาศ) ได้ง่ายมาก โดยปฏิกิริยาเคมีที่เกิดเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนและได้ก๊าซไฮโดรเจนเป็นผลิตภัณฑ์ออกมา ซึ่งก๊าซไฮโดรเจนสามารถระเบิดได้ ดังนั้นในกระบวนการผลิตจึงต้องกระทำในสภาพแวดล้อมที่แห้ง รวมถึงตัวเคส (case) หรือภาชนะบรรจุก็จำเป็นต้องปิดอย่างแน่นหนาเพื่อป้องกันไอน้ำในอากาศผ่านเข้าไปทำปฏิกิริยากับโลหะภายใน

        การที่ลิเทียมทำปฏิกิริยาเคมีกับน้ำได้ดี ทำให้ไม่สามารถใช้น้ำเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ได้เหมือนเซลล์ไฟฟ้าเคมีชนิดอื่น ดังนั้นการวิจัยส่วนหนึ่งจึงมุ่งหาตัวทำละลายอินทรีย์ (organic solvent) ที่เหมาะจะเป็นสารอิเล็กโทรไลต์ ส่งผลให้แบตเตอรีลิเทียมมีความหลากหลายมากกว่าแบตเตอรีแบบอื่น การแบ่งประเภทแบตเตอรีลิเทียมสามารถจำแนกได้เป็น 3 กลุ่ม คือ

1. แบตเตอรีลิเทียมแคโทดของเหลว (liquid cathode lithium cell) เช่น แบตเตอรีลิเทียม-ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (lithium-sulfur dioxide) แบตเตอรีลิเทียมไทโอนิลคลอไรด์ (lithium thionyl chloride)
2. แบตเตอรีลิเทียมแคโทดของแข็ง (solid cathode lithium) เช่น แบตเตอรีลิเทียมแมงกานีสออกไซด์ (lithium-manganese oxide) แบตเตอรีลิเทียมโพลีคาร์บอนโมโนฟลูออไรด์ (lithium polycarbon monofluoride)
3. แบตเตอรีลิเทียมอิเล็กโทรไลต์ของแข็ง (solid electrolyte lithium) เช่น แบตเตอรีลิเทียมไอโอดีน (lithium iodine) หรือแบตเตอรีลิเทียม-เหล็ก (lithium-iron)

โครงสร้างของแบตเตอรีลิเทียมแมงกานีสออกไซด์

ถ่านลิเทียมแมงกานีสออกไซด์

        แบตเตอรีลิเทียมแมงกานีสออกไซด์เป็นแบตเตอรีลิเทียมแคโทดของแข็งชนิดหนึ่ง สามารถให้แรงดันไฟฟ้า 3 โวลต์ แบตเตอรีลิเทียมชนิดนี้ได้รับความนิยมในการใช้มากที่สุด โดยมีสัดส่วนมากถึงร้อยละ 80 ของแบตเตอรีลิเทียมในตลาดทั้งหมด แบตเตอรีลิเทียมแมงกานีสออกไซด์มีทั้งแบบเหรียญ (coin cell) และแบบก้อนทรงกระบอก

        แบตเตอรีลิเทียมแมงกานีสออกไซด์ใช้สารแมงกานีสไดออกไซด์ผสมกับผงถ่านและสารยึดติดเพื่อทำเป็นแคโทดมีลิเทียมเปอร์คลอเรต (lithium perchlorate) ละลายในโพรพิลีนคาร์บอเนต (propylene carbonate) เป็นสารอิเล็กโทรไลต์โดยใช้แอโนดที่ทำจากแผ่นโลหะลิเทียมบาง และด้วยเหตุที่โลหะลิเทียมเกิดปฏิกิริยากับน้ำได้ดี ดังนั้นกระบวนการผลิตจึงต้องกระทำภายใต้บรรยากาศก๊าซอาร์กอนบริสุทธิ์ซึ่งเป็นก๊าซเฉื่อย เพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรีมีปริมาณน้ำเกิน 50 ส่วนในล้านส่วน (ppm)

        แบตเตอรีลิเทียมมีจุดเด่นหลายอย่างคือ น้ำหนักเบา มีค่าแรงดันไฟฟ้าสูง มีความหนาแน่นไฟฟ้าสูง มีอายุการเก็บรักษาหลายปี สามารถใช้งานได้ในช่วงอุณหภูมิกว้าง และสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าคงที่ได้เกือบตลอดอายุการใช้งาน แต่จุดด้อยคือ มีราคาแพง

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_battery
• http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/electricity/batteries/lithium.html
• http://www.nlectc.org/txtfiles/batteryguide/ba-type.htm
• http://support.radioshack.com/support_tutorials/batteries/Images/mercox-view.jpg
• http://support.radioshack.com/support_tutorials/batteries/bt-hgox-main.htm
• http://www.mpoweruk.com/lithiumP.htm
• http://www.machinedesign.com/BDE/Electrical/bdeee7/bdeee7_10.html
• http://www.geocities.com/bioelectrochemistry/ruben.html
• http://electrochem.cwru.edu/ed/encycl/art-b02-batt-nonr.htm
• http://www.duracell.com/oem/primary/Lithium/lithium_manganese_tech.asp

ถ่านไฟฉายและแบตเตอรี ตอน 3

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ถ่านสังกะสี-อากาศ

          แบตเตอรีสังกะสี-อากาศ (zinc-air battery) หรือแบตเตอรีสังกะสี-อากาศเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่มีลักษณะเด่นอีกชนิดหนึ่ง เนื่องจากแบตเตอรีชนิดนี้ใช้ “ก๊าซออกซิเจน” ในอากาศเป็นแคโทด และใช้โลหะสังกะสีเป็นแอโนด ใช้สารละลายเบสเป็นสารอิเล็กโทรไลต์ แบตเตอรีสังกะสี-อากาศมีแอโนดที่ประกอบด้วยโลหะสังกะสีในรูปผงโลหะผสมกับสารอิเล็กโทรไลต์ คือ สารโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์ และใช้วัสดุประเภท
"เจล" เป็นตัวอุ้มหรือห่อหุ้มทั้งผงโลหะและสารอิเล็กโทรไลต์เอาไว้ด้วยกัน แบตเตอรีสังกะสี-อากาศใช้ภาชนะบรรจุสารซึ่งประกอบด้วยโลหะ 2 ชิ้น ทำหน้าที่เป็นขั้วบวก และขั้วลบ และใช้แผ่นฉนวนพลาสติกกั้นระหว่างโลหะ 2 ชิ้น แบตเตอรีสังกะสี-อากาศสามารถให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ 1.45 โวลต์

          ด้วยเหตุที่แบตเตอรีชนิดนี้ใช้ก๊าซออกซิเจนเป็นแคโทด ดังนั้นภาชนะบรรจุจึงมีรู และภายในมีลักษณะเป็นโพรง เพื่อให้ก๊าซออกซิเจนจากภายนอกเข้าไปทำปฏิกิริยาเคมีกับแอโนดภายในได้ การที่แบตเตอรีสังกะสี-อากาศใช้แคโทดเป็นก๊าซในอากาศทำให้แบตเตอรีมีเนื้อที่บรรจุสารแอโนด (สังกะสี) มากขึ้น ซึ่งทำให้แบตเตอรีมีความจุไฟฟ้ามากขึ้นด้วย

