<%@ Language=VBScript %><% response.buffer=true %>News : MTEC2004

สาระน่ารู้

ผลิตภัณฑ์จากวัสดุนาโนในอนาคต

เรียบเรียงโดย : ฐาปนี อินทรทัต
งานข้อมูลเทคโนโลยีวัสดุ

ที่มา http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=1066

 

วัสดุนาโนเป็นวัสดุในระดับอนุภาคขนาดนาโนเมตร (10-9) ซึ่งมีสมบัติ ทั้งทางเคมี กายภาพ และทางกล ที่พิเศษ และไม่เหมือนใคร สามารถนำไปใช้ทำผลิตภัณฑ์ต่างๆ ได้อย่างมากมายมหาศาล ผลิตภัณฑ์ดังต่อไปนี้เป็นเพียงตัวอย่างบางส่วนที่แสดงถึงความเป็นไปได้ในการนำวัสดุนาโนมาใช้ให้เกิดประโยชน์

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


อาวุธรูปแบบใหม่ที่ดีกว่าเดิม
ปืนแบบเก่า เช่น ปืนครก ปืนใหญ่ ใช้พลังงานเคมีที่มาจากการจุดระเบิด ความเร็วสูงสุดของกระสุนถูกขับดันอยู่ที่ประมาณ 1.5-2.0 กิโลเมตรต่อวินาที ส่วนปืนชนิดที่ยิงโดยใช้ระบบแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic guns, EML guns) หรือ railguns สามารถขับดันลูกกระสุนที่ความเร็วมากถึง 10 กิโลเมตรต่อวินาที การเพิ่มความเร็วเป็นผลให้พลังงานจลน์เพิ่มขึ้น (เปรียบเทียบที่ปริมาณกระสุนเท่าเดิม) ซึ่งจะเพิ่มความเสียหายต่อเป้าหมายได้มากยิ่งขึ้น ด้วยเหตุนี้เอง กระทรวงกลาโหมโดยเฉพาะในสหรัฐอเมริกา จึงมุ่งเน้นให้ความสนใจในการทำวิจัยปืนแบบ railguns การทำงานของปืนแบบ railguns นั้นอาศัยพลังงานไฟฟ้า ตัวรางจึงจำเป็นต้องมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีมากและยังต้องมีความแข็งแรงมากพอที่จะไม่พังหรือทรุดขณะเผาไหม้หรือเพราะน้ำหนักของตัวมันเอง วัสดุที่ใช้ทำรางของปืนแบบ railguns นี้ คือ ทองแดง ซึ่งแม้จะมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีมาก แต่รางที่ทำจากทองแดงจะสึกหรออย่างรวดเร็วมากเนื่องจากมีการกัดเซาะจากการยิงกระสุนด้วยความเร็วที่สูงมาก และไม่มีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง จึงทำให้มีความจำเป็นต้องเปลี่ยนลำกล้องกระสุนบ่อยครั้งมากอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ วัสดุคอมโพสิตที่มีผลึกระดับนาโนที่ทำจากทังสเตน ทองแดง และไททาเนียมไดบอไรด์ เป็นวัสดุที่มีความเป็นไปได้ในการนำมาใช้ทำปืนแบบ railguns เพราะเป็นวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าตามที่ต้องการ มีค่าการนำความร้อนเพียงพอ ความแข็งแรงสูงมาก มีความแข็ง และทนทานการสึกหรอและกัดกร่อนได้ดี ทำให้ปืนแบบ railguns มีอายุการใช้งานยาวนาน ทนทานการสึกหรอและการกัดกร่อน จนสามารถยิงได้บ่อยครั้งมากกว่าปืนรุ่นเก่า

ขีปนาวุธพลังงานจลน์ที่ทำลายเป้าหมายได้แม่นยำ
ปัจจุบัน กระทรวงกลาโหมของประเทศสหรัฐอเมริกาใช้ขีปนาวุธยูเรเนียมชนิดที่ขจัดส่วนที่เป็นตัวแผ่รังสีออกไปแล้ว (depleted-uranium (DU)) เพื่อใช้เจาะทะลุเข้าเป้าหมายที่แข็งและยานพาหนะหุ้มเกราะของศัตรูให้ได้ แต่ขีปนาวุธยูเรเนียมชนิดดังกล่าวก็ยังมีส่วนที่แผ่รังสีหลงเหลืออยู่และมีความเป็นพิษกับผู้ที่ใช้มัน (ก่อให้เกิดมะเร็ง) และอาจเกิดการระเบิดและเป็นอันตรายถึงแก่ชีวิตได้ อย่างไรก็ตาม เหตุผลสำคัญที่ทำให้กระทรวงกลาโหมยังคงใช้ขีปนาวุธยูเรเนียมตัวนี้ เพราะมันมีกลไกการลับคมในตัวเอง (self-sharpening) ที่พิเศษเมื่อกระทบกับเป้า และยังไม่มีวัสดุอื่นที่เหมาะสมที่ไม่เป็นพิษหรือไม่ระเบิดที่จะมาทดแทนยูเรเนียมตัวนี้ได้  วัสดุนาโนที่กำลังเป็นที่สนใจและอาจมีสมบัติการลับคมในตัวเองได้คืออัลลอยทังสเตนที่มีผลึกระดับนาโน เพราะมีลักษณะการเสียรูปที่เป็นลักษณะพิเศษเฉพาะ เช่น การเลื่อนไถลของผนังขอบเกรน (grain-boundary sliding)  ดังนั้น อัลลอยทังสเตนที่มีผลึกระดับนาโนและวัสดุคอมโพสิตจึงมีความเป็นไปได้ที่จะมาทดแทนขีปนาวุธยูเรเนียมได้

ปืนใหญ่อากาศ GAU-8A ขนาด 30 ม.ม.ติดตั้งกับเครื่องบินโจมตี A-10A มีอำนาจในการทะลุทะลวงเป้าหมายอย่างสูงเนื่องจากส่วนหัวที่หุ้มด้วยยูเรเนี่ยม แต่มีปัญหาคือรังสีที่ยังคงหลงเหลืออยู่ ดังนั้นกระสุนที่ทำจากวัสดุนาโนคอมโพสิตจะเข้ามาแทนที่ กระสุนดังกล่าวในอนาคต
GAU-8A ติดตั้งบนเครื่องบิน A-10

วัสดุฉนวนที่มีสมบัติดีขึ้น
วัสดุที่มีผลึกระดับนาโนที่สังเคราะห์ขึ้นด้วยเทคนิคโซล-เจลมีโครงสร้างเหมือนโฟม เรียกว่า ‘แอโรเจล (aerogels)’ แอโรเจลนี้มีลักษณะพรุน น้ำหนักเบา และสามารถรับน้ำหนักได้มากถึง 100 เท่าของน้ำหนักของมันเอง  แอโรเจลเป็นวัสดุที่มีลักษณะเป็นโครงร่างตาข่าย 3 มิติของอนุภาคเชื่อมต่อกัน ซึ่งมีอากาศหรือของไหลอื่นๆ เช่น แก๊ส อยู่ภายในช่องว่างระหว่างอนุภาคเหล่านั้น ปัจจุบันแอโรเจลใช้เป็นวัสดุฉนวนในอาคารสำนักงานและบ้านเรือน เนื่องจากมีรูพรุนที่มีอากาศถูกกักอยู่ภายใน การนำแอโรเจลมาใช้เป็นฉนวนนี้ ช่วยลดความถี่ในการการทำให้ร้อนขึ้นหรือเย็นลงได้อย่างมาก ช่วยประหยัดพลังงานและลดมลภาวะแวดล้อม นอกจากนี้ แอโรเจลยังใช้เป็นวัสดุสำหรับ ‘หน้าต่างฉลาด’ ซึ่งจะมืดลงเมื่อแสงแดดแรงมากเกินไป และจะสว่างขึ้นเองเมื่อแสงแดดไม่จ้า เหมือนกับเลนส์ปรับแสงของกล้องหรือแว่นกันแดด


วัสดุฟอสเฟอร์สำหรับจอภาพที่ให้ความคมชัดสูงและราคาถูก
ความละเอียดของจอโทรทัศน์ จอภาพแบบแบน และจอมอนิเตอร์ของคอมพิวเตอร์นั้นขึ้นกับขนาดของพิกเซลเป็นหลัก แต่ละพิกเซลผลิตขึ้นมาจากวัสดุที่เรียกว่า ‘ฟอสเฟอร์ (phosphors)’ ซึ่งสามารถเรืองแสงได้เมื่อชนกับลำอิเล็กตรอนในหลอดรังสีคาโธด (cathode ray tube (CRT)) ความละเอียดของจอภาพสามารถเพิ่มขึ้นได้ด้วยการลดขนาดของพิกเซลหรือฟอสเฟอร์ การสังเคราะห์วัสดุฟอสเฟอร์ผลึกนาโนจำพวกซิงค์ซิลิไนด์ ซิงค์ซัลไฟด์ แคดเมียมซัลไฟด์ และเลดเทลลูไรด์ ด้วยเทคนิคโซล-เจล ทำให้สามารถลดขนาดพิกเซล ช่วยให้สามารถผลิตโทรทัศน์และจอมอนิเตอร์ที่ให้ภาพคมชัดสูง (high-definition televisions (HDTVs))ที่คนทั่วไปสามารถซื้อหาได้ในราคาต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่าเทคโนโลยีในปัจจุบัน นอกจากนั้นจอภาพแบบแบนที่ผลิตขึ้นมาจากวัสดุนาโนยังให้ความสว่างและความคมชัดสูงกว่าจอแบบดั้งเดิมเพราะมีสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็กที่ดีกว่าด้วย

จอแสดงผลแบบอิเล็กโทรโครมิกขนาดใหญ่
อุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิกประกอบด้วยวัสดุที่ซึ่งสามารถปรับแต่งค่าแถบคลื่นความถี่ของการดูดกลืนพลังงานแสง (optical absorption band) ได้ โดยใช้การป้อนค่ากระแสไฟฟ้าต่างๆ หรือการเปลี่ยนการป้อนค่าสนามไฟฟ้า วัสดุที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิก คือ วัสดุที่มีผลึกระดับนาโน เช่น ทังสติกออกไซด์ในรูปเจล (tungstic oxide (WO3.xH2O) gel) ถูกนำมาใช้ในจอแสดงผลขนาดใหญ่ ปฏิกิริยาที่เกี่ยวกับอิเล็กโทรโครมิซึ่ม   (electrochromism) หรือกระบวนการเปลี่ยนกลับไปมาของสีภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าเป็นการฉีดไอออน (หรือโปรตอน (H+)) และอิเล็กตรอนเข้าไปซ้ำ (double-injection) ซึ่งจะเข้าไปรวมตัวกับกรดทังสติกที่มีผลึกระดับนาโน เพื่อทำให้เกิดเป็นทังสเตนบรอนซ์ อุปกรณ์นี้ถูกใช้ในแผ่นป้ายสาธารณะเพื่อนำเสนอข้อมูล อุปกรณ์ทางอิเล็กโทรโครมิกจะเหมือนๆ กับจอแสดงผลที่เป็นสารกึ่งผลึกกึ่งเหลว (liquid-crystal displays (LCD)) ที่ใช้ในเครื่องคิดเลขและนาฬิกา แต่อุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิกจะแสดงข้อมูลโดยการเปลี่ยนสี เมื่อให้ความต่างศักย์ไฟฟ้า แต่หากเกิดขั้วไฟฟ้าตรงข้าม สีจะซีดจางลง ความละเอียดของจอ (resolution) ความสว่าง ความคมชัดของจอ จะขึ้นกับขนาดของเกรนของกรดทังสติก ดังนั้น จึงสามารถนำวัสดุนาโนมาใช้ในวัตถุประสงค์นี้ได้


วัสดุตัดเจาะที่มีความแข็งและเหนียวมากขึ้น
เครื่องมือตัดเจาะที่ทำด้วยวัสดุคาร์ไบด์ที่มีผลึกระดับนาโน เช่น ทังสเตนคาร์ไบด์ แทนทาลัมคาร์ไบด์ และไททาเนียมคาร์ไบด์ ให้ความแข็ง ทนการสึกหรอ ทนการกัดเซาะ และมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน ทำให้สามารถตัดแต่งวัสดุหลากหลายชนิดได้รวดเร็วกว่า จึงเป็นการเพิ่มผลผลิตและลดค่าใช้จ่ายในการผลิตได้มาก ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์หัวเจาะขนาดจิ๋วสำหรับผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็กมากในวงจรไมโครอิเล็กทรอนิกส์จำเป็นต้องใช้สว่านขนาดจิ๋วระดับไมโครเมตร (microdrills) (เส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่าความหนาเฉลี่ยของเส้นผมของคนหรืออยู่ที่ประมาณ 100 ไมโครเมตร) ที่มีความคมและทนทานการสึกหรอได้ดี

วัสดุเซรามิกที่ตัดแต่งได้ง่ายและไม่เปราะ
วัสดุเซรามิกนั้น โดยธรรมชาติแล้ว มีความแข็ง เปราะ และยากต่อการตัดแต่ง ลักษณะเหล่านี้เป็นตัวขัดขวางให้ผู้ใช้งานไม่สามารถใช้ประโยชน์จากสมบัติที่ดีด้านอื่นๆ ของมันได้ แต่อย่างไรก็ตามหากมีการลดขนาดของเกรนแล้ว วัสดุเซรามิกจะถูกนำมาใช้งานอื่นๆ ได้มากขึ้น เช่น เซอร์โคเนียมเป็นเซรามิกที่แข็งและเปราะ เมื่อลดขนาดเกรนแล้ว จะสามารถนำมาทำให้มีสมบัติซูเปอร์พลาสติก (superplastic) คือ สามารถทำให้เสียรูปด้วยการดึงให้ยาวมากๆ (ได้มากถึง 300 % ของความยาวดั้งเดิม) อย่างไรก็ตามวัสดุเซรามิกเหล่านี้จะต้องมีเกรนเป็นผลึกระดับนาโนที่เป็นซูเปอร์พลาสติกด้วย ความจริงแล้ว เซรามิกที่มีผลึกระดับนาโนอย่างเช่น ซิลิคอนไนไตรด์และซิลิคอนคาร์ไบด์ได้ถูกนำไปใช้เป็นสปริงที่มีความแข็งสูง ใช้ทำตลับลูกปืนเม็ดกลม ลูกกระทุ้งลิ้นในรถยนต์ เพราะสามารถขึ้นรูปและตัดแต่งได้ดี  รวมทั้งมีสมบัติทางกล ทางเคมี และกายภาพที่ดีเป็นเลิศ นอกจากนั้น ยังเหมาะที่จะใช้เป็นชิ้นส่วนในเตาอุณหภูมิสูงอีกด้วย เซรามิกที่มีผลึกระดับนาโนนี้สามารถอัดขึ้นรูปและเผาผนึกให้เป็นรูปร่างได้หลากหลายแบบที่อุณหภูมิต่ำ
วัสดุเซรามิกส์รูปแบบใหม่

การกำจัดสารก่อมลภาวะ  
วัสดุที่มีผลึกระดับนาโนจะมีผนังขอบเกรน (grain boundaries) ขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับขนาดเกรน (grain size) ดังนั้นวัสดุนาโนจึงมีความไวมากในเรื่องของสมบัติทางเคมี กายภาพ และทางกล วัสดุนาโนสามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (catalysts) ที่ใช้ในปฏิกิริยากับแก๊สที่เป็นอันตรายหรือเป็นพิษอย่างเช่น คาร์บอนมอนอกไซด์และไนโตรเจนออกไซด์ในเครื่องฟอกไอเสีย (catalytic converters) ในรถยนต์ และอุปกรณ์ต้นกำเนิดพลังงาน เพื่อป้องกันมลภาวะแวดล้อมที่เกิดจากการเผาไหม้ของน้ำมันและถ่านหิน



แบตเตอรี่ความหนาแน่นพลังงานสูง (High Energy Density Batteries)
วัสดุที่มีผลึกระดับนาโนที่สังเคราะห์ขึ้นด้วยวิธีโซล-เจลเป็นวัสดุที่เหมาะสมจะนำมาใช้ทำแผ่น ‘separator plates’ ในแบตเตอรี่ เพราะมีโครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายโฟมหรือแอโรเจลซึ่งสามารถเก็บพลังงานได้มากกว่าแบตเตอรี่รุ่นเก่า ยิ่งกว่านั้น แบตเตอรี่ชนิดนิกเกิลเมทัลไฮดราย (Ni-MH) ซึ่งทำจากเมทัลไฮดรายและนิกเกิลที่มีผลึกระดับนาโนนั้น ต้องการการประจุไฟใหม่ด้วยจำนวนครั้งที่น้อยกว่าและมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าแบตเตอรี่รุ่นเก่ามาก


แม่เหล็กที่ให้กำลังงานสูง (High-Power Magnets)
ค่าของแรงแม่เหล็กและความเป็นแม่เหล็กอย่างสมบูรณ์สามารถเพิ่มขึ้นได้หากมีการลดขนาดของเกรนและเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสจำเพาะของเกรน (พื้นที่ผิวสัมผัสต่อหนึ่งหน่วยปริมาตรของเกรน) ดังนั้น แม่เหล็กที่ผลิตขึ้นมาจากอิตเทรียม ซาแมเรียม โคบอลต์ ที่มีผลึกระดับนาโนจึงให้สมบัติทางแม่เหล็กที่ไม่ธรรมดา เพราะพื้นที่ผิวที่มีมากมายมหาศาล แม่เหล็กกำลังสูงนี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในเรือดำน้ำ ตัวกำเนิดไฟฟ้าสลับในรถยนต์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าภาคพื้นดิน มอเตอร์สำหรับเรือ เครื่องมือวิเคราะห์ความไวสูง และเครื่องฉายภาพคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อตรวจวินิจฉัยทางการแพทย์ (magnetic resonance imaging (MRI)


เซ็นเซอร์ที่มีความไวสูง
เซ็นเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรหลายชนิด เช่น ความต้านทานทางไฟฟ้า ปฏิกิริยาเคมี ความสามารถในการแผ่ซ่านของอำนาจแม่เหล็ก การนำความร้อน และความจุไฟฟ้า เซนเซอร์ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมต่างๆ ได้โดยอาศัยลักษณะทางกล กายภาพ หรือเคมีของวัสดุที่ใช้ทำเซ็นเซอร์ ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ตรวจจับแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ที่ทำจากเซอร์โคเนียมออกไซด์หรือเซอร์โคเนีย อาศัยความเสถียรทางเคมีเพื่อตรวจจับโมเลกุลของแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ เมื่อโมเลกุลของแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์มากระทบกับเซอร์โคเนีย  อะตอมของออกซิเจนในเซอร์โคเนียมออกไซด์จะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนในคาร์บอนมอนอกไซด์ เป็นผลให้เซอร์โคเนียมออกไซด์ลดลงไปบางส่วน ปฏิกิริยานี้จะกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงของเซ็นเซอร์ เช่น การนำหรือความต้านทานไฟฟ้า และความจุไฟฟ้า ซึ่งอัตราเร็วและขอบเขตของปฏิกิริยานี้จะเพิ่มขึ้นอย่างมากด้วยการลดขนาดเกรนของวัสดุที่ใช้ทำเซนเซอร์ ดังนั้น เซ็นเซอร์ที่ทำจากวัสดุที่มีผลึกระดับนาโนย่อมมีความไวอย่างยิ่งยวดต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม ตัวอย่างของเซ็นเซอร์ที่ทำจากวัสดุนาโน ได้แก่ ตัวตรวจจับควัน ตัวตรวจจับน้ำแข็งบนปีกเครื่องบิน เซ็นเซอร์วัดประสิทธิภาพเครื่องยนต์ เป็นต้น

ยานยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก
วัสดุนาโนที่มีความแข็ง ทนทาน ทนทานต่อการสึกหรอและการกัดกร่อน ได้รับความสนใจในการนำมาทำหัวเทียนในเครื่องยนต์ซึ่งมีขั้วอิเล็กโทรด (electrode) ที่มีอายุการใช้งานยาวนาน ทำให้การเผาไหม้เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพและสมบูรณ์มากยิ่งขึ้น หัวเทียนแบบใหม่ที่เรียกว่า ‘railplug’ นี้ กำลังอยู่ในขั้นการทำต้นแบบ railplug ใช้เทคโนโลยีที่มาจาก railgun ซึ่งเป็นผลผลิตของโครงการสตาร์วอร์ (Star War) ที่โด่งดัง แต่อย่างไรก็ตาม railplug จะทำให้เกิดการจุดระเบิด (spark) ที่มีกำลังมากกว่ามากๆ (ด้วยความหนาแน่นพลังงานอยู่ที่ 1 กิโลจูลต่อตารางมิลลิเมตร) และเนื่องจากว่า รถยนต์มักสูญเสียพลังงานในรูปความร้อนของเครื่องยนต์ที่ปล่อยออกมาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเครื่องยนต์ดีเซล ดังนั้น การเคลือบกระบอกสูบเครื่องยนต์ด้วยวัสดุเซรามิกที่มีผลึกระดับนาโน เช่น เซอร์โคเนียและอะลูมินา จะช่วยรักษาความร้อนไว้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นผลให้มีการเผาไหม้เชื้อเพลิงเกิดขึ้นได้อย่างสมบูรณ์



ดาวเทียมที่มีอายุการใช้งานยาวนาน
ดาวเทียมถูกใช้ในงานด้านการป้องกันภัยทางทหารและกิจการของพลเรือน ดาวเทียมเหล่านี้ใช้ระบบกระสวยขับดันเพื่อให้ลอยอยู่หรือเปลี่ยนวงโคจรได้ในสภาวะปัจจัยหลายอย่างรวมถึงอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของโลก อายุการใช้งานของดาวเทียมถูกกำหนดจากปริมาณเชื้อเพลิงที่มันสามารถบรรทุกขึ้นไปด้วยได้ ซึ่งเชื้อเพลิงมากกว่า 1 ใน 3 จะสูญเสียไปกับการที่กระสวยเปลี่ยนตำแหน่งจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง เช่น ไฮดราซีน (hydrazine) ที่ไม่สมบูรณ์และไม่มีประสิทธิภาพ ซึ่งมีสาเหตุจากตัวจุดระเบิด (ignitors) เกิดการสึกหรออย่างรวดเร็ว ในอนาคต มีความเป็นไปได้ที่จะนำวัสดุนาโน เช่น คอมโพสิตชนิดทังสเตน-ไททาเนียม ไดอะบอไรด์-คอปเปอร์ มาใช้เป็นวัสดุสำหรับตัวจุดระเบิดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและอายุการใช้งาน


ชิ้นส่วนอากาศยานที่มีสมรรถนะดีขึ้น
บริษัทผู้ผลิตเครื่องบินพยายามที่จะทำชิ้นส่วนของเครื่องบินให้มีความแข็งแกร่ง ทนทาน และมีอายุการใช้งานยาวนาน สมบัติสำคัญข้อหนึ่งที่จำเป็นต่อการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน คือ ความทนทานต่อความล้า (fatigue strength) ซึ่งจะลดลงเมื่ออายุการใช้งานมากขึ้น แต่ค่าความทนทานต่อความล้านี้สามารถเพิ่มขึ้นได้ด้วยการลดขนาดเกรนของวัสดุที่ใช้ทำชิ้นส่วนเครื่องบิน หากใช้วัสดุนาโนซึ่งมีขนาดของเกรนเล็กมากๆ จะทำให้ความทนทานต่อความล้ามีค่ามากกกว่าวัสดุเดิมถึง 200-300 % ยิ่งไปกว่านั้นชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุนาโนยังมีความแข็งแรงและสามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูง ส่งผลให้เครื่องบินสามารถบินได้เร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงที่ดีกว่า สำหรับในยานอวกาศ ความแข็งแรงของวัสดุที่อุณหภูมิสูงเป็นเรื่องที่สำคัญมากเพราะชิ้นส่วน เช่น เครื่องยนต์ของกระสวย ส่วนขับดัน และหัวจรวด ต้องใช้งานที่อุณหภูมิสูงมากกว่าเครื่องบินเป็นอย่างมากและยังต้องใช้ความเร็วสูงมากด้วย วัสดุนาโนจึงเป็นวัสดุชั้นยอดทีเดียวที่จะนำมาใช้เป็นวัสดุสำหรับอากาศยาน

Airbus A380 เครื่องบินโดยสารขนาดใหญ่ในอนาคต ถูกพัฒนาขึ้นบนพื้นฐานเทคโนโลยีระดับสูงหลายๆด้าน รวมถึงเทคโนโลยีด้านวัสดุด้วย


วัสดุเทียมที่มีอายุการใช้งานที่ยาวนาน
ปัจจุบัน วัสดุเทียมที่ฝังในร่างกาย เช่น วัสดุทางออโธปิดิกส์ทดแทนกระดูก และลิ้นหัวใจเทียม มักทำมาจากวัสดุผสมไททาเนียมและเหล็กกล้าไร้สนิม วัสดุผสมนี้ถูกใช้ในร่างกายมนุษย์เพราะมีความเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อ กล่าวคือ ไม่มีปฏิกิริยาต่อต้านเนื้อเยื่อ แต่วัสดุเหล่านี้มักไม่มีรูพรุน ซึ่งวัสดุที่เลียนแบบกระดูกตามธรรมชาติของมนุษย์ได้อย่างแท้จริงนั้น เนื้อเยื่อของร่างกายโดยรอบจะต้องสามารถแทรกซึมเข้าไปในวัสดุได้ เพื่อให้วัสดุมีความแข็งแรง แต่เนื่องจากวัสดุผสมนี้ไม่ยอมให้เนื้อเยื่อซึมผ่านไปได้ และมีการสึกกร่อนอย่างรวดเร็ว บ่อยครั้งที่ต้องเสียค่าใช้จ่ายสูงในการผ่าตัดเปลี่ยน อย่างไรก็ตาม ได้มีการใช้วัสดุเซรามิกเซอร์โคเนีย (เซอร์โคเนียมออกไซด์) ผลึกนาโนที่มีความแข็ง ทนทานการสึกหรอ ทนการกัดกร่อนของของเหลวในร่างกาย มีความเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อในร่างกาย และยังสามารถทำให้มีรูพรุนในรูปของแอโรเจลได้โดยใช้วิธีสังเคราะห์ด้วยเทคนิคโซล-เจล ซึ่งเป็นผลทำให้สามารถผลิตวัสดุฝังในที่ต้องผ่าตัดเปลี่ยนน้อยครั้งกว่าเดิมมาก ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการผ่าตัดลง นอกจากนั้น วัสดุนาโนจากซิลิคอนคาร์ไบด์ก็เป็นอีกวัสดุหนึ่งที่ใช้ทำลิ้นหัวใจเทียม เพราะมีน้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูงมาก มีความแข็งที่เป็นเลิศ ทนทานต่อการสึกกร่อน มีความคงทน ไม่ทำปฏิกิริยากับของเหลวในร่างกาย และทนทานต่อการกัดกร่อน

 

Copyright © 1997-2005,MTEC,NSTDA. All rights reserved.