ฟิสิกส์ราชมงคล

index  77

กล้องโทรทรรศน์ ' ในฐานะกุญแจไขความลับจักรวาล

ด้วยเหตุที่นักดาราศาสตร์ต่างใฝ่ฝันอยากค้นหาความลับแห่งจักรวาล พวกเขาจึงตั้งหน้าตั้งตารอคอยกล้องโทรทรรศน์ทรงพลังรุ่นใหม่ขององค์การอวกาศนาซากันอย่างใจจดใจจ่อ

หากปราศจากกล้องโทรทรรศน์ที่ดีเสียแล้ว นักดาราศาสตร์ย่อมไม่อาจศึกษาเรื่องราวของดวงดาว และกาแล็กซีที่อยู่ไกลโพ้นได้

 

 

กล้อง "ฮับเบิล" ที่รับใช้นักวิทยาศาสตร์นาซามาเป็นเวลานาน



ข่าวดีสำหรับพวกเขา คือ องค์การนาซาเตรียมจะเปิดตัวกล้องโทรทรรศน์สำหรับโลกอวกาศรุ่นใหม่ "เจมส์ เว็บบ์" อย่างเต็มรูปแบบในปี 2556 และได้เผยโฉมกล้องโทรทรรศน์ต้นแบบนี้ให้เห็นกันไปแล้วเมื่อช่วงต้นเดือนพฤษภาคมที่ผ่านมา

กล้องโทรทรรศน์ดังกล่าวตั้งชื่อตาม "นายเจมส์ เว็บบ์" อดีตผู้นำองค์การนาซา

ทั้งนี้ หน่วยงานด้านอวกาศของประเทศแคนาดา และยุโรปต่างให้ความร่วมมือในการพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับกล้องโทรทรรศน์เพื่อการใช้งานในโลกอวกาศนี้อย่างจริงจัง เพราะนักวิทยาศาสตร์ต่างคาดหวังว่าสิ่งประดิษฐ์ใหม่นี้จะเป็น "กุญแจไขความลับ" แห่งจักรวาลหลายประการ

คำตอบที่นักดาราศาตร์ใคร่ตอบให้ได้มากที่สุดสองประการ คือ จักรวาลเกิดขึ้นมาได้อย่างไร และจะมีสิ่งชีวิตอยู่ในดาวเคราะห์ดวงอื่นหรือเปล่า

เมื่อปี 2533 องค์การนาซาเปิดตัวกล้องโทรทรรศน์สำหรับโลกอวกาศ "ฮับเบิล" ที่กลายเป็นเครื่องมือสำคัญให้นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบสิ่งใหม่ๆ มากมายในโลกอวกาศ ไม่เว้นแม้แต่เรื่องที่ทำให้พวกเขาต้องประหลาดใจ อย่างเช่นว่าจักรวาลที่อยู่ไกลโพ้นบางแห่งดูเหมือนว่าจะถือกำเนิดมาก่อนระบบสุริยจักรวาลที่มนุษย์กำลังอาศัยอยู่กันเสียอีก

แต่หากจะค้นหาคำตอบให้แน่ชัด นักดาราศาสตร์เชื่อว่าต้องพยายามหากล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลังกว่าเดิมเสียก่อน

"กล้องฮับเบิลเป็นเสมือนจุดเริ่มต้น ตอนนี้เราอยากให้กล้องเว็บบ์ช่วยให้เรามองเห็น ยุคมืด ของกาแล็กซี เราจะได้รู้แน่ๆ ว่า แต่ละกาแล็กซีเกิดขึ้นมาได้อย่างไร" นายแม็ตต์ เมาน์เทน ผู้อำนวยการสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์ในเมืองบัลติมอร์ กล่าว

 



ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ต่างหมายมาดว่ากล้องโทรทรรศน์รุ่นใหม่จะช่วยในการค้นหาดาวเคราะห์ที่มีสภาพเหมาะสมให้สิ่งมีชีวิตพักพิงอยู่ได้

นายเมาน์เทน ระบุว่า ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ตรวจพบดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่มีแนวโน้มว่าสิ่งมีชีวิตจะไปอาศัยอยู่ได้ โดยดาวดวงนี้อยู่ห่างจากโลกประมาณ 20 ปีแสง และมีขนาดใหญ่กว่าโลก 1.5 เท่า

ดาวดวงดังกล่าวอยู่ในอีกระบบสุริยจักรวาลหนึ่ง

"ถ้าเราใช้กล้องโทรทรรศน์รุ่นใหม่ เราจะสามารถเห็นชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงนั้นอย่างใกล้ชิด จะได้สำรวจดูว่าดาวดวงนั้นมีน้ำ มีออกซิเจน และคาร์บอน หรือเปล่า หากมีครบทั้งสามองค์ประกอบ ก็มีความเป็นไปได้ว่าดาวดวงนี้อาจจะมีสิ่งมีชีวิตอยู่ได้" นายเมาน์เทน กล่าว

กล้องโทรทรรศน์เว็บบ์มีกระจกเงาบานใหญ่กว้างถึง 6.5 เมตรเป็นองค์ประกอบ แถมด้วยกระจกเงาบานเล็กอีก 1 บาน โดยกระจกเหล่านี้จะช่วยให้กล้องสามารถตรวจจับแสงอินฟราเรดจากกาแล็กซีอันไกลโพ้นได้

ทั้งนี้ ทีมงานผู้พัฒนากล้องโทรทรรศน์รุ่นใหม่นี้ตั้งใจไว้ว่าจะนำกล้องดังกล่าวขึ้นสู่จรวด 5 เพื่อนำไปออกไปติดตั้งไว้บนวิถีโคจรข้างดวงจันทร์และเป็นจุดที่โลก และดวงอาทิตย์จะอยู่ในแนวเส้นเดียวกันด้วยเพื่อป้องกันมิให้ลำแสงใดๆ จากดวงจันทร์ โลกหรือดวงอาทิตย์มากระทบถูกกล้อง

ทีมงานผู้จัดทำเปิดเผยว่า พวกเขาเตรียมเทคโนโลยีรองรับการใช้งานกล้องโทรทรรศน์เว็บบ์ไว้เกือบครบถ้วนแล้วเพราะเริ่มดำเนินโครงการนี้มาตั้งแต่ปี 2537

 

กล้อมเจมส์เวบบ์


"เรามีสิ่งประดิษฐ์ออกมาแล้วเพียงแต่ว่ายังต้องทำงานด้านวิศวกรรมเพิ่มเติม" นายมาร์ติน โมฮาน หัวหน้าทีมวิศวกรรม กล่าว

องค์การนาซาให้ความสำคัญกับการเตรียมความพร้อมเรื่องเทคโนโลยีรองรับมากขึ้น เพราะมีบทเรียนมาจากกรณีกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล การไม่เตรียมเทคโนโลยีรองรับไว้ล่วงหน้าส่งผลให้การใช้งานกล้องฮับเบิลกินงบประมาณสูงถึง 1.6 พันล้านดอลลาร์ (ราว 5.3 หมื่นล้านบาท) เมื่อราว 20 ปีก่อน

แม้กล้องโทรทรรศน์เว็บบ์ใช้งบประมาณจัดทำทั้งสิ้น 4.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ (ราว 1.49 แสนล้านบาท) แต่ยังถือว่าถูกกว่าการจัดทำกล้องฮับเบิลอยู่เกือบครึ่งเมื่อเปรียบจากค่าเงินระหว่างยุคนี้กับยุคนั้น


เรียบเรียงโดย อุริสรา โกวิทย์ดำรงค์
แหล่งข้อมูล สำนักข่าวดีพีเอ


หนาวสุดขั้ว-สูงเสียดฟ้ากับ “มาร์ค อิงกัลส” ชายขาพิการผู้พิชิต “เอเวอเรสต์”


มาร์ค อิงกัลส นักปีนเขาขาพิการคนแรกของโลกที่พิชิตเอเวอเรสต์


คุณคิดว่าความรู้สึกเมื่อได้สัมผัสความหนาวสุดขั้วบนยอดเขาที่สูงเสียดฟ้าอย่าง “เอเวอเรสต์” จะสุดยอดแค่ไหน และน่าทึ่งเพียงใดหากผู้พิการขาขาดทั้ง 2 ข้างสามารถไต่ขึ้นไปพิชิตหลังคาโลกได้

ในปี 2549 เป็นปีที่อุณหภูมิบนยอดเขาเอเวอเรสต์หนาวเย็นที่สุดนับแต่มนุษย์ได้บันทึกมา และเป็นปีที่มีผู้พยายามพิชิตหลังคาโลกเสียชีวิตมากที่สุด แต่ประวัติศาสตร์ก็ต้องบันทึกไว้ด้วยว่า “มาร์ค อิงกัลส” (Mark Inglis) นักปีนเขาชาวนิวซีแลนด์วัย 47 คือผู้พิการขาขาดทั้ง 2 ข้างคนแรกที่เสี่ยงชีวิตขึ้นไปแตะยอดเขาที่นักปีนเขาทั่วโลกฝันใฝ่จะพิชิต โดยใช้เวลาทั้งหมด 52 วันขึ้นสู่จุดที่สูงที่สุดในโลก

ทีมงาน “ผู้จัดการวิทยาศาสตร์” ได้เจอตัวจริงของอิงกัลสในบรรยากาศที่เต็มไปด้วยน้ำแข็งกลางกรุงที่ “ไอซ์บาร์” (Ice Bar) ซ.สุขุมวิท 55 ระหว่างการเปิดตัวสารคดีชุด Everest: Beyond the limit ของดิสคัฟเวอรี่แชนแนล (Discovery Channel) ซึ่งถ่ายทำการผจญภัยในที่สูงและหนาวเย็นของเขา สิ่งที่เราได้เห็นคือชายขาเหล็กที่กระตือรือร้นในการถ่ายทอดประสบการณ์บนภูเขาน้ำแข็ง และแม้ทีมงานได้จัดเตรียมเก้าอี้น้ำแข็งเพื่อรองรับการสนทนาแต่เขากลับสนุกกับการยืนออกท่าทางเล่าการผจญภัยเสียมากกว่า