          เมื่อก๊าซออกซิเจนผ่านเข้าไปภายในภาชนะ โมเลกุลของก๊าซจะสัมผัสกับประจุบวกบนผิวคาร์บอนที่มีลักษณะเป็นรูพรุน โมเลกุลของน้ำและสารอื่นที่อยู่ในโพรงจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเกิดเป็นไฮดรอกซิล
(-OH) ขึ้นโมเลกุลของสารต่างๆ และไฮดรอกซิลที่เกิดขึ้นจะถูกกรองด้วยแผ่นกรองอากาศก่อนเข้าทำปฏิกิริยาเคมีกับผงสังกะสีที่อยู่ในเจลเกิดเป็นซิงค์เคท (zincate, Zn(OH)₄²-) โมเลกุลของสารประกอบเชิงซ้อนนี้สลายตัวได้ไฮดรอกซิล 2 โมเลกุล น้ำ 1 โมเลกุลและสังกะสีออกไซด์อีกหนึ่งโมเลกุล และปลดปล่อยอิเล็กตรอนอิสระออกมา 2 ตัว

          แบตเตอรีสังกะสี-อากาศมีจุดเด่นคือ มีอายุการเก็บรักษานาน ให้ศักย์ไฟฟ้าคงที่ มีความหนาแน่นพลังงานสูง ราคาไม่แพง ปลอดภัย และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แต่มีจุดด้อยคือ สามารถใช้ในบริเวณที่มีอากาศเท่านั้น และเมื่อดึงฉลากปิดรูแบตเตอรีออกแล้วแบตเตอรีจะได้รับอิทธิพลโดยตรงจากทั้งความชื้นและอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม ซึ่งสามารถเร่งให้แบตเตอรีมีอายุการใช้งานสั้นลงได้ สำหรับการประยุกต์ใช้งาน ปัจจุบันแบตเตอรีชนิดนี้นิยมนำมาใช้กับอุปกรณ์ช่วยฟัง

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• http://support.radioshack.com/support_tutorials/batteries/bt-zair-main.htm
• http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/electricity/batteries/zincair.html
• http://www.technologyreview.com/Infotech/12581/
• http://www.mpoweruk.com/zinc_air.htm
• http://www.duracell.com/oem/primary/Zinc/zinc_air_tech.asp

ผลิตภัณฑ์จากวัสดุนาโนในอนาคต

ชิปคอมพิวเตอร์ในโลกยุคถัดไป
      ชิ้นส่วนวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ตัวทรานซิสเตอร์ (transistors) ตัวต้านทาน (resistors) และตัวเก็บประจุ (capacitors)จะมีขนาดเล็กลงกว่าเดิมซึ่งช่วยเพิ่มความเร็วของระบบประมวลผลได้มาก แต่ยังมีอุปสรรคทางเทคโนโลยีอยู่หลายเรื่อง รวมถึงการขาดสารตั้งต้นที่มีอนุภาคขนาดเล็กเพื่อใช้ผลิตส่วนประกอบเหล่านี้ การกระจายความร้อนปริมาณมากที่ไม่ดีพอซึ่งเกิดจากการประมวลผลของไมโครโปรเซสเซอร์ความเร็วสูง เป็นต้น วัสดุนาโนจะเข้ามาช่วยเอาชนะอุปสรรคข้างต้นนี้ ด้วยการเพิ่มทางเลือกให้แก่ผู้ประกอบการในการผลิตที่ใช้วัสดุเริ่มต้นที่มีผลึกขนาดเล็กในระดับนาโน (nanocrystalline) ที่มีความบริสุทธิ์สูงมากๆ หรือมีการนำความร้อนที่ดีกว่า หรืออาจสร้างจุดเชื่อมลายวงจรในไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีความทนทานและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น

คลิกครับ

      ผลพวงจากการที่น้ำมันแพง ทำให้รัฐบาลหาทางออกด้วยการส่งเสริมและสนับสนุนให้มีการประหยัดพลังงานเพื่อลดการนำเข้าน้ำมัน รวมทั้งพยายามหาแหล่งพลังงานทดแทนน้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ (natural gas) ก็เป็นแหล่งพลังงานทางเลือกหนึ่งที่น่าสนใจ เพราะมีราคาถูกกว่าน้ำมันมาก ปัจจุบันก๊าซธรรมชาติราคาประมาณ 8.50 บาท/กิโลกรัม ขณะที่ก๊าซหุงต้ม (ก๊าซแอลพีจี - LPG) ราคาประมาณ 16.50 บาท/กิโลกรัม ส่วนน้ำมันเบนซินและดีเซลราคายิ่งสูงขึ้นอีก (≈ 25 บาท/ลิตร) ความแตกต่างทางด้านราคาก๊าซธรรมชาติและน้ำมัน ทำให้บริษัท ปตท จำกัด (มหาชน) ประกาศสนับสนุนการใช้เชื้อเพลิงชนิดนี้ในรถยนต์ โดยทางบริษัทยินดีออกค่าใช้จ่ายส่วนหนึ่งสำหรับรถที่จะติดตั้งระบบการใช้ก๊าซธรรมชาติ เนื่องจากชุดติดตั้งมีราคาแพงและต้องนำเข้าจากต่างประเทศทั้งหมด

คลิกครับ

เซอร์วิลเลียม โรเบิร์ต โกรฟ

คลิกครับ

จากสมการ E=mc²เป็นระเบิดปรมาณู

เมื่อพูดถึงระเบิดปรมาณูแล้ว ชื่อของไอน์สไตน์มักถูกนำไปโยงเข้ากับการสร้างหรือประดิษฐ์ระเบิดชนิดนี้อยู่ตลอดเวลา ซึ่งจากสมการที่โด่งดังที่สุด E = mc² ถูกพัฒนาออกมาเป็นระเบิดปรมาณูได้อย่างไร? และไอน์สไตน์เข้าไปเกี่ยวข้องกับการสร้างระเบิดปรมาณูตามที่ถูกกล่าวหาจริงหรือไม่? อย่างไร? ลองมาไล่เรียงเหตุการณ์สำคัญที่เกิดขึ้นกันสักหน่อย

ค.ศ.1905 ไอน์สไตน์เผยแพร่ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (Special Relativity Theory) ผลลัพธ์สำคัญอันหนึ่งคือ E = mc²

คลิกครับ

ชีวประวัติและเหตุการณ์โดยย่อของไอน์สไตน์

           อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เกิดเมื่อปี ค.ศ. 1879 ในครอบครัวชนชั้นกลางของชาวยิวในประเทศเยอรมนี ในวัยเด็กนั้น เด็กชายไอน์สไตน์เป็นเด็กที่หัดพูดช้ามากจนพ่อ-แม่พากันกังวลว่าลูกชายอาจจะเป็นใบ้ เพราะไอน์สไตน์เริ่มหัดพูดตอนอายุประมาณ 3 ขวบ เรื่องประทับใจเรื่องหนึ่งในวัยเด็กที่ไอน์สไตน์มักหยิบมาพูดถึงคือ ความประหลาดใจของเขาที่มีต่อเข็มทิศแม่เหล็กที่เขาเห็นในช่วงอายุประมาณ 4-5 ขวบ ของชิ้นนี้ทำให้เขาปักใจเชื่อว่าจะต้องมีอะไรบางอย่างซ่อนอยู่เข็มทิศ นอกจากนี้ในวัยเด็กไอน์สไตน์ยังเกลียดการเล่นเป็นทหารซึ่งแตกต่างจากเด็กทั่วไป  คลิกครับ

     ' เสื้อสีแดง' หรือ 'ผ้ารัดข้อมือสีแดง' ของนักเทนนิสขวัญใจชาวไทย ภราดร ศรีชาพันธุ์ อาจเป็นเสมือนเครื่องราง ที่สร้าง ความมั่นใจในการพิชิตศึกคู่แข่ง เช่นเดียวกับการไหว้ การสวดภาวนาที่เสาประตูของผู้รักษาประตูในเกมการฟาดแข้ง

       ความเชื่อหรือการหาเครื่องยึดเหนี่ยวเป็นส่วนเสริมด้านจิตใจให้กับนักกีฬา เพื่อสร้างความมั่นใจในการแข่งขัน แต่สิ่งสำคัญ ที่จะทำให้นักกีฬาเป็นผู้กำชัยชนะได้ย่อมมาจากทักษะความสามารถ บวกกับความเอาใจใส่ในการฝึกซ้อม
       ชัยชนะในเกมการแข่งขัน นอกจากจะมาจากตัวนักกีฬาเป็นหลักแล้ว อุปกรณ์กีฬาซึ่งถือได้ว่าเป็นอาวุธสำคัญในการทำศึก ก็เป็น สิ่งที่ไม่ควรมองข้าม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยุคที่เทคโนโลยีก้าวล้ำ การพัฒนาอุปกรณ์กีฬา ให้มีประสิทธิภาพ มีผลให้เกิดการได้เปรียบ ในการแข่งขันได้ ดังเช่น ในยุคหนึ่งของการแข่งกีฬาเบสบอล ได้มีข้อกำหนดห้ามใช้ไม้เบสบอลที่ทำจากอะลูมิเนียม เนื่องจาก ไม้ที่ทำ จากวัสดุประเภทนี้ทำให้ลูกพุ่งแรงและเร็ว ส่งผลให้ผู้เล่นสามารถตีโฮมรันได้มากกว่าปกติ   คลิกครับ

 คำจำกัดความสั้น ๆ ของแก๊สโซฮอล์ คือ น้ำมันเบนซินไร้สารตะกั่ว ที่มีส่วนผสมของ เอทานอล (ethanol) โดยปัจจุบันใช้สูตร E 10 ตามประกาศของกรมทะเบียนการค้า ว่าด้วยเรื่องการกำหนดลักษณะ และคุณภาพ ของน้ำมันแก๊สโซฮอล์ เมื่อวันที่ 21 ตุลาคม 2545 ซึ่งก็หมายถึง การผสมเอทานอลบริสุทธิ์ 99.5% ในสัดส่วน 10% โดยปริมาตร กับน้ำมันเบนซินไร้สารตะกั่วออกเทน 91 ในสัดส่วน 90% โดยปริมาตร (น้ำมัน 90 : เอทานอล 10)  คลิกครับ

    ดร. นุจรินทร์ รามัญกุล หัวหน้าโครงการการศึกษาเพื่อประเมินการใช้วัสดุต้องห้ามและการนำกลับมาใช้ใหม่ ตามระเบียบ WEEE & RoHS ของสหภาพยุโรป ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ(เอ็มเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ เปิดเผยในการสัมมนาเทคโนโลยีวัสดุเพื่อสิ่งแวดล้อม ครั้งที่ 2 ในหัวข้อ " รีไซเคิลและการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ยั่งยืน" เมื่อวันที่ 2 ตุลาคมที่ผ่านมาว่า ในการพัฒนาผลิตภัณฑ์เพื่อให้สามารถแข่งขันในตลาดเสรีได้ในปัจจุบัน ผู้ผลิตจำเป็นต้องคำนึงถึงปัจจัยพื้นฐานหลายด้าน การอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมก็เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่จะทวีความสำคัญขึ้นเรื่อยๆ ในยุคของการรณรงค์เพื่อการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมเช่นในปัจจุบัน ประเทศต่างๆ ได้หันมาให้ความสนใจและจริงจั งต่อปัญหาผลกระทบของสินค้า ต่อสิ่งแวดล้อมและได้เพิ่มความเข้มงวด ในการใช้วัตถุดิบและ การใช้สารที่เป็นพิษ ต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นเรื่อยๆ
 

คลิกครับ

     ทางเลือกหนึ่งของคนเป็นผู้ปกครอง คือการพยายามสนับสนุนการเปิดโลกการเรียนรู้ ให้เด็กได้สัมผัสกับของจริง ได้ทดลอง ได้เล่นและเกิดความเข้าใจในที่สุด จึงนับเป็นโอกาสดีที่ในช่วงวันที่ 15-25 สิงหาคมที่ผ่านมา มีการจัดกิจกรรมในงานสัปดาห์วิทยาศาสตร์ ที่อิมแพคเมืองทองธานี บริเวณฮอลล์ 5 สารพัดกิจกรรมน่าสนใจมากมายจากส่วนงานต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมาแสดง ซึ่งศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ หรือเอ็มเทค ในสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ(สวทช.) ภายใต้การกำกับของกระทรวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและสิ่งแวดล้อม เป็นหน่วยงานวิจัยด้านเทคโนโลยีวัสดุโดยเฉพาะ มีนักวิจัยในสาขาต่าง ๆ และต้องการส่งเสริ  คลิกครับ

- เอ็มเทคทำการวิจัยร่วมกับปตท.ในการนำเอทานอลผสมน้ำมันเบนซิน และดีเซลว่าเมื่อนำไปใช้กับรถยนต์ รถขนส่งใช้งานอย่างไร และจะมีปัญหาอะไรกับเครื่องยนต์หรือไม่อย่างไร    

 มีปตท.กับบางจาก นำออกจำหน่าย เป็นน้ำมัน เบนซินผสมแก๊สโซฮอล์ 10% มีออกเทน 91 จำนวน 90% และผสม เอทานอล 10% จะได้เบนซินออกเทน 95 ออกจำหน่ายในราคาต่ำกว่า เบนซินทั่วไป 50 สตางค์ เบนซินผสมเอทานอลนี้ ปตท. มีการดำเนิน การวิจัยมานานแล้วกับโครงการส่วนพระองค์ และพบว่าการเติมเอทานอล 10% จะไม่เกิดผลกระทบ ต่อเครื่องยนต์ โดยปตท. ได้จัดทำรายงานการพัฒนาการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงผสมแอลกอฮอล์ ในเดือน พฤษภาคม 2543 เพื่อทูลเกล้าถวาย พระบาทสมเด็จ พระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุลยเดช มหาราช ที่สำนักพระราชวัง ในการทดลองกับรถยนต์ ใช้เบนซินที่ไม่ผสมเอทานอล รถยนต์ที่ใช้ เบนซินผสมเอทานอล 7.5% และรถยนต์ที่ใช้เบนซินผสมเอทานอล 15% กับรถยนต์ทั้งหมด 6 ชนิด ได้แก่ วอลโว่ โตโยต้า มิตซูบิชิ ฮอนด้า นิสสัน โตโยต้าโคโรลา เป็นรถตั้งแต่ปี คศ. 1993-1996 ถือเป็นรถยนต์ใช้แล้ว ได้ทดลองวิ่งพบว่าเครื่องยนต์ใช้งานได้ดี มลภาวะลดลง มีการสิ้นเปลืองน้ำมันเล็กน้อย และด้วยราคาที่ถูกกว่าจึงน่าจะมีการนำมาใช้กับรถยนต์ทั่วไป  คลิกครับ

กว่าจะเป็นแท่งเรืองแสง

............เรารู้จักหิ่งห้อยดี เพราะมันเป็นแมลงพิเศษแตกต่าง จากแมลงอื่น ตรงที่สามารถ เรืองแสงได้ นักวิทยาศาสตร์ พยายามศึกษากลไกการเรืองแสงของหิ่งห้อย และพยายามเลียนแบบมานานแล้ว ทุกวันนี้ นักวิทยาศาสตร์รู้แล้วว่า หิ่งห้อยเรืองแสงได้จากปฏิกิริยา การสลายตัวของสารลูซิเฟอร์ริน (luciferin) โดยมีเอนไซม์ลูซิเฟอร์เรส (luciferase) เป็นตัวกระตุ้นหรือ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) ให้เกิดเร็วขึ้น
............และนอกจากหิ่งห้อยแล้วนักวิทยาศาสตร์ยังพบว่าสิ่งมีชีวิต ที่อาศัยในทะเลลึกหลายชนิด เห็ดราบางชนิด และแบคทีเรียบางชนิด ก็มีความสามารถในการเรืองแสงเช่นกัน และเรียกปรากฏการณ์การเรืองแสงของสิ่งมีชีวิตว่า การเรืองแสงทางชีวภาพ (Bioluminescence)

คลิกครับ

     ปัจจุบัน ในภาคอุตสาหกรรมการผลิต มีการนำวัสดุพลาสติกมาทดแทน วัสดุโลหะ หรือวัสดุอื่น ๆ ในผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ มากขึ้น นับตั้งแต่แก้วน้ำ ที่ใช้ใน ชีวิตประจำวัน ของเล่น ไปจนถึงชิ้นส่วนโครงสร้างของเครื่องบิน อันเนื่องมาจาก ต้นทุนในการผลิตที่ถูกกว่ และน้ำหนักเบากว่า เป็นผลให้รูปแบบของ ผลิตภัณฑ์พลาสติก มีความหลากหลายมากขึ้นทุกวัน ดังนั้น การออกแบบ ผลิตภัณฑ์พลาสติก ภายในประเทศ จึงมีความจำเป็นต้องได้รับ การพัฒนา อย่างต่อเนื่อง ให้ทัดเทียมกับต่างประเทศ
 

รูปที่ 2 แสดงความเค้นบนแกลลอนน้ำมันเครื่อง

คลิกครับ

        รถยนต์ อาคารที่พักอาศัย โทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์ที่เราใช้ทั้งที่บ้านหรือที่ทำงาน ล้วนมีไว้เพื่อเพิ่มความสะดวก ให้กับคนเราทั้งสิ้น สิ่งต่าง ๆ เหล่านี้ บรรดาผู้ผลิตสินค้าต่างก็มุ่งแข่งขันกันเพื่อให้ได้สินค้าที่ดี มีคุณภาพ และผลิตได้รวดเร็ว ปัญหาของผู้ซื้อทั่วไปที่มักพบเจอคือสินค้าหรือผลิตภัณฑ์ที่ซื้อไปมีการชำรุดเสียหายในเวลาอันรวดเร็ว ทำให้ต้องเสียค่าบำรุงรักษา และเสียเวลามาก ซึ่งไม่มีใครต้องการให้เกิดเหตุการณ์อย่างนั้น หากเรานำเทคโนโลยีเข้ามาช่วยในการผลิตได้ ก็จะทำให้ การผลิตสินค้ามีคุณภาพ และส่งผลถึงคุณภาพชีวิตที่ดีขึ้นด้วย

       วันนี้จะขอแนะนำให้รู้จักกับการนำเทคโนโลยี CAE มาใช้เพื่อเพิ่มคุณภาพการผลิตและเสริมสร้างคุณภาพชีวิตที่ดี CAE เป็นคำย่อมาจาก Computer-Aided Engineering เป็นเทคโนโลยีที่นำมาช่วยในการออกแบบทางวิศวกรรมสมัยใหม่ มีการจำลองปัญหา บนหน้าจอคอมพิวเตอร์เพื่อวิเคราะห์ผลที่จะเกิดขึ้น ก่อนนำไปสู่การผลิตจริง เทคโนโลยีนี้มีการนำไปประยุกต์ใช้กันอย่างกว้างขวาง เพื่อคาดการณ์สิ่งที่อาจเกิดขึ้นได้ล่วงหน้า และหาทางป้องกันหรือแก้ไขไว้ล่วงหน้า โดยการปรับเปลี่ยนการออกแบบใหม่ ลองมาดูกันว่า CAE นี้เกี่ยวข้องกับคุณภาพชีวิตของเราได้อย่างไรบ้าง

คลิกครับ

      ผู้ที่จบการศึกษาระดับปริญญาตรีสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพ ไม่ว่าจะเป็นทางสายวิศว-กรรมศาสตร์ สายวิทยาศาสตร์ หรือสายอื่น ๆ จะเคยถูกบังคับให้เรียนวิชา ที่เกี่ยวข้องกับคณิตศาสตร์หลายๆวิชาต่อเนื่องกัน เป็นระยะเวลาหลายปีระหว่างการเรียนในมหาวิทยาลัย เช่น วิชาแคลคูลัส (calculus) วิชาสมการเชิงอนุพันธ์ (differential equations) ฯลฯ ซึ่งวัตถุประสงค์หลักของการเรียนวิชาเหล่านี้คือ เพื่อให้เกิดความเข้าใจ เกิดความเคยชิน ในการแก้สมการทางคณิตศาสตร์ขั้นสูงที่อยู่ในรูปแบบต่าง ๆ กัน เนื่องจากรูปแบบของสมการทางคณิตศาสตร์เหล่านี้ โดยเฉพาะสมการเชิงอนุพันธ์ จะปรากฏขึ้นอีกหลายๆครั้งในการเรียนวิชาอื่นๆในระดับสูงขึ้นไป สมการเชิงอนุพันธ์ที่เรียนกันเหล่านี้ ประกอบด้วยพจน์ที่ใช้สัญลักษณ์แทนด้วยตัวดีเล็กบ้าง หรือด้วยสัญลักษณ์คล้ายเลขหกกลับทางบ้าง การสอนในชั้นเรียนก็มักจะเป็นการแสดงขั้นตอนการแก้สมการกัน นิสิตนักศึกษาส่วนใหญ่พอถึงเวลาสอบก็จะจดจำกระบวนการขั้นตอนวิธีการแก้สมการ เช่นหากสมการเชิงอนุพันธ์ที่ให้มาอยู่ในรูปแบบเช่นนี้แล้ว จำเป็นต้องแก้ด้วยวิธีจำเพาะอันประกอบด้วยขั้นตอนเช่นนี้ๆ เป็นต้น หากทำข้อสอบนั้นได้ถูกต้องก็จะได้คะแนนเต็ม 10 แต่หากทำผิดก็อาจจะได้ 3 คะแนน วิชาคณิตศาสตร์ในลักษณะเช่นนี้ จะถูกบังคับให้เรียนทุกเทอมในปีการศึกษาต้น ๆ หลังจากนิสิตนักศึกษาสำเร็จการศึกษากันไปแล้ว เกิน 90% แทบไม่ได้มีโอกาสใช้ความรู้ที่ถูกบังคับให้เรียนเช่นนี้อีกเลย คำถามที่เกิดขึ้นก็คือ หากนิสิตนักศึกษาไม่เคยได้นำความรู้ของคณิตศาสตร์ที่ถูกบังคับให้เรียนไปใช้แล้ว ทำไมจึงต้องใช้เวลาค่อนข้างมาก ในการให้ความรู้เช่นนี้แก่เขาเหล่านั้น ในช่วงการเรียนในมหาวิทยาลัยด้วย

คลิกครับ

      ปัจจุบัน มีการนำพลาสติกย่อยสลายได้มาใช้งานทางการแพทย์เพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ ทั้งนี้เนื่องจากประโยชน์หลาย ๆ ประการ ตัวอย่างเช่น ในกรณีของไหมเย็บแผลหรือแผ่นดามกระดูกต่าง ๆ เครื่องมือแพทย์ที่สามารถย่อยสลายตัวเองได้ ภายหลังจาก การทำหน้าที่ ตามที่ได้รับการออกแบบเสร็จสิ้นแล้วนั้น จะทำให้แพทย์ไม่ต้องผ่าตัด เป็นครั้งที่สอง เพื่อนำเครื่องมือแพทย์ ที่ใช้งานในการรักษาแล้ว ออกจากร่างกายผู้ป่วย ซึ่งจะเป็นประโยชน์ทั้งต่อตัวผู้ป่วยและแพทย์ คือ ผู้ป่วยไม่ต้องมีค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้น ไม่ต้องเจ็บตัวจากการผ่าตัดเพิ่มขึ้น ไม่ต้องเสี่ยงกับการผ่าตัดเพิ่มเติมและไม่ต้องเสียเวลา ในขณะเดียวกันแพทย์ ไม่ต้องเสียเวลา ในการรักษาผู้ป่วยคนอื่นเพื่อทำการผ่าตัดนำเครื่องมือแพทย์ออก นอกจากนี้ยังมีประโยชน์ในการนำไปใช้งาน ผลิตเป็น อุปกรณ์ปลดปล่อยยา (drug delivery system) และวัสดุโครงร่างรองรับเซลล์สำหรับงานทางวิศวกรรมเนื้อเยื่ออีกด้วย

คลิกครับ

       'คอมพิวเตอร์' หนึ่งในเทคโนโลยีแห่งยุคโลกาภิวัฒน์ เครื่องมือสมองกลที่เข้ามามีส่วนสำคัญในชีวิตการทำงาน อันนำไปสู่ การสรรสร้างผลงานตลอดจนเป็นเครื่องมือต่อยอดให้เกิดเทคโนโลยีใหม่ ๆ ในแวดวงต่าง ๆ ดังเช่นในแวดวงการแพทย์ คอมพิวเตอร์ ไม่เพียงเป็นเครื่องมือสำหรับประมวลผลหรือเก็บข้อมูลเท่านั้น หากแต่ได้มีการพัฒนา และนำข้อดีของสมองกลนี้ มาใช้ให้เกิดประโยชน์ ในวงกว้างมากขึ้น

       งานด้านศัลยกรรมหรือผ่าตัด ก็หลีกไม่พ้นที่จะพึ่งพาคอมพิวเตอร์ ซึ่งที่ผ่านมาการทำศัลยกรรมหรือผ่าตัดอวัยวะในแต่ละครั้ง แพทย์จะศึกษาอวัยวะที่จะผ่าตัดจากภาพถ่ายหรือภาพในคอมพิวเตอร์เท่านั้น การลงมือปฏิบัติงาน จึงต้องอาศัยความเชี่ยวชาญ เป็นพิเศษ แต่ปัจจุบันบทบาทของคอมพิวเตอร์ต่อสายงานด้านนี้มีมากขึ้น เมื่อได้มีการประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ให้สามารถสร้างต้นแบบ หรือแบบจำลองอวัยวะ เพื่อประโยชน์ต่อแพทย์ผู้รักษาที่จะได้ศึกษาสัมผัสอวัยวะนั้นอย่างใกล้ชิด และลงมือปฏิบัติงานได้อย่างแม่นยำ ขณะเดียวกันแบบจำลองดังกล่าวยังเป็นสื่อช่วยให้ผู้ป่วยหรือญาติได้เข้าใจกระบวนการของการรักษาด้วย

คลิกครับ

พลาสติกสังเคราะห์ย่อยสลายทางการแพทย์

   การที่เครื่องมือแพทย์ ที่สามารถย่อยสลายตัวเองได้ ภายหลังจากทำหน้าที่ ตามที่ได้รับการออกแบบเสร็จสิ้นแล้วนั้น จะทำให้แพทย์ไม่ต้องผ่าตัด เป็นครั้งที่สอง เพื่อนำเครื่องมือแพทย์ที่ใช้งานในการรักษาออกจากร่างกายผู้ป่วย ซึ่งจะเป็นประโยชน์ ทั้งต่อตัวผู้ป่วยและแพทย์ คือ ผู้ป่วยไม่ต้องมีค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้น ไม่ต้องเจ็บตัวจากการผ่าตัดเพิ่มขึ้น ไม่ต้องเสี่ยงกับการผ่าตัด เพิ่มเติมและไม่ต้องเสียเวลา ในขณะเดียวกัน แพทย์ไม่ต้องเสียเวลา ในการรักษาผู้ป่วย เพื่อทำการผ่าตัดนำเครื่องมือแพทย์ออก แต่นอกจากประโยชน์ในด้านการลดจำนวนการผ่าตัดแล้ว ประโยชน์ของพลาสติกสลายตัวได้อีกข้อที่น่าสนใจคือ เมื่ออุปกรณ์ประเภทนี้ เกิดการสลายตัวไปเรื่อย ๆ จะทำให้แรงที่ปกติถูกแบกรับด้วยอุปกรณ์นี้จะค่อย ๆ เปลี่ยนมาส่งผ่าน ไปยังเนื้อเยื่อในบริเวณโดยรอบ เช่น กระดูก เพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้เนื้อเยื่อในบริเวณดังกล่าว มีการฟื้นสภาพได้ดีกว่า การใช้อุปกรณ์จำพวกโลหะที่มีความแกร่งสูง แต่แรงไม่สามารถถ่ายเท ไปยังเนื้อเยื่อโดยรอบได้ ทำให้เนื้อเยื่อมีความอ่อนแอ  คลิกครับ

         การใช้วัสดุการแพทย์ในอดีต แพทย์มักจะนำวัสดุที่สามารถหาได้ง่ายหรือมีอยู่แล้วมาใช้งาน ตัวอย่างเช่น ชาวอียิปต์โบราณและชาวกรีกใช้เส้นใยจากพืชหรือสัตว์ในการเย็บบาดแผล และใช้ไม้ ทำเป็นแขน ขาเทียม ต่อมาราวต้นศตวรรษที่แล้วเริ่มมีการนำโลหะชนิดต่างๆ มาใช้งานทาง ทันตกรรม และเมื่อมีเหล็กสเตนเลส (stainless steel) ซึ่งเป็นโลหะผสมที่มีความทนทานต่อการ กัดกร่อนได้ดี จึงมีการนำมาใช้เป็นอวัยวะเทียมต่างๆ เช่นเดียวกันกับในอดีต แพทย์ปัจจุบันมักจะ เสาะหาวิธีการต่างๆ เพื่อรักษาหรือพัฒนาคุณภาพชีวิตของผู้ป่วยให้ดีขึ้น ด้วยการหาสิ่งทดแทน ส่วนต่างๆ ของร่างกายที่สูญเสียไป หรือไม่สามารถทำหน้าที่ของมันได้อย่างสมบูรณ์ เมื่อไม่นานมานี้ แพทย์มีความจำเป็นที่จะต้องใช้วัสดุทั่วไป ที่ไม่ได้ผลิตมาสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ เช่น หัวใจเทียมในระยะแรกๆ ต้องใช้โพลิยูรีเทนที่ใช้ทำชุดชั้นในสตรี ซึ่งมีความยืดหยุ่น ดัดงอได้ดี มีสมบัติตามต้องการ และหลังจากที่วัสดุชนิดนี้ถูกเลือกมาใช้เป็นวัสดุฝังในทรวงอกแล้ว ก็ได้มีการนำวัสดุชนิดนี้มาใช้เป็นวัสดุยัดไส้ที่นอนต่างๆ   คลิกครับ

     ความก้าวหน้าของงานวิจัยด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อ (tissue engineering) อย่างรวดเร็วในช่วง 2-3 ปีที่ผ่านมาสร้างความเป็นไปได้ ที่จะเพาะเลี้ยงอวัยวะขึ้นมาจากเซลล์เพื่อมาทดแทนส่วนที่สึกหรอหรือล้มเหลวในการทำงาน หากจะกล่าวถึงงานวิจัยทางด้านนี้ ทุกคนคงจะนึกถึงงานที่เกี่ยวข้องกับตับ ไต หรือหัวใจ ซึ่งเป็นอวัยวะที่สำคัญต่อการดำรงชีวิต และฟันคงเป็นอันดับสุดท้ายที่จะนึกถึง อย่างไรก็ตามยังมีกลุ่มนักวิจัยที่ให้ความสนใจและกำลังพัฒนางานวิศวกรรมเนื้อเยื่อที่เกี่ยวข้องกับทางทันตกรรม เป็นที่ทราบกัน อยู่แล้วว่าตราบจนทุกวันนี้ ยังไม่มีวิธีการใดที่จะรักษาฟันผุได้อย่างแท้จริง ฟันที่ผุต้องถูกถอนออกแล้วแทนที่ด้วยวัสดุอื่น ซึ่งทางเลือก ที่มีอยู่ก็ยังไม่ดีพอ

คลิกครับ

   เลือดที่ได้จากสายสะดือ (umbilical cord) และรก (placenta) เด็กแรกเกิดมี stem cells ซึ่งสามารถสร้างเลือดและระบบภูมิคุ้มกันของผู้ป่วยโรคเม็ดเลือดขาวมาก (leukemia) และโรคมะเร็งได้ เลือดจากสายสะดือและรกได้ช่วยชีวิตผู้ป่วยหลายร้อยคนนับตั้งแต่ปี ค.ศ. 1988 ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันว่าเลือดที่ได้นี้เต็มไปด้วยเซลล์ที่เรียกว่า hematopoietic stem cells ซึ่งเป็นเซลล์ตั้งต้นของส่วนประกอบต่างๆในเลือด ได้แก่ เซลล์เม็ดเลือดขาวที่ทำหน้าที่ป้องกันการติดเชื้อ และเซลล์เม็ดเลือดแดงที่ทำหน้าที่ลำเลียงออกซิเจนให้กับเกล็ดเลือด (platelets) ที่ช่วยการแข็งตัวของเลือดเมื่อมีบาดแผล  คลิกครับ

         เมื่อมีการนำวัสดุต่างๆ มาใช้ในทางศัลยกรรมกระดูกและข้อมากขึ้น จึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องปรับสภาพแวดล้อมให้เหมาะสมเพื่อผลที่ดีที่สุด        

         สารคอลลานเจน เป็นสารชีวภาพอย่างหนึ่งได้ถูกหยิบยกขึ้นมาใช้ร่วมด้วย เนื่องจากความสามารถสลายตัวเองได้ ทำให้สามารถลดการเกิดพังผืดหลังการผ่าตัดฝังอุปกรณ์ต่างๆ รวมทั้งสามารถลดการตกเลือดในขณะผ่าตัดและหลังผ่าตัดได้อีกด้วย         

       บริษัท Symatese ผู้นำทางด้านการผลิตสารทางชีวภาพที่มีคอลลาเจนเป็นองค์ประกอบ โดยห้องทดลองของบริษัทได้สกัดสารคอลลาเจนจากผิวหนังของลูกวัว โดยได้มีการควบคุมสภาพการผลิตอย่างเข้มงวดตลอดพื้นที่ทั้งหมด 2,500 ตารางเมตร เพื่อให้สามารถผลิตสารคอลลาเจนในรูปแบบต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น ผง เส้นใย สารละลาย ฯลฯ ผลิตภัณฑ์ของบริษัท เช่น สารที่ใช้ห้ามเลือด ซึ่งทำจาก Iyophilised collagen ฟิล์มป้องกันการติดกันเพื่อใช้ในการผ่าตัดลำไส้ และสารละลายคอลลาเจนที่ใช้ในศัลยกรรมตกแต่ง

ข้อมูลจาก สำนักข่าวเทคโนโลยีฝรั่งเศส

         บริษัท Scient'X เป็นสาขาย่อยของบริษัท Ideal Medical Product ซึ่งเชี่ยวชาญการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ โดยมีเป้าหมายที่จะเป็นผู้นำทางด้านอุปกรณ์สำหรับฝังลงไปในกระดูกสันหลังและกระดูกซี่โครง หน่วยผลิตและออกแบบของบริษัทนี้ มีหน้าที่ออกแบบผลิตภัณฑ์สำหรับใช้ในกระดูกสันหลังตั้งแต่ระดับคอจนถึงระดับก้นกบ         

          อุปกรณ์ CBK cage เป็นอุปกรณ์ที่เหมาะสำหรับยึดกระดูกสันหลังระดับต้นคอโดยการยึดทางด้านหน้า เพื่อรักษาภาวะหมอนรองกระดูกยื่นหรือภาวะการขาดเสถียรภาพของกระดูกคอจากโรคกระดูกและหมอนรองกระดูกเสื่อม อุปกรณ์ CBK cage ยังสามารถคงความโค้งของกระดูกคอตาม lordotic cure ได้อย่างเป็นธรรมชาติและยังรักษาระดับความกว้างของ intervertebral foramen ได้อีกด้วย อุปกรณ์ CBK cage นี้ทำด้วย polyether ether ketone (PEEK) ซึ่งเป็นวัสดุที่ทึบรังสี ทำให้สามารถติดตามผู้ป่วยหลังผ่าตัดได้ด้วยภาพเอ็กซเรย์         

            Co cage เป็นอีกผลิตภัณฑ์หนึ่ง ซึ่งได้รับการออกแบบสำหรับการผ่าตัดเชื่อมข้อ และเหมาะสมมากสำหรับการรักษาภาวะการขาดเสถียรภาพของกระดูกสันหลังระดับเอว เนื่องจากสารโพลิเมอร์ PEEK เป็นสารไม่ทึบรังสี ดังนั้นจึงสามารถประเมินการงอกของกระดูกหลังการรักษาได้ด้วยภาพถ่ายทางเอ็กซเรย์โดยไม่ถูกบดบังจากอุปกรณ์ที่ฝังลงไป นอกจากนี้วัสดุเหล่านี้ยังมีความยืดหยุ่นใกล้เคียงกับกระดูกจริงๆ ดังนั้น รอยต่อระหว่างอุปกรณ์ที่ทำจากโพลิเมอร์กับกระดูกจึงมีความกลมกลืนกันอย่างแท้จริง

ข้อมูลจาก สำนักข่าวเทคโนโลยีฝรั่งเศส

         บริษัท Bioprofile เป็นบริษัทที่เชี่ยวชาญในการออกแบบผลิตข้อเทียมและวัสดุที่ใช้ฝังในกระดูกสำหรับผ่าตัดรักษาโรคข้อเสื่อม โดยใช้วัสดุไพโรคาร์บอนสำหรับผลิตเครื่องมือแพทย์เพื่อใช้ในงานศัลยกรรมกระดูกและข้อ นอกจากนี้ยังใช้วัสดุที่ได้จากการวิจัยทางด้านนิวเคลียร์ซึ่งได้รับการพัฒนาจากคณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณู หรือ CEA (French Atomic Energy Commission) อีกด้วย         

           สารไพโรคาร์บอน เหล่านี้จะถูกแปรรูปไปเป็นเซรามิกส์ ซึ่งมีลักษณะทางกายภาพใกล้เคียงกับกระดูก โดยมีสัมประสิทธิ์การเสียดสีที่ต่ำ เนื่องมาจากวัสดุนี้มีความยืดหยุ่นและความหนาแน่นที่ใกล้เคียงกับกระดูก (Elasticity 20-25 Gpa, Density 1.7-2.0) และมีสัมประสิทธิ์ความเสียดทางที่ต่ำ ทำให้ไพโรคาร์บอนเป็นวัสดุที่เหมาะมากสำหรับใช้ในบริเวณที่ต้องการการเสียดสีน้อยที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งการนำมาทดแทนกระดูก scaphoid, กระดูกนิ้วมือ หรือกระดูกบริเวณข้อต่างๆ ในร่างกาย สารไพโรคาร์บอนนี้เป็นอีกทางเลือกหนึ่งนอกเหนือจากการใช้สารซิลิโคน (Elasticity 0.004 Gpa, Density 1.1) หรือไททาเนียมอัลลอยด์ (Elasticity 110 Gpa Density 4.5)

ข้อมูลจาก สำนักข่าวเทคโนโลยีฝรั่งเศส

         ภาวะความผิดปกติของกระดูกหลายอย่างมีผลทำให้เกิดความเปราะบางของกระดูก ซึ่งนับวันจะพบมากขึ้นในแถบประเทศอุตสาหกรรม สาเหตุเนื่องมาจากการเพิ่มขึ้นของอายุเฉลี่ยของประชากรและการบาดเจ็บจากการเล่นกีฬาที่พบมากขึ้น การรักษาภาวะเหล่านี้ซึ่งแต่เดิมใช้อวัยวะเทียม การปลูกถ่ายกระดูก หรือการอุดช่องว่างในกระดูกกำลังจะแปรเปลี่ยนไปสู่การใช้วัสดุทางชีวภาพมากขึ้น         

         การปลูกถ่ายกระดูกนับเป็นวิธีที่เสี่ยงต่อการติดเชื้อไวรัสและการปฏิเสธจากร่างกายผู้รับ ยิ่งไปกว่านั้นการจะนำกระดูกจากตำแหน่งอื่นในร่างกายของผู้ป่วยเองมาเชื่อมต่อตรงบริเวณที่เป็นโรคนั้น ยังทำได้ยาก เนื่องจากไม่สามารถหากระดูกที่เหมาะสมที่จะมาใช้ได้ นอกจากนี้แล้ววิธีการนี้ยังสร้างความทุกข์ทรมานแก่ผู้ป่วยอีกด้วย ด้วยเหตุผลเหล่านี้จึงทำให้การใช้วัสดุทางชีวภาพเป็นที่สนใจในวงการแพทย์มากขึ้น

ข้อมูลจาก สำนักข่าวเทคโนโลยีฝรั่งเศส

         ภาวะความผิดปกติของกระดูกหลายอย่างมีผลทำให้เกิดความเปราะบางของกระดูก ซึ่งนับวันจะพบมากขึ้นในแถบประเทศอุตสาหกรรม สาเหตุเนื่องมาจากการเพิ่มขึ้นของอายุเฉลี่ยของประชากรและการบาดเจ็บจากการเล่นกีฬาที่พบมากขึ้น การรักษาภาวะเหล่านี้ซึ่งแต่เดิมใช้อวัยวะเทียม การปลูกถ่ายกระดูก หรือการอุดช่องว่างในกระดูกกำลังจะแปรเปลี่ยนไปสู่การใช้วัสดุทางชีวภาพมากขึ้น         

          การปลูกถ่ายกระดูกนับเป็นวิธีที่เสี่ยงต่อการติดเชื้อไวรัสและการปฏิเสธจากร่างกายผู้รับ ยิ่งไปกว่านั้นการจะนำกระดูกจากตำแหน่งอื่นในร่างกายของผู้ป่วยเองมาเชื่อมต่อตรงบริเวณที่เป็นโรคนั้น ยังทำได้ยาก เนื่องจากไม่สามารถหากระดูกที่เหมาะสมที่จะมาใช้ได้ นอกจากนี้แล้ววิธีการนี้ยังสร้างความทุกข์ทรมานแก่ผู้ป่วยอีกด้วย ด้วยเหตุผลเหล่านี้จึงทำให้การใช้วัสดุทางชีวภาพเป็นที่สนใจในวงการแพทย์มากขึ้น

ข้อมูลจาก สำนักข่าวเทคโนโลยีฝรั่งเศส

   โพลิเมอร์จำรูป เป็นพลาสติกพิเศษที่สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างตอบสนองต่ออุณหภูมิ อาจมีหนทางนำไปใช้ประโยชน์ได้ในแหล่งที่มีสภาพอากาศแตกต่างกัน ตั้งแต่ระดับอบอุ่นและชื้นของสภาพเลือดมนุษย์ไปจนถึงเย็น ชื้นแฉะ และลมแรงของสภาพบนยอดเขา พลาสติกเหล่านี้มีความจำที่ทำให้มันสามารถถูกเปลี่ยนไปอยู่ในรูปลักษณะหนึ่งเป็นการชั่วคราว แล้วเปลี่ยนกลับสู่รูปลักษณะเดิมได้ เมื่อได้รับความร้อน

คลิกครับ

   วัสดุที่จะแนะนำให้ผู้อ่านรู้จักกันในฉบับนี้ คือ วัสดุเคลือบหลุมร่องฟันเพื่อป้องกันฟันผุ (Pit and Fissure sealant) การป้องกันฟันผุเป็นสิ่งที่พวกเราทุกคนควรจะให้ความสำคัญ และปลูกฝังให้กับเด็กๆ ได้รู้จักการรักษาสุขภาพของช่องปากและฟันให้สะอาด ปราศจากโรคต่างๆ เช่น โรคเหงือกและโรคฟันผุ นอกจากการหมั่นดูแลรักษาความสะอาดฟันด้วยตัวเองแล้ว ทันตแพทย์ก็มีวัสดุช่วยในการป้องกันฟันผุบริเวณหลุมและร่องของฟันกรามให้กับเด็กๆ ที่รักษาความสะอาดได้ไม่ดีพอ และผู้ใหญ่ที่มีความเสี่ยงต่อการเกิดฟันผุสูง ซึ่งบริเวณดังกล่าวถือเป็นจุดที่พบฟันผุได้บ่อยมาก เนื่องจากฟันกรามมีลักษณะเป็นหลุมและร่อง การแปรงฟันจึงไม่สามารถเข้าไปถึงทุกส่วนเพื่อกำจัดเศษอาหารและพลัคได้ทั่วถึง ทำให้ฟันหลังผุง่าย คลิกครับ

       นอกจากนี้ ขั้นตอนต่าง ๆ ในกระบวนการ ผลิตก็จะใช้กรด-ด่าง และสภาวะที่มีความรุนแรงน้อยกว่ากระบวนการผลิตไคติน - ไคโตซานจากเปลือกกุ้ง และกระดองปู เนื่องจากแกนหมึกมีหินปูน (calcium carbonate) และเม็ดสี (carotenoids) ซึ่งยาก ต่อการกำจัดน้อยกว่าเปลือกกุ้งและกระดองปู ดังนั้น ไคติน-ไคโตซานที่ได้จากแกนหมึกจึงควรมีต้นทุนการผลิตที่ถูกกว่า และมีคุณภาพที่ดีกว่าไคติน- ไคโตซานจากเปลือกกุ้งและกระดองปู  คลิกครับ

ไฮดรอกซีแอปาไทต์ (Hydroxyapatite)

       ซึ่งคุณสมบัติเฉพาะของสารไฮดรอกซีแอปาไทต์นี้ สามารถนำไปใช้ในร่างกาย เพื่อทำให้เกิดการสร้างพันธะระหว่าง วัสดุหรืออุปกรณ์การแพทย์กับเซลล์กระดูกคนไข้ได้ดี

      สารไฮดรอกซีแอปาไทต์แบบผง สามารถใช้เคลือบลงบนข้อสะโพกเทียมในส่วนที่เป็นแกนโลหะ เพื่อให้โลหะ ทนทานต่อการกัดกร่อนจากของเหลวภายในร่างกายที่โดยปกติจะมีสภาพเป็นกรดอ่อน ๆ อยู่แล้ว และหากเกิดการเจ็บป่วย สภาพภายในร่างกายก็จะมีความเป็นกรดยิ่งขึ้น ดังนั้น การใช้สารไฮดรอกซีแอปาไทต์เคลือบบนผิวข้อสะโพกเทียมจะทำให้ อุปกรณ์มีความทนทานมากยิ่งขึ้น และยังช่วยสร้างพันธะระหว่างข้อสะโพกเทียมกับกระดูกของผู้ป่วยด้วย คลิกครับ

    ไคติน-ไคโตซานเป็นสารธรรมชาติที่มีโครงสร้างโมเลกุลคล้ายเซลลูโลส สกัดได้จากเปลือกกุ้ง กระดองปู และแกนหมึก เป็นต้น ไคติน-ไคโตซานและอนุพันธ์สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้มากมายอย่างน่าอัศจรรย์ เช่น ใช้งานด้านการเกษตร โดยใช้เป็นปุ๋ย เป็นสารเคลือบเมล็ดพันธุ์ และยืดอายุผลผลิตหลังเก็บเกี่ยว เป็นต้น ใช้ในการบำบัดน้ำเสียในอุตสาหกรรม โดยเป็นตัวจับโลหะหนัก ใช้เป็นส่วนผสมในเครื่องสำอาง เช่น สบู่ ยาสีฟัน และครีมบำรุงผิว ฯลฯ และใช้เป็นอาหารเสริม และวัสดุทางการแพทย์ เป็นต้น เนื่องจากสมบัติพิเศษหลายประการอันได้แก่ ความไม่เป็นพิษ สามารถเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อ ของคนและสัตว์ ความสามารถในการยับยั้งการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์บางชนิด สามารถลดปริมาณคอเลสเตอรอล ชนิด LDL และไขมันไตรกลีเซอไรด์ในเลือดโดยการจับตัวกับไขมันจากอาหาร ทำให้การดูดซึมในลำไส้เล็กลดลง ปีที่ผ่านมาได้มี ผลิตภัณฑ์อาหารเสริมที่มีไคโตซานเป็นส่วนประกอบ ใช้ในการควบคุมน้ำหนักโดยการจับตัวกับไขมันจากอาหารที่ รับประทานเข้าไป ให้กลายเป็นกากอาหาร ทำให้การดูดซึมไขมันต่ำลง ซึ่งเป็นที่สนใจมากในกลุ่มวัยรุ่นและสุภาพสตรี    คลิกครับ

วิธีใช้เครื่องคิดเลข  powerpoint

Sharp EL-506W (ตัวอย่าง)

คลิกครับ

กำเนิดระบบสุริยะ 1/2

     บิกแบง   การรวมตัวของแก๊ส     โครงการอพอลโล   อุณหภูมิของดวงจันทร์   ผิวดวงจันทร์ที่หันเข้าหาโลก  กระต่ายและหลุมบนดวงจันทร์  ผิวด้านมืดของดวงจันทร์   ดูด้วย windows media  คลิกที่โลโก้

กำเนิดระบบสุริยะ 2/2

     ดวงจันทร์ของดาวเคราะห์ดวงอื่น   ดวงจันทร์ Phobos  และ  Deimos   ดาวพฤหัส   ดวงจันทร์กาลิเลโอ   ดวงจันทร์ Europa   บรรยากาศบนดวงจันทร์ไททัน   วงแหวนล้อมรอบเนปจูน   ดวงจันทร์ Charon  ของดาวเคราะห์แคระพลูโต   ดูด้วย windows media  คลิกที่โลโก้