อิงกัลสเริ่มปีนเขาครั้งแรกเมื่ออายุ 12 ปีจากปมด้อยที่ไม่สามารถเล่นรักบี้ซึ่งเป็นกีฬาสุดเท่ของชาวนิวซีแลนด์ โดยคำแนะนำของครูที่เป็นนักปีนเขาจึงทำให้เขาพิชิตยอดเขาพีล (Mount Peel) ในบ้านเกิดที่มีความสูงจากระดับน้ำทะเล 1,800 เมตร แต่มีระยะทางเดินเท้ากว่า 5 กิโลเมตร ความรู้สึกครั้งนั้นเขาบอกว่าเหมือนกับความรู้สึกที่ได้พิชิตเอเวอเรสต์ในครั้งนี้

กระทั่งอายุ 23 ปีอิงกัลสต้องสูญเสียขาทั้ง 2 ข้างจากหิมะกัดในการปีนเขาคุก (Mount Cook) ที่นิวซีแลนด์ ซึ่งเป็นความสูญเสียภายหลังจากแต่งงานได้ 1 ปี แต่นั่นไม่ใช่สิ่งที่จะขัดขวางความตั้งใจในการผจญภัยบนยอดเขาสูงทั่วโลก เขากลับมองว่าสิ่งที่เกิดขึ้นนั้นจะทำให้เขามีประสบการณ์อีกด้านที่ต่างไป หากมีขาครบทั้ง 2 ข้างเขาก็จะมีประสบการณ์ในอีกรูปแบบหนึ่ง

“สำหรับใครที่พยายามจะไปให้ไกลกว่าที่คิดว่าจะไปได้และไปถึง เขาก็จะเห็นขีดจำกัดของตัวเองว่าไปได้ไกลแค่ไหน ค้นหาขีดจำกัดของตัวเองดูสิ” อิงกัลสเผยถึงแรงบันดาลใจที่ให้เขากลับไปเสี่ยงชีวิตบนความไม่แน่นอนของยอดเขาหนาวเย็นเพื่อค้นหาขีดจำกัดของตัวเองที่ความสูงจากระดับน้ำทะเล 8,848 เมตรของยอดเขาเอเวอเรสต์

การพิชิตยอดเขาซึ่งเป็นประวัติศาสตร์อีกหน้าของนักผจญภัยนี้ประกอบด้วยนักปีนเขา 11 คน ชาวเชอร์ปาชนพื้นเมืองของเนปาลที่เชี่ยวชาญการปีนเขาและทีมงานตั้งแคมป์ 24 คน คนนำทางปีนเขามืออาชีพ 3 คน และทีมผลิตรายการโทรทัศน์ของดิสคัฟเวอรี่แชนแนล ที่ติดตามถ่ายทำสารคดีการปีนครั้งนี้อีก 17 คน

เหล่าผู้ท้าทายเกือบ 50 ชีวิตรวมตัวกันเพื่อพิชิต “มารดาแห่งจักรวาล” หรือ "โชโมลุงมา" ตามความเชื่อของชาวทิเบตที่เมืองกาฐมาณฑุ ประเทศเนปาล และต้องมุ่งหน้าสู่เบสแคมป์ (Basecamp) จุดพักในเชิงเขาเอเวอเรสต์ที่มีความสูงจากระดับน้ำทะเลเกือบ 5 กิโลเมตร แต่ที่จุดนี้เองพวกเขาต้องสูญเสียเพื่อนร่วมทางชาวเชอร์ปา 1 คน ซึ่งสร้างความเสียใจให้กับรัสเซล ไบร์ส (Russell Brise) ผู้นำทางที่ไม่เคยสูญเสียลูกทีมมา 13 ฤดูกาล

กว่าจะขึ้นไปสู่หลังคาโลกได้ทีมนักปีนเขาต้องใช้เวลาถึง 1 เดือนเพื่อปรับสภาพร่างกายก่อนปีนสู่ที่สูงขึ้นไป อิงกัลสเล่าว่าการขึ้นสู่ยอดเขาเอเวอเรสต์ไม่สามารถมุ่งขึ้นไปได้ในครั้งเดียว แต่พวกเขาต้องปีนขึ้นและปีนลงเพื่อค่อยๆ ปรับสภาพร่างกายให้เข้ากับที่สูงซึ่งมีอากาศเบาบางและมีสภาพอากาศที่ทารุณ ซึ่งทุกคนไม่สามารถอยู่ได้โดยปราศจากหน้ากากออกซิเจนเมื่อไต่ระดับขึ้นไปใกล้ยอดเขา

ใช่ว่าการพิชิตยอดเขาเอเวอเรสต์ได้แล้วจะเป็นความสำเร็จของการปีนเขา แต่การมีชีวิตรอดกลับมาหาคนรักต่างหากคือความสำเร็จ อิงกัลสบอกว่าคนส่วนใหญ่จะเสียชีวิตในช่วงขาลงเพราะไม่มีพลังงานเหลือพอที่จะมีชีวิตรอด ซึ่งเมื่อขึ้นไปแตะยอดเขาเอเวอเรสต์แล้วต้องมีเหลือพลังงานสำหรับขาลง 25% โดยวันที่อยู่บนยอดเขาร่างกายของนักปีนเขาอาจเผาพลาญพลังงานถึง 12,000-15,000 แคลอรี่ ซึ่งมากกว่าในวันปกติถึง 10 เท่า

อิงกัลสต้องสูญเสียนิ้วมือไปอีก 2 ข้อจากการปีนเขาครั้งล่าสุด และต้องถูกเฉือนกระดูกขาไปอีก 3 เซนติเมตร และขาเหล็กของเขายังหักด้วย แต่เขาก็ไม่คิดว่าการพิชิตเอเวอเรสต์คือการเอาชีวิตครึ่งหนึ่งไปทิ้ง เพราะเขามองว่าชีวิตคือกำไรและความท้าทาย ทั้งนี้เขาคิดว่าสิ่งที่ทำลงไปนั้นทำให้เขาได้เป็นส่วนหนึ่งของภูเขาที่เขาปีน ทุกครั้งที่เห็นยอดเขาเอเวอเรสต์หรือยอดเขาอื่นๆ เขาก็จะคิดถึงความสำเร็จที่ไปได้เยือนและเขาก็ยังอยากปีนเขาอีก

ในฐานะที่เป็นนักปีนเขามายาวนานกว่า 30 ปี อิงกัลสเห็นการเปลี่ยนแปลงที่บ่งถึงภาวะโลกร้อนบนยอดเขาต่างๆ หรือไม่? เขาตอบว่าจากที่เคยเป็นเจ้าหน้าที่พิทักษ์ภูเขาเขาได้เห็นการเปลี่ยนแปลงของธารน้ำแข็ง (Glacier) ที่เกิดขึ้นและหายไปเป็นเรื่องปกติ แต่เขาได้สังเกตว่าสภาพอากาศอากาศบนภูเขาได้เปลี่ยนแปลงอย่างสุดโต่ง ไม่ว่าจะเป็นความหนาวที่มาอย่างสุดโต่ง พายุที่รุนแรงสุดโต่ง แต่เขาก็ไม่อาจฟันธงได้ว่าเป็นผลจากโลกร้อน แต่การยกประเด็นเรื่องโลกร้อนขึ้นมาก็เป็นเรื่องดีเพราะทำให้คนตื่นตัวต่อสภาวะแวดล้อมมากขึ้น

ยังมีอีกหลายเอเวอเรสต์ซึ่งไม่ได้ถึงยอดเขาที่รอให้อิงกัลสไปพิชิต การได้ทำให้อาหารเพิ่มขีดความสามารถของนักกีฬา “พีคฟิวล์” (Peak Fuel) ซึ่งเขาพัฒนาขึ้นให้กลายเป็นแบรนด์ระดับโลก และการทำโครงการกุศลเพื่อคนพิการแขนและขา "ลิมปส์ฟอร์ออล" (Limbs4all) คือเอเวอเรสต์ลูกต่อไปของเขา


พลาสติกทางการแพทย์ใช้ทำหลอดเลือดเทียมชนิดใหม่

พลาสติกที่สามารถปล่อยไนตริกออกไซด์ถูกนำมาใช้ทำหลอดเลือดเทียม เพื่อช่วยลดการอุดตัน

แปลและเรียบเรียงโดย : ฐาปนี อินทรทัต

ท่อพลาสติกเล็กๆ สามารถนำมาใช้แทนหลอดเลือดได้ ตัวอย่างเช่น การผ่าตัดบายพาส (bypass) ของหลอดเลือดหล่อเลี้ยงหัวใจ แต่ท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า 6 มิลลิเมตร มักเกิดการอุดตันได้เนื่องจากเกล็ดเลือด กล่าวคือ เซลล์เม็ดเลือดจะเหนียวติดกันเป็นก้อนเล็กๆ ซึ่งหากก้อนเล็กๆ เหล่านี้ถูกทำลาย อาจจะกระทบกระเทือนต่อสมองและอวัยวะอื่นของร่างกายได้ ไนตริกออกไซด์สามารถช่วยยับยั้งการเกาะเป็นก้อนของเกล็ดเลือด และกระตุ้นการเจริญเติบโตของเซลล์ผนังหลอดเลือด ยิ่งไปกว่านั้น มันยังช่วยหยุดยั้งการเติบโตของกล้ามเนื้อเรียบที่ไปกดทับหลอดเลือดเทียมจนทำให้อุดตันได้

หลอดเลือดเทียมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า 6 มิลลิเมตรมักเกิดการอุดตัน

  "นี่เองที่เป็นจุดเด่นของไนตริกออกไซด์ มันให้ผลในทางที่ดีต่อเนื้อเยื่อที่แตกต่างกันหลายชนิด" เป็นคำกล่าวของ Jennifer West นักวิศวกรรมชีวภาพของ Rice University ในเมือง Houston ซึ่งเป็นหนึ่งในทีมผู้ประดิษฐ์คิดค้นพลาสติกที่ว่านี้ ทีมของ West รายงานผลงานไว้ในวารสาร Biomacromolecules

        West ยังกล่าวอีกว่า บ่อยครั้งที่มีการใช้ยาต้านการจับตัวเป็นลิ่มเลือด เพื่อช่วยในการปลูกถ่ายเนื้อเยื่อ แต่อาจทำให้เกิดการตกเลือดที่บริเวณอื่นๆ ของร่างกายได้ การปล่อยไนตริกออกไซด์โดยตรงจากเนื้อเยื่อที่ปลูกถ่ายนี้จะช่วยจำกัดผลกระทบที่เกิดขึ้นให้อยู่ในบริเวณที่ต้องการเท่านั้น

        ทีมของ West ใช้พลาสติกชนิดโพลิยูรีเทนที่ปรับแต่งด้วยสารเคมีกลุ่มหนึ่งซึ่งสามารถสลายตัวได้ในน้ำเพื่อปล่อยไนตริกออกไซด์ นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ได้ศึกษาถึงผลของพลาสติกที่มีต่อเกล็ดเลือด และธรรมชาติของหลอดเลือดและเซลล์กล้ามเนื้อ โดยใช้เวลากว่า 2 เดือน

        พลาสติกจะปล่อยไนตริกออกไซด์ออกมาอย่างฉับพลันในช่วง 2 วันแรก หลังจากนั้นจะปล่อยออกมาอย่างช้าๆ ไนตริกออกไซด์จะช่วยให้เกล็ดเลือดไม่เกาะติดกัน ช่วยเพิ่มจำนวนเซลล์ในหลอดเลือด และลดการเติบโตของกล้ามเนื้อ

        ทีมผู้วิจัยมั่นใจว่าไนตริกออกไซด์อยู่เบื้องหลังผลกระทบที่เกิดขึ้นนี้ ซึ่งคงไม่ใช่โพลิยูรีเทนอย่างแน่นอน เนื่องจากเห็นว่าสารจีเอ็มพี (GMP; cyclic guanosine monophosphate) ในเนื้อเยื่อมีปริมาณเพิ่มขึ้นมาก ไนตริก ออกไซด์ช่วยกระตุ้นการปล่อยสารจีเอ็มพี ซึ่งมีผลต่อปฎิกิริยาของเอ็นไซม์และการแสดงออกของยีนส์ พลาสติกที่สามารถปล่อยไนตริกออกไซด์นี้ไม่มีผลกระทบต่อเซลล์แต่อย่างใด

        West กล่าวว่า โพลิยูรีเทนมีความยืดหยุ่นมากกว่าพลาสติกชนิดอื่นที่ใช้ในการทำเนื้อเยื่อปลูกถ่าย ดังนั้น มันจึงรวมตัวเข้ากับเนื้อเยื่อโดยรอบได้ดีกว่าด้วย West ได้เริ่มศึกษาเกี่ยวกับเนื้อเยื่อปลูกถ่ายในกระต่าย และคาดว่าจะเห็นผลลัพธ์ภายใน 1 เดือน

        นักวิทยาศาสตร์หวังว่าเนื้อเยื่อปลูกถ่ายชนิดใหม่นี้จะสามารถนำมาใช้กับคนป่วยได้ในไม่ช้า "มันเป็นความคิดที่น่าสนใจ และพวกเรากำลังมองหาวิธีการว่าระบบสามารถพัฒนาจากผลลัพธ์ก่อนหน้านี้ได้อย่างไร" Peter Weissberg ผู้อำนวยการด้านการแพทย์ของ London-based British Heart Foundation กล่าว

รู้จักกับวัสดุ : หลอดเลือดเทียม (Vascular Grafts)

หลอดเลือดเทียมจากห้องวิจัยของบริษัท ซูมิโตโม อิเล็กทริก อินดัสทรี จำกัด ประเทศญี่ปุ่น

หลอดเลือดเทียมขนาด 20 มิลลิเมตร ผลิตจาก "Dacron" ด้วยวิธีการทอ ซึ่งถูกนำมาใช้ในการผ่าตัดเกี่ยวกับภาวะเส้นเลือดแดงโป่งพองที่หัวใจ

   

เมื่อหลอดเลือดในร่างกายของเราได้รับความเสียหาย จะมีการใช้หลอดเลือดเทียมทดแทน เพื่อให้หลอดเลือดสามารถทำงานตามหน้าที่ของมันได้ต่อไป โดยทั่วไปมีการใช้หลอดเลือดเทียมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ แต่ในปัจจุบันวงการวิจัยที่ก้าวหน้าได้พยายามมุ่งเน้นไปที่การหาวิธีการที่เหมาะสมสำหรับการซ่อมแซมหลอดเลือดขนาดกลางและขนาดเล็ก หลอดเลือดเทียมมีทั้งที่เป็นแบบทางชีวภาพและหลอดเลือดเทียมที่สังเคราะห์ขึ้นมา หลอดเลือดเทียมชนิดสังเคราะห์ทำมาจากวัสดุที่เรียกว่า "Dacron" หรือ โพลิเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE, polytetrafluoroethylene) ผลิตด้วยวิธีการทอหรือถัก ซึ่งหากผลิตด้วยวิธีการทอจะมีรูเล็กกว่า ไม่มีการรั่วซึมของเลือดมากนัก และมีการนำมาใช้งานบ่อยกว่าหลอดเลือดชนิดที่ผลิตด้วยวิธีการถัก เมื่อไม่นานมานี้ มีการผลิตหลอดเลือดเทียมที่ทำจาก Dacron เคลือบด้วยโปรตีน (คอลลาเจน/อัลบูมิน) เพื่อช่วยลดการซึมของเลือด และเคลือบยาปฎิชีวนะเพื่อป้องกันการติดเชื้ออีกด้วย


        การใช้งานของหลอดเลือดเทียมที่ประสบความสำเร็จนั้นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น สมบัติเชิงกล (เช่น ความเป็นรูพรุน) ความง่ายในการสัมผัส และความเข้ากันได้กับร่างกายของคนเรา การวิจัยในปัจจุบันมุ่งไปที่การปรับพื้นผิววัสดุให้สามารถเข้ากันได้กับร่างกาย การพัฒนาวัสดุทำหลอดเลือดเทียมที่สามารถย่อยสลายได้ และการพัฒนาวัสดุโพลิเมอร์อิลาสโทเมอร์ชนิดใหม่ๆ ขึ้นมา
 


สาระน่ารู้: 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

  1. โฟมโลหะมีจุดเด่นในเรื่องความสามารถในการดูดซับพลังงานจากการกระแทก จึงเหมาะสำหรับการผลิตเป็นกันชนรถยนต์ (bumper) ในอุตสาหกรรมยานยนต์ ตลอดจนอุปกรณ์บันทึกการชนของอากาศยาน (aircraft crash recorder)
  2. โฟมโลหะมีความหนาแน่นน้อย แต่มีสมบัติเด่นในเรื่องความแข็งแรงเฉือน (shear strength) และความแข็งแรงแตกหัก (fracture strength) สูง จึงเหมาะกับโครงสร้างแบบแซนด์วิช (sandwich) ที่ต้องการวัสดุน้ำหนักเบา และสามารถดูดซับพลังงานจากการกระแทกได้ดี
  3. โครงสร้างของโฟมโลหะประกอบด้วยรูพรุนจำนวนมากทำให้สามารถป้องกันเสียงได้ดี จึงมีการประยุกต์ใช้งานเป็นวัสดุดูดซับเสียง
  4. โครงสร้างที่เป็นรูพรุนของโฟมโลหะทำให้มันมีพื้นที่ผิวมาก สามารถถ่ายเทความร้อนได้ดี เหมาะที่จะประยุกต์ใช้เป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน
  5. โฟมโลหะมีโครงสร้างแข็งแรง และมีน้ำหนักเบา จึงเหมาะกับการใช้กับงานด้านสถาปัตยกรรม

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 C) ปรอทซึ่งมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำกว่าจะกลายเป็นไอ (จุดเดือดของปรอทคือ 356C) 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


วิทยาศาสตร์ในผลิตภัณฑ์ : 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 C) 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


วิทยาศาสตร์ในผลิตภัณฑ์ : 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


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


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
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
ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ที่เคลือบด้วยสารเทฟลอน

ความปลอดภัย

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

แหล่งข้อมูลอ้างอิง


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

แหล่งข้อมูลอ้างอิง
 


สาระน่ารู้

วิทยาศาสตร์ในของเล่น ตอน รู้จักกับตัวดูดน้ำ

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

ตัวอย่างของเล่นที่ทำจากตัวดูดน้ำ

 


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

ผลิตภัณฑ์จากวัสดุนาโนในอนาคต

เรียบเรียงโดย : ฐาปนี อินทรทัต
งานข้อมูลเทคโนโลยีวัสดุ

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

สาระน่ารู้ของถังก๊าซ NGV

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

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

            สาเหตุสำคัญส่วนหนึ่งที่ทำให้ชุดติดตั้งมีราคาสูงก็คือ เรื่องถังบรรจุ เพราะการบรรจุก๊าซธรรมชาติลงถังต้องใช้ถังที่สามารถทนความดันได้สูงถึง 3,000 – 3,600 ปอนด์ต่อตารางนิ้วหรือประมาณ 200 –  240 บาร์ในสภาพการใช้งานปกติ ขณะที่ถังบรรจุก๊าซแอลพีจีใช้งานในสภาพความดันระดับ *240 - 270 ปอนด์ต่อตารางนิ้วหรือประมาณ 16 - 19 บาร์ ดังนั้นเห็นได้ว่าถังที่ใช้บรรจุก๊าซธรรมชาติต้องแข็งแรงกว่าถังบรรจุก๊าซแอลพีจีมากซึ่งนั่นทำให้ต้นทุนของชุดติดตั้งมีราคาสูงกว่าระบบก๊าซแอลพีจี

พัฒนาการของถังบรรจุ
            การใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์นั้นเริ่มมีตั้งแต่ในช่วงทศวรรษที่ 1950 – 1960 ในประเทศอิตาลีและรัสเซีย เริ่มแรกนั้นถังบรรจุผลิตขึ้นจากเหล็กกล้าและใช้มาตรฐาน US DOT 3AA หลังจากนั้นก็มีการปรับปรุงพัฒนาถังบรรจุที่มีน้ำหนักเบาแบบอื่นออกมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการบรรทุกสัมภาระ และการบรรจุก๊าซ ช่วงทศวรรษที่ 1980 มีการนำถังบรรจุก๊าซที่ทำจากโลหะและหุ้มด้วยไฟเบอร์กลาสเพื่อเสริมความแข็งแรงออกมาจำหน่ายในท้องตลาดซึ่งเรียกว่าเป็นถังแบบที่ 2 (type II) และถังแบบที่ 3 (type III) ด้วยเหตุที่ตลาดต้องการใช้ถังบรรจุก๊าซน้ำหนักเบา ทำให้ผู้ผลิตพยายามพัฒนาถังบรรรจุก๊าซแบบใหม่ ๆ ที่น้ำหนักเบายิ่งขึ้นออกมา จนเมื่อปี ค.ศ.1992 ได้มีการผลิตถังบรรจุก๊าซแบบที่ 4 (type IV) ออกมา ถังบรรจุก๊าซแบบล่าสุดซึ่งผนังชั้นในทำจากวัสดุพลาสติก ส่วนผนังชั้นนอก (ทั้งหมด) เป็นไฟเบอร์กลาสหรือคาร์บอนไฟเบอร์ ดังนั้นปัจจุบันถังบรรจุก๊าซธรรมชาติที่ใช้และจำหน่ายจะมีด้วยกัน 4 แบบ ได้แก่

ถังแบบที่ 2 และ 3 จะมีผนังชั้นในเป็นโลหะบาง

แบบที่ 1 ตัวถังทำจากเหล็ก หรืออะลูมิเนียมทั้งถัง เป็นถังชนิดแรกที่มีการผลิตออกมาใช้ ปัจจุบันถังแบบที่ 1 ยังคงครองส่วนแบ่งทางการตลาดมากที่สุดเนื่องจากมีราคาขายต่ำที่สุดเมื่อเทียบกับถังชนิดอื่น
แบบที่ 2 ตัวถังทำจากโลหะ (เหล็ก/อะลูมิเนียม) มีการพัฒนาการด้านเทคโนโลยีวัสดุเพิ่มขึ้นด้วยการหุ้มบริเวณ “ด้านข้างถัง” ด้วยวัสดุคอมโพสิทซึ่งเป็นโพลิเมอร์เสริมแรงด้วยใยแก้วหรือกลาสไฟเบอร์ (glass fiber)
แบบที่ 3 ตัวถังชั้นในทำจากโลหะบาง ซึ่งอาจเป็นเหล็กหรืออะลูมิเนียมก็ได้ และชั้นนอก “ทั้งหมด” ผลิตจากวัสดุคอมโพสิท
แบบที่ 4 ตัวถังชั้นในทำด้วยวัสดุพลาสติกและชั้นนอกเป็นวัสดุคอมโพสิท ที่มีเส้นใยแก้วหรือเส้นใยคาร์บอน (carbon fiber) เป็นวัสดุเสริมแรง ปัจจุบันถังแบบนี้เป็นถังที่น้ำหนักน้อยที่สุด

ค่าสัดส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถัง 
            ถังแบบที่ 1 ถังเหล็ก/อะลูมิเนียม มีค่าอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 1 (ปริมาตรถัง/น้ำหนักถัง ≈ 1)
            ถังแบบที่ 2 ถังเหล็ก/อะลูมิเนียมหุ้มด้านข้างด้วยวัสดุคอมโพสิท มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 1.25
            ถังแบบที่ 3 ถังชั้นในเป็นโลหะบางหุ้มชั้นนอกด้วยวัสดุคอมโพสิท มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 2.0
            ถังแบบที่ 4 ถังชั้นในเป็นพลาสติกหรือวัสดุอื่น ๆ หุ้มชั้นนอกด้วยวัสดุคอมโพสิทประเภทคาร์บอนหรือกลาสไฟเบอร์ มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 2.7


 

ภาพตัดขวางแสดงส่วนประกอบของถังบรรจุก๊าซธรรมชาติแบบที่ 4

           ค่าสัดส่วนเหล่านี้บอกอะไรได้บ้าง? การติดตั้งชุดอุปกรณ์และถังก๊าซธรรมชาติสำหรับรถยนต์ ทำให้รถยนต์มีน้ำหนักเพิ่มขึ้นจากเดิม เนื่องจากน้ำหนักถังบรรจุและน้ำหนักก๊าซ กรณีของถังแบบที่ 1 ที่มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 1 หมายความว่า หากติดตั้งถังที่มีปริมาตร 70 ลิตร ถังบรรจุจะมีน้ำหนักประมาณ 70 กิโลกรัม ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับถังแบบที่ 4 ที่มีอัตราส่วนเท่ากับ 2.7 หมายถึงถังปริมาตร 70 ลิตรจะมีน้ำหนักประมาณ 26 กิโลกรัมเท่านั้น ดังนั้นน้ำหนักโดยรวมของรถที่ใช้ถังแบบที่ 1 กับรถที่ใช้ถังแบบที่ 4 จะแตกต่างกันประมาณ 44 กิโลกรัม
           น้ำหนักของรถที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการติดตั้งถังบรรจุก๊าซมีผลทำให้เครื่องยนต์ต้องทำงานมากขึ้น ซึ่งหมายถึงรถยนต์จะกินน้ำมันมากขึ้น ดังนั้นความแตกต่างเรื่องน้ำหนักถังจึงเป็นประเด็นที่น่าสนใจประเด็นหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งรถยนต์ขนาดใหญ่ เช่น รถบรรทุกสินค้า  รถขนส่งมวลชน เป็นต้น หากพิจารณาว่าต้องติดตั้งถังแบบที่ 1 ที่แต่ละถังหนัก 70 กิโลกรัมและต้องติดตั้งหลายถัง (70 x X, X = จำนวนถัง) เพื่อให้ได้ก๊าซธรรมชาติมากพอสำหรับการวิ่งระยะทางไกล ๆ แต่ทั้งนี้ต้องพิจารณาถึงความคุ้มค่าเมื่อเทียบกับราคาถังแบบที่ 4 ที่แตกต่างกับราคาถังแบบที่ 1 ค่อนข้างมาก

ความปลอดภัยของถังบรรจุ
           เรื่องความปลอดภัยของถังบรรจุเป็นประเด็นที่สำคัญที่สุด เนื่องจากถังบรรจุใช้งานที่ความดันสูง ดังนั้นมาตรฐานความปลอดภัยของถังบรรจุก๊าซธรรมชาติจึงเข้มข้นกว่าถังบรรจุก๊าซหุงต้มมาก ปัจจุบันการผลิตถังบรรจุก๊าซธรรมชาติต้องดำเนินภายใต้มาตรฐาน ISO 11439 ซึ่งกำหนดมาตรฐานการออกแบบ การทดสอบ และความปลอดภัยของถังบรรจุก๊าซไว้ว่า ถังต้องรองรับการบรรจุก๊าซได้สูงถึงปีละ 1,000 ครั้ง ถังมีอายุการใช้งานไม่เกิน 20 ปี ที่ระดับแรงดัน 200-240 บาร์ ณ อุณหภูมิ 15 องศาเซลเซียส และกำหนดให้ถังบรรจุก๊าซต้องมีการตรวจสอบทุกๆ 3 ปีหรือหลังจากเกิดอุบัติเหตุ

* หมายเหตุ
ถังบรรจุก๊าซหุงต้มมีการทดสอบที่เรียกว่า "การทดสอบความดันไฮดรอลิกพิสูจน์" ทดสอบโดยใช้ความดันน้ำระดับ 3.30 เมกะปาสคาล (479 ปอนด์ต่อตารางนิ้วหรือ 33 บาร์)

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

สาระน่ารู้ของเซลล์เชื้อเพลิง

เรียบเรียงโดย : บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
งานข้อมูลเทคโนโลยีวัสดุ
 

     เนื่องจากเชื้อเพลิงประเภทน้ำมันและถ่านหินเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่มีอยู่อย่างจำกัดซึ่งเมื่อใช้แล้วก็จะหมดไป ดังนั้นเมื่อความต้องการใช้ทรัพยากรธรรมชาติมีมากขึ้น จึงส่งผลให้ราคาน้ำมันเพิ่มขึ้นตาม ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงพยายามเสาะแสวงหาแหล่งพลังงานรูปแบบใหม่ที่มีปริมาณมากพอที่จะสามารถใช้ทดแทนน้ำมันและถ่านหินได้ ขณะเดียวกันก็มีความสะอาดเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เซลล์เชื้อเพลิงจัดว่าเป็นแหล่งพลังงานทางเลือกใหม่ที่มีสมบัติดังกล่าว จึงทำให้นักวิจัยทั่วโลกพยายามวิจัยและพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อใช้เป็นแหล่งพลังงานทดแทนต่อไปในอนาคต
 

เซอร์วิลเลียม โรเบิร์ต โกรฟ

ความเป็นมา
            เซลล์เชื้อเพลิงถูกประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1839 โดยเซอร์วิลเลียม โรเบิร์ต โกรฟ (Sir William Robert Grove) ผู้พิพากษาชาวเวลส์ที่มีความเป็นนักประดิษฐ์และนักฟิสิกส์ในตัวเอง โดยเขามีความเชื่อว่า เมื่อเราสามารถแยกน้ำด้วยไฟฟ้าได้ก๊าซไฮโดรเจนกับก๊าซออกซิเจน ในทางกลับกันหากผสมก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจนด้วยวิธีที่เหมาะสมก็ควรจะได้พลังงานไฟฟ้าออกมาเช่นกัน ดังนั้นเขาจึงเริ่มสร้างเครื่องมือทดลองที่เรียกว่า "ก๊าซแบตเตอรี่" ออกมา เครื่องมือของโกรฟถือว่าเป็นต้นแบบของเซลล์เชื้อเพลิงในปัจจุบัน หลังจากทดลองอยู่นานหลายปี ในที่สุดเขาได้ทดลองผสมไฮโดรเจน และออกซิเจนในสารละลายอิเล็กโทรไลต์คือ กรดซัลฟูริคและใช้ขั้วแพลตินัมทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าและน้ำ แต่ว่าในขณะนั้นสิ่งประดิษฐ์ของโกรฟยังไม่สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าออกมามากพอที่จะใช้งานได้
            คำว่า "fuel cell" ถูกใช้ครั้งแรกในปี ค.ศ. 1889 โดยลุดวิด มอนด์ (Ludwid Mond) และชารลส์ แลงเกอร์ (Charles Langer) ทั้งสองพยายามประดิษฐ์เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้งานได้จริงโดยใช้อากาศและก๊าซถ่านหิน (coal gas) นอกจากนักประดิษฐ์ทั้งสองคนแล้ว
วิลเลียม ไวท์ จาคส์ (William White Jaques) ก็เป็นอีกผู้หนึ่งที่ถูกบันทึกว่าเป็นผู้เริ่มใช้คำนี้เช่นกัน โดยจาคส์เป็นนักวิจัยคนแรกที่ใช้กรดฟอสฟอริกเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์



หลักการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิง
            เซลล์เชื้อเพลิงประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า (electrode) 2 ขั้วประกบติดกับสารอิเล็กโทรไลต์ การผลิตกระแสไฟฟ้าทำโดยการผ่านก๊าซไฮโดรเจนเข้าที่ขั้วลบ (แอโนด) และผ่านก๊าซออกซิเจนเข้าไปที่ขั้วบวก (แคโทด) ไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับสารเร่งปฏิกิริยาโลหะบนขั้วไฟฟ้าและเกิดการแตกตัวเป็นโปรตอน (H+) และอิเล็กตรอนออกมา อิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจะนำไปใช้เป็นพลังงานสำหรับอุปกรณ์ต่าง ๆ ส่วนโปรตอนจะเคลื่อนที่ผ่านสารอิเล็กโทรไลต์ไปที่ขั้วแคโทดเพื่อรวมตัวกับออกซิเจนและอิเล็กตรอนกลายเป็นโมเลกุลน้ำ (H2O) ออกมา ในเซลล์เชื้อเพลิงบางชนิด ออกซิเจนจะรวมตัวกับอิเล็กตรอนที่ขั้วแคโทดและเคลื่อนที่ผ่านทางอิเล็กโทรไลต์ซึ่งใช้ออกซิเจนไอออนเป็นตัวเคลื่อนที่ (charge carrier) ในอิเล็กโทรไลต์ บางชนิดอาจใช้ไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) เป็นตัวเคลื่อนที่ก็ได้

ชนิดของเซลล์เชื้อเพลิง

            เซลล์เชื้อเพลิงแบบกรดฟอสฟอริก (Phosphoric Acid) ใช้กรดฟอสฟอริกเป็นสารอิเล็กโทรไลต์ โดยปัจจุบันมีการผลิตเซลล์แบบนี้ออกมาเพื่อจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ เซลล์แบบกรดฟอสฟอริกทำงานในช่วงอุณหภูมิประมาณ 150 - 200 องศาเซลเซียส ที่อุณหภูมิต่ำกว่านี้กรดฟอสฟอริกจะนำประจุไฟฟ้าได้น้อย เซลล์มีประสิทธิภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้าประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ แต่ว่าสามารถใช้ประโยชน์จากไอน้ำร้อนที่เกิดขึ้นโดยนำไปใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าร่วม (cogeneration) ต่อได้

ข้อดี - เป็นเซลล์ที่สามารถใช้กับเชื้อเพลิงได้หลายชนิดแม้แต่น้ำมันเชื้อเพลิง แต่ต้องกำจัดกำมะถันในน้ำมันออกให้เหลืออยู่น้อยที่สุดก่อน
ข้อด้อย - ต้องใช้โลหะแพลทินัมที่มีราคาสูงเป็นสารเร่งปฏิกิริยา เซลล์มีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก มีประสิทธิภาพการผลิตกระแสไฟฟ้าต่ำเมื่อเทียบกับเซลล์ชนิดอื่น ชิ้นส่วนภายในจำเป็นต้องใช้วัสดุที่ทนทานต่อการกัดกร่อนของกรดได้ดี

            เซลล์เชื้อเพลิงแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (Proton Exchange Membrane - PEM) เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้อิเล็กโทรไลต์ในรูปแบบแผ่นโพลิเมอร์บาง ทำงานในสภาวะอุณหภูมิต่ำประมาณ 80 องศาเซลเซียส มีประสิทธิภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้าประมาณ 40 -50 เปอร์เซ็นต์ สามารถให้พลังงานไฟฟ้าได้ตั้งแต่ช่วง 50 - 250 กิโลวัตต์

ข้อดี - เนื่องจากเซลล์ชนิดนี้ทำงานที่อุณหภูมิต่ำและใช้สารอิเล็กโทรไลต์เป็นของแข็ง จึงไม่มีปัญหาการรั่วซึม เกิดการกัดกร่อนน้อย เซลล์แบบนี้จึงเหมาะสำหรับการใช้งานในอาคารบ้านเรือนและรถยนต์
ข้อเสีย - ต้องใช้เชื้อเพลิงที่มีความบริสุทธิ์สูงเท่านั้น และโลหะแพลทินัมที่เป็นสารเร่งปฏิกิริยามีราคาแพง อีกทั้งแผ่นเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนก็มีราคาสูงอีกด้วย

            เซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์ของแข็ง (Solid Oxide) เซลล์ชนิดนี้ใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งทำจากสารประกอบเซรามิก เช่น เซอร์โคเนียมออกไซด์ เป็นต้น มีประสิทธิภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้าประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ และหากนำมาใช้กับระบบการผลิตกระแสไฟฟ้าแบบความร้อนร่วมแล้วจะให้ประสิทธิภาพสูงถึง 85 เปอร์เซ็นต์ เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ทำงานที่สภาวะอุณหภูมิ 800 - 1,000 องศาเซลเซียส

ข้อดี - เนื่องจากเซลล์เชื้อเพลิงทำงานที่สภาวะอุณหภูมิสูงมาก ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้โลหะแพลทินัมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา และไม่ต้องใช้ระบบรีฟอร์มเมอร์ (reformer) ในการเปลี่ยนสภาพเชื้อเพลิงจึงอาจจะช่วยลดต้นทุนในการสร้างระบบรีฟอร์มเมอร์ (reformer) นอกจากนี้ยังสามารถใช้เชื้อเพลิงได้หลากหลายชนิดเพราะเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ทนทานต่อคาร์บอนมอนอกไซด์ได้ดี
ข้อเสีย - เซลล์ที่ทำงานในสภาวะอุณหภูมิสูงต้องเสียเวลาในการอุ่นเครื่องนาน และจำเป็นต้องสร้างผนังหนาเพื่อป้องกันความร้อนที่แผ่ออกมา

รถยนต์ Opel Zafira รุ่นพิเศษ สำหรับทดสอบระบบ Fuel Cell



            เซลล์เชื้อเพลิงแบบอัลคาไลน์ (Alkaline) เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มีประสิทธิภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้าสูงถึง 70 เปอร์เซ็นต์ องค์การนาซาใช้เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้เป็นแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าและน้ำให้กับยานอวกาศในโครงการอพอลโล และโครงการเจมินีมาแล้ว เชื้อเพลิงที่ใช้กับเซลล์ชนิดนี้คือ ไฮโดรเจนและออกซิเจนบริสุทธิ์ และใช้สารอิเล็กโทรไลต์ เช่น โปตัสเซียมไฮดรอกไซด์ สภาวะอุณหภูมิที่ใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าอยู่ในช่วง 150 - 200 องศาเซลเซียส

ข้อดี - มีประสิทธิภาพการผลิตกระแสไฟฟ้าสูง และใช้สารอิเล็กโทรไลต์ (เช่น โปตัสเซียมไฮดรอกไซด์) ที่ราคาถูก
ข้อเสีย - เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้จำเป็นต้องใช้ก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงมากซึ่งมีราคาแพงมาก และต้นทุนการผลิตของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มีราคาแพง ทำให้การใช้เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้จำกัดอยู่เฉพาะงานในด้านอวกาศเท่านั้น

            เซลล์เชื้อเพลิงแบบเกลือคาร์บอเนตหลอม (Molten Carbonate) เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ใช้สารลิเธียมคาร์บอเนต หรือโซเดียมคาร์บอเนต หรือโปตัสเซียมคาร์บอเนตที่หลอมเหลวเป็นสารอิเล็กโทรไลต์ อุณหภูมิการทำงานของเซลล์ประมาณ 650 องศาเซลเซียส เซลล์ชนิดนี้มีประสิทธิภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้าประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ และหากใช้รวมกับระบบผลิตกระแสไฟฟ้าความร้อนร่วมแล้วจะมีประสิทธิภาพสูงถึง 85 เปอร์เซ็นต์

ข้อดี- เนื่องจากเซลล์ทำงานที่สภาวะอุณหภูมิสูง ดังนั้นจึงสามารถประยุกต์ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าได้หลายชนิด เช่น ก๊าซไฮโดรเจน ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซโพรเพน น้ำมันดีเซล เป็นต้น
ข้อเสีย - ที่สภาวะอุณหภูมิสูงจะมีการกัดกร่อนค่อนข้างมากจึงไม่เหมาะกับการใช้งานขนาดเล็กกว่าเมกกะวัตต์

            เซลล์เชื้อเพลิงแบบป้อนสารเมทานอลโดยตรง (Direct Methanol) เป็นเซลล์ที่เพิ่งถูกพัฒนาขึ้นมาจากแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน แต่มีแนวโน้มที่สามารถจะพัฒนาให้ใช้กับอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กหรือในรถยนต์ได้ เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าจากเมทานอลได้โดยไม่ต้องผ่านสารเข้าระบบรีฟอร์มเมอร์ ซึ่งแตกต่างจากเซลล์เชื้อเพลิงชนิดอื่นที่จะทำงานโดยการป้อนไฮโดรเจนเข้าระบบโดยตรง เซลล์เชื้อเพลิงแบบป้อนสารเมทานอลโดยตรงมีประสิทธิภาพการผลิตกระแสไฟฟ้าประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ ทำงานที่สภาวะอุณหภูมิระหว่าง 50 - 100 องศาเซลเซียส
เนื่องจากเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ทำงานที่สภาวะอุณหภูมิค่อนข้างต่ำจึงเหมาะสมที่จะพัฒนาให้เป็นแหล่งพลังงานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา เช่น คอมพิวเตอร์แล็บท็อบ โทรศัพท์มือถือ นอกจากนี้ยังเหมาะที่จะนำมาใช้กับรถยนต์ขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้าแบบเติมเมทานอลด้วย

            เซลล์เชื้อเพลิงแบบระบบหมุนเวียนน้ำ (Regenerative) เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ทำงานแบบหมุนเวียนน้ำในระบบ น้ำจะถูกแยกด้วยไฟฟ้าที่ผลิตจากเซลล์แสงอาทิตย์ได้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจนที่ได้จะถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงป้อนระบบเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าออกมา ซึ่งนอกจากกระแสไฟฟ้าแล้วยังได้ความร้อนและน้ำเป็นผลิตผลร่วมด้วย น้ำที่ได้จะถูกนำไปแยกด้วยกระแสไฟฟ้าอีกครั้ง ดังนั้นน้ำจึงถูกหมุนเวียนอยู่ในระบบปิดตลอด ปัจจุบันเซลล์เชื้อเพลิงแบบนี้ยังอยู่ในขั้นการวิจัยและพัฒนาโดยองค์การนาซาและสถาบันอื่น ๆ ทั่วโลก

            เซลล์เชื้อเพลิงแบบสังกะสี-อากาศ (Zinc-Air) เซลล์เชื้อเพลิงสังกะสี-อากาศใช้โลหะสังกะสีเป็นขั้วแอโนด เชื้อเพลิงที่ใช้คือ ก๊าซไฮโดรเจนหรือสารประกอบไฮโดรคาร์บอนก็ได้ ขั้วแคโทดเป็นอากาศและใช้แผ่นกรองสำหรับแยกก๊าซออกซิเจนออกมาจากอากาศเพื่อป้อนเข้าระบบ เซลล์ชนิดนี้ใช้สารโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ อุณหภูมิการทำงานของระบบอยู่ในช่วงประมาณ 700 องศาเซลเซียส

ข้อดี- โลหะสังกะสีที่ใช้ทำขั้วแอโนดมีราคาต่ำ เซลล์ทำงานได้โดยไม่ต้องใช้สารเร่งปฏิกิริยา และสามารถใช้เชื้อเพลิงได้หลายรูปแบบตั้งแต่ก๊าซไฮโดรเจนบริสุทธิ์จนถึงน้ำมันเชื้อเพลิง
ข้อเสีย - หลังจากทำปฏิกิริยาเคมีแล้วโลหะสังกะสีจะเปลี่ยนเป็นซิงค์ออกไซด์ (ZnO) จึงต้องคอยเปลี่ยนแผ่นสังกะสีใหม่เป็นระยะ


แหล่งข้อมูลอ้างอิง

http://www.fuelcells.org/
http://www.dtienergy.com/DMFChistory.html
http://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/fuelcells/basics.html
http://www.powerzinc.com/en/index-3-x1.html
http://www.tribuneindia.com/2002/20020822/science.htm
http://inventors.about.com/od/fstartinventions/a/Fuel_Cells.htm

ชีวประวัติและเหตุการณ์โดยย่อของไอน์สไตน์

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

           ปี ค.ศ.1886 เด็กชายไอน์สไตน์ในวัย 6 ขวบเริ่มเข้าเรียนในชั้นเรียนครั้งแรกที่โรงเรียนในเมืองมิวนิค และเป็นจุดเริ่มที่ทำให้เขาได้เรียนรู้การเล่นไวโอลินจนถึงอายุ 13 ขวบ ที่โรงเรียนผลการเรียนโดยทั่วไปของเด็กชายไอน์สไตน์อยู่ในระดับดี แต่ที่มีความโดดเด่นมากเป็นพิเศษคือวิชาคณิตศาสตร์ แต่ว่าที่โรงเรียนไอน์สไตน์ไม่ชอบวิธีการเรียนการสอนที่มักเน้นการท่องจำ

           ในปี ค.ศ. 1895 เมื่ออายุได้ 15 ปี เด็กชายไอน์สไตน์ลาออกจากโรงเรียนในเมืองมิวนิคและย้ายตามครอบครัวไปที่ประเทศอิตาลี ในปีต่อมาไอน์สไตน์ก็เข้าเรียนต่อที่โรงเรียนโพลีเทคนิคในเมืองซูริก ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ เช่นเดียวกับที่โรงเรียนในมิวนิคไอน์สไตน์เกลียดการเรียน การสอนของที่นี่ ดังนั้นไอน์สไตน์จึงไม่ค่อยเข้าชั้นเรียน และศึกษาวิชาฟิสิกส์ด้วยตนเอง ส่วนวิชาอื่น ๆ ก็ศึกษาเอาจากสมุดจดของเพื่อนร่วมชั้นเรียน และใช้เวลากับการเล่นไวโอลิน แต่ไอน์สไตน์ก็สำเร็จการศึกษาจากโรงเรียนโพลิเทคนิคในปี ค.ศ.1900 ด้วยคะแนนที่ไม่ค่อยดีนัก ทำให้ไอน์สไตน์ไม่ผ่านการพิจารณาให้ทำงานในมหาวิทยาลัย ดังนั้นช่วงระยะเวลา 2 ปีแรกหลังจากที่เรียนจบ ไอน์สไตน์จึงได้ทำแต่งานชั่วคราวอย่างการเป็นอาจารย์สอนพิเศษ

           ในปี ค.ศ. 1902 ไอน์สไตน์ก็ได้เข้าทำงานในตำแหน่งของเสมียนตรวจสอบสิทธิบัตรในสำนักงานสิทธิบัตรที่กรุงเบิร์น ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ และที่นี่เองเป็นจุดเริ่มต้นของผลงานทฤษฎีต่าง ๆ ที่ปฏิวัติโลกของฟิสิกส์

ค.ศ. 1905 ปีมหัศจรรย์

           ในเวลาเพียงหนึ่งปีไอน์สไตน์ได้เขียนบทความออกมา 5 บทความที่เกี่ยวข้องกับ 3 ทฤษฏี ได้แก่ ทฤษฎีปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก ( Photoelectric Effect ) ทฤษฎีการเคลื่อนที่แบบบราวน์เนี่ยน ( Brownian Motion ) และทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ( Special Relativity Theory ) โดยเริ่มจาก

เดือนมีนาคม ไอน์สไตน์ได้ส่งผลงานเกี่ยวกับเรื่องปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกไปตีพิมพ์ที่ Annalen der Physik ซึ่งเป็นวารสารด้านฟิสิกส์ชั้นนำของเยอรมัน โดยงานวิจัยเรื่องนี้ ไอน์สไตน์อธิบายว่าแสงประกอบด้วยอนุภาคพลังงานขนาดเล็ก ซึ่งถือว่าเป็นการปฏิวัติความคิดใหม่ และขัดแย้งกับความเชื่อและความรู้ที่มีอยู่ก่อนว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทฤษฎีที่ไอน์สไตน์เสนอนั้นใช้อธิบายปรากฏการณ์ของแสงที่ส่องมากระทบกับโลหะแล้วทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกมาจากโลหะได้เป็นอย่างดี และผลงานวิจัยเรื่องปรากฏการณ์โฟโต้อิเล็กทริกทำให้ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี ค.ศ. 1921

เดือนเมษายน ไอน์สไตน์ส่งผลงานชิ้นที่สองที่เสนอวิธีการคำนวณหาค่าเลขอาโวกาโดร ( Avogado's number ) และขนาดของโมเลกุลของสารที่ถูกละลายในตัวทำละลาย ซึ่งผลงานชิ้นนี้ทำให้ไอน์สไตน์สำเร็จปริญญามหาดุษฏีบัณฑิต (ปริญญาเอก) จากมหาวิทยาลัยซูริก ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ในเดือนกรกฎาคมปีเดียวกันนี้

เดือนพฤษภาคม วารสาร Annalen der Physik ได้รับเอกสารอีกฉบับหนึ่งจากไอน์สไตน์ ซึ่งผลงานใหม่เป็นเรื่อง การเคลื่อนที่ของอนุภาคเล็กๆ ซึ่งแขวนลอยในของเหลวโดยอาศัยทฤษฎีจลน์โมเลกุลของความร้อนหรือที่เรียกว่า ทฤษฎีการเคลื่อนที่แบบบราวน์เนี่ยน โดยไอน์สไตน์ใช้ทฤษฎีนี้อธิบายถึงการที่วัตถุขนาดเล็กมาก ๆ ที่แขวนลอยอยู่ในของเหลวและมีการเคลื่อนที่อย่างสะเปะสะปะตลอดเวลาว่า เป็นผลที่เกิดจากวัตถุขนาดเล็กนั้นถูกชนด้วยอะตอมของของเหลวที่มองไม่เห็นจำนวนมากตลอดเวลา ซึ่งในสมัยนั้นนักวิทยาศาสตร์ยังไม่ค่อยยอมรับถึงการมีอยู่จริงของอะตอม

เดือนมิถุนายน หลังจากเสร็จสิ้นจากบทความเรื่องทฤษฎีการเคลื่อนที่แบบบราวน์เนี่ยนแล้ว ไอน์สไตน์ได้เขียนบทความใหม่ออกมาและส่งไปที่วารสาร Annalen der Physik อีก คราวนี้เป็นเรื่องของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการเคลื่อนที่ ซึ่งบทความนี้คือ จุดกำเนิดทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

เดือนกันยายน ไอน์สไตน์ได้ส่งบทความชิ้นที่ 5 ซึ่งเป็นชิ้นสุดท้ายของปี ความยาว 3 หน้ากระดาษเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเพิ่มเติมว่า สสารและพลังงานมีความสัมพันธ์กัน โดยเมื่อสสารได้ปลดปล่อยพลังงานออกมาจำนวนหนึ่งแล้วจะมีผลทำให้มวลของสสารมีค่าลดลง ซึ่งความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานและสสารถูกเขียนออกมาอยู่ในรูปสมการง่าย ๆ ว่า E=mc 2 อันเป็นสมการที่โด่งดังที่สุดของไอน์สไตน์

ปี 1909 ไอน์สไตน์ได้รับงานในตำแหน่งผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยซูริกซึ่งเป็นการทำงานฟิสิกส์เต็มตัวครั้งแรก และในปี 1911 เขาได้ย้ายไปที่มหาวิทยาลัยเยอรมันในกรุงปราก ไอน์สไตน์ยังคงมีผลงานทางฟิสิกส์ออกมาเรื่อย ๆ ในปีถัดมาเขาก็ย้ายไปรับตำแหน่งศาสตราจารย์ที่สถาบันสหพันธ์แห่งเทคโนโลยีที่เมืองซูริก

ปี 1914 ไอน์สไตน์ย้ายมาที่กรุงเบอร์ลิน ทำงานในตำแหน่งศาสตราจารย์ทำให้เขาไม่ต้องรับหน้าที่สอนหนังสืออีกต่อไป สำหรับชีวิตส่วนตัวไอน์สไตน์ได้แยกทางกับครอบครัว ปีนี้เป็นจุดเริ่มของสงครามโลกครั้งที่ 1

ปี 1915 ที่ไอน์สไตน์ประกาศทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ไอน์สไตน์ใช้เวลาปรับปรุงเพิ่มเติมทฤษฏีสัมพัทธภาพพิเศษจนเสร็จสมบูรณ์ได้เป็น “ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ” ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เกิดความเข้าใจใหม่ ๆ เกี่ยวกับเรื่องแรงโน้มถ่วง ( gravity )

ปี 1919 หลังจากที่ประเทศเยอรมนีพ่ายแพ้สงครามโลกครั้งที่ 1 ได้หนึ่งปี ทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ที่ระบุว่า แรงโน้มถ่วงสามารถทำให้แสงเลี้ยวเบนได้ก็ได้รับการยืนยันว่าถูกต้องจากกลุ่มนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษที่สังเกตการเกิดปรากฏการณ์สุริยุปราคาที่เกิดขึ้นในปีนี้ ทำให้ไอน์สไตน์ได้รับการยกย่องจากสาธารณชนให้เป็นตัวแทนหรือสัญลักษณ์แห่งโลกวิทยาศาสตร์

ปี 1921 เป็นปีที่ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากผลงานเรื่อง ทฤษฎีปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก

ปี 1924 ไอน์สไตน์พยายามคิดทฤษฏีใหม่ด้วยการรวมทฤษฏีแม่เหล็กไฟฟ้าและทฤษฏีแรงโน้มถ่วงเข้าด้วยกัน และในปี 1929 ไอน์สไตน์ได้ประกาศทฤษฎีสนามรวม ( Unified Field Theory ) ออกมา แต่สมการทางคณิตศาสตร์ที่ได้ยังไม่สามารถเชื่อมโยงเข้ากับการทดลอง ทำให้ไอน์สไตน์พบความยุ่งยากของทฤษฎีใหม่

ปี 1933 ภายใต้การปกครองของรัฐบาลนาซีใหม่ทำให้ไอน์สไตน์ไม่สามารถอาศัยในประเทศเยอรมันได้ ไอน์สไตน์และครอบครัวจึงอพยพไปที่ประเทศสหรัฐอเมริกา และเข้าทำงานที่ Institute for Advanced Study ในเมืองพรินซ์ตัน ไอน์สไตน์เปลี่ยนจากผู้ที่รักสันติ โดยออกมาเตือนผู้นำประเทศต่าง ๆ ให้ระวังการรุกรานจากประเทศเยอรมนี นอกจากนี้เขายังให้ความช่วยเหลือชาวยิวและผู้ที่ตกเป็นเหยื่อจากลัทธินาซีด้วย

"A table, a chair, a bowl of fruit and a violin; what else does a man need to be happy?" -- Albert Einstein

ปี 1939 ช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ไอน์สไตน์ลงนามในจดหมายส่งถึงประธานาธิบดีรูสเวลท์เพื่อเตือนให้ทราบถึงความเป็นไปได้ที่ประเทศเยอรมนีกำลังสร้างระเบิดปรมาณู และขอให้อเมริกามีการทำวิจัยทางด้านนี้ ในปีถัดมาไอน์สไตน์ก็เปลี่ยนสัญชาติเป็นชาวอเมริกัน

ปี 1952 ไอน์สไตน์ปฏิเสธคำเชิญที่ขอให้เขามารับตำแหน่งประธานาธิบดีประเทศอิสราเอล ไอน์สไตน์ให้การสนับสนุนในหลายเรื่อง เช่น การจัดตั้งรัฐบาลโลก ( world government ) องค์การสหประชาชาติ ( United Nations ) การลดการสะสมอาวุธ และเรื่องสิทธิมนุษยชน ( civil liberties )

ปี 1955 ไอน์สไตน์ยังทำงานเพื่อหาทางรวมทฤษฎีสนามรวม และยังคงทำงานเกี่ยวข้องกับการต่อต้านสงครามจนถึงวาระสุดท้ายของชีวิต ไอน์สไตน์เสียชีวิตจากภาวะหัวใจล้มเหลวในวันที่ 16 เมษายน

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

http://www.aip.org/history/einstein/index.html

http://physicsweb.org/articles/world/18/1/2/1


จากสมการ E=mc2เป็นระเบิดปรมาณู

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

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

 

เจมส์ แชดวิค ผู้พบนิวตรอน
 

ค.ศ.1932 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษเจมส์ แชดวิค (James Chadwick) เป็นบุคคลแรกที่ค้นพบนิวตรอน (neutron) ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของอะตอม และจากผลงานนี้ทำให้เจมส์ แชดวิค ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1935

ค.ศ.1935 ในปีเดียวกันนี้เองที่ความเชื่อดั้งเดิมเรื่องอะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดและไม่สามารถแบ่งแยกได้ก็ถูกหักล้างไปเมื่อนักวิทยาศาสตร์ 2 ท่านจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ จอห์น ค็อกครอฟท์ (John Cockcroft) และเออร์เนสท์ วอลตัน (Ernest Walton) สามารถแยกอะตอมออกได้สำเร็จ

ค.ศ.1933 อดอล์ฟ ฮิตเลอร์ก้าวขึ้นมาเป็นผู้นำประเทศเยอรมันในวันที่ 1 มกราคม
 


เอ็นริโก เฟอร์มิ

อดอล์ฟ ฮิตเลอร์

ค.ศ.1934 นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาเลียน เอ็นริโก เฟอร์มิ (Enrico Fermi) ทดลองยิงยูเรเนียมด้วยนิวตรอน ทำให้นิวเคลียสของยูเรเนียมแตกตัวออกเกิดเป็นธาตุใหม่ขึ้นมา แต่เขาไม่ทราบว่าวิธีนี้คือ ต้นแบบของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่น (nuclear fission) แต่ในภายหลังได้รับการยอมรับว่าเป็นผู้พบปฏิกิริยาลูกโซ่ (chain reaction) เป็นคนแรก
 

ค.ศ.1937 สงครามโลกครั้งที่ 2 ในเอเชียอุบัติขึ้นเมื่อญี่ปุ่นส่งกำลังทหารเข้ารุกรานจีนในวันที่ 7 กรกฎาคม
 

 

อ๊อตโต ฮาห์นและไลซ์ ไมน์เนอร์
 

ค.ศ.1938 อ๊อตโต ฮาห์น (Otto Hahn) ฟริทซ์ สตราสแมน (Fritz Strassman) ไลซ์ ไมน์เนอร์ (Lise Meitner) และอ๊อตโต ฟริซ์ช (Otto Frisch) นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันพบว่าการยิงนิวเคลียสของธาตุด้วยนิวตรอนให้แตกออกทำให้ได้พลังงานจำนวนมากออกมา ถือว่าเป็นจุดกำเนิดของปฏิกิริยาฟิชชั่น และทำให้อ๊อตโต ฮาห์นได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี ค.ศ.1944 (แต่ฮาห์นไม่สามารถเข้ารับรางวัลในขณะนั้นได้ เนื่องจากถูกคุมขังอยู่ที่ประเทศอังกฤษในฐานะเชลยสงคราม)

ค.ศ.1939 จากความก้าวหน้าของการวิจัยเรื่องปฏิกิริยาการแตกตัวแบบลูกโซ่ของนักวิทยาศาสตร์เยอรมัน ทำให้นักวิทยาศาสตร์หลายท่านเดินทางมาพบกับไอน์สไตน์เพื่อชี้แจงข่าวการค้นพบของทางเยอรมัน และขอให้ไอน์สไตน์ร่วมลงนามในจดหมายส่งถึงประธานาธิบดีแฟรงคลิน ดี. รูสเวลท์

2 สิงหาคม 1939 ไอน์สไตน์ลงนามในจดหมายที่ส่งถึงผู้นำสหรัฐชี้แจงเหตุผลแก่รัฐบาลสหรัฐให้มีการวิจัยเกี่ยวกับระเบิดปรมาณู เพื่อให้เกิดการถ่วงดุลอำนาจทางอาวุธสงครามกับเยอรมัน แต่เนื่องจากขณะนั้นประเทศสหรัฐยังไม่มีท่าทีจะเข้าร่วมสงครามโลกจึงไม่ให้ความสนใจการวิจัยระเบิดปรมาณูมากนัก

1 ก.ย. 1939 สงครามโลกครั้งที่ 2 อุบัติขึ้นในทวีปยุโรปเมื่อกองทัพเยอรมันบุกเข้ารุกรานโปแลนด์

มีนาคม ค.ศ.1940 ไอน์สไตน์ส่งจดหมายถึงประธานาธิบดีรูสเวลท์เป็นฉบับที่สองเพื่อแจ้งให้ทราบถึงความก้าวหน้าในงานวิจัยด้านระเบิดปรมาณูของประเทศเยอรมัน เดือนเมษายนปีเดียวกันไอน์สไตน์ส่งจดหมายถึงประธานาธิบดีสหรัฐฉบับที่สามเพื่อกระตุ้นให้มีการวิจัยระเบิดปรมาณูมากขึ้น



กองเรือสหรัฐถูกโจมตีโดยเครื่องบินรบญี่ปุ่นที่เพิร์ล ฮาร์เบอร

6 ธันวาคม 1942 (1 วันก่อนที่ฝูงบินรบของญี่ปุ่นจะเข้าถล่มกองทัพเรือของสหรัฐที่อ่าวเพิร์ล ฮาเบอร์ เกาะฮาวาย) ประธานาธิบดีรูสเวลท์ลงนามอนุมัติงบประมาณ 2 พันล้านดอลลาร์ (เทียบมูลค่าเท่ากับ 5 หมื่นล้านดอลลาร์ในปัจจุบัน) สำหรับโครงการแมนฮัตตัน (Manhattan Project) เพื่อสร้างระเบิดปรมาณูโดยมีนักฟิสิกส์ เจ. โรเบิร์ต ออพเพนไฮม์เมอร์ (J. Robert Oppenheimer) เป็นผู้อำนวยการโครงการดังกล่าว

12 เมษายน 1945
ประธานาธิบดีรูสเวลท์ถึงแก่อสัญกรรม และแฮร์รี่ เอส ทรูแมน (Harry S. Truman) เข้ารับตำแหน่งประธานาดีคนที่ 33 ของสหรัฐต่อจากรูสเวลท์

7 พฤษภาคม หลังอดอล์ฟ ฮิตเลอร์กระทำอัตวินิบาตกรรม เยอรมันประกาศยอมแพ้สงครามถือเป็นจุดสิ้นสุดสงครามโลกในทวีปยุโรป

16 กรกฏาคม 1945 สหรัฐทดลองระเบิดปรมาณูลูกที่หนึ่งทรินิตี้ (Trinity) จากจำนวน 3 ลูกที่รัฐนิวเม็กซิโก


เจ้าเด็กน้อย (little boy)


เจ้าอ้วน (fat man)

 

6 สิงหาคม 1945 เจ้าเด็กน้อย (Little Boy) ระเบิดปรมาณูลูกที่หนึ่งของสหรัฐอเมริกาถูกทิ้งลงที่เมืองฮิโรชิมา ตามมาด้วยวันที่ 9 สิงหาคม เจ้าอ้วน (Fat Man) ระเบิดปรมาณูลูกที่สองถูกทิ้งลงที่เมืองนางาซากิ สร้างความสูญเสียให้กับญี่ปุ่นอย่างใหญ่หลวงทำให้ญี่ปุ่นประกาศยอมแพ้สงครามทันทีและถือเป็นการสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่ 2 อย่างสมบูรณ

            ไอน์สไตน์เป็นผู้ที่รักสันติ ไม่ชอบความรุนแรง ดังนั้นไอน์สไตน์จึงเป็นเพียงแค่ชี้แจงถึงเหตุอันควรสร้างระเบิดปรมาณู แต่ไม่ได้มีส่วนร่วมใด ๆ ในโครงการแมนฮัตตันซึ่งเป็นโครงการที่ตั้งขึ้นมาเพื่อวิจัย ออกแบบและสร้างระเบิดปรมาณูโดยเฉพาะ ตรงกันข้ามบุรุษผู้เป็นเหมือนสัญลักษณ์แห่งวงการวิทยาศาสตร์แห่งศตวรรษที่ 20 นี้กลับใช้ชีวิตแบบเรียบง่ายดังคำพูดของเขาที่ว่า

"I am happy because I want nothing from anyone. I do not care for money. Decorations, titles, or distinctions mean nothing to me. I do not crave praise. The only thing that gives me pleasure, apart from my work, my violin, and my sailboat, is the appreciation of my fellow workers."

แหล่งข้อมูลอ้างอิง
http://www.aip.org/history/einstein/nuclear1.htm
http://intergate.cccoe.k12.ca.us/abomb/timeline.htm
http://www.doug-long.com/einstein.htm
http://www.greatachievements.org/greatachievements/ga_19_3.html
http://www.4learning.co.uk/historyquest/dossier/hq_dossier_game_8.html
http://nuclearweaponarchive.org/Usa/Med/Discfiss.html
http://www.reformation.org/leo-szilard.html
 

ไขปัญหา ' แก๊สโซฮอล์ '

 -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

- หากใช้น้ำมันเบนซินธรรมดาอยู่จะเปลี่ยนไปเติมน้ำมันผสมเอทานอลได้เลยหรือไม่

สามารถเติมได้ทันที เนื่องจากเดิมเราใช้รถที่เติมน้ำมันที่มีสารตะกั่ว ต่อมาพบว่าสารตะกั่วเป็นอันตรายต่อสุขภาพ จึงหันมาใช้ MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether) แทน ซึ่งต่อมาในสหรัฐฯพบว่า MTBE เป็นสารก่อมะเร็ง ถ้ารั่วไหลลงน้ำ จะเป็นอันตราย ต่อสิ่งแวดล้อม จึงเปลี่ยนมาเป็น เอทานอลที่เรียกว่า ETBE ETBE (Ethyl Tertiary Butyl Ether) ประมาณ 7-10% ดังนั้น เมื่อเรา ใช้เอทานอลก็สามารถเติมได้เลย เหมือนเราเปลี่ยนจากสารตะกั่วเป็น MTBE ก็สามารถเติมได้เลย โดยไม่ต้อง ถ่ายน้ำมันออก และไม่จำเป็นต้องมีการปรับแต่งเครื่องยนต์หากเติมเอทานอลไม่เกิน 10%

- ข้อดีของการใช้เอทานอลมีอย่างไรบ้าง

เมื่อเติมแล้วมีข้อดีคือ มลภาวะลดลง ไฮโดรคาร์บอนทั้งหลายลดลง ถ้าเติมเอทานอล 7.5 % จะลดลงประมาณ 3.5-8.5% ถ้ามีเอทานอล 15% จะลดลง 0.2-6.2% ปริมาณคาร์บอนมอนอกไซด์ ในไอเสียจะลดลง 23.2-26.9% ปริมาณแก๊สนอกซ์ เพิ่มขึ้น 10.7-15.2% ปริมาณอะแซทเทิลดีไฮด์เพิ่มขึ้น 90.7และ231% ตัวนี้เพิ่มขึ้นมาก แต่การสัมมนา มีข้อเสนอแนะว่า ตัวอะแซทเทิลดีไฮด์นี้ เป็นสารก่อมะเร็ง แต่ปริมาณที่เพิ่มขึ้น เพิ่มจากปริมาณคิดเป็นมิลลิกรัมต่อกิโลเมตร ซึ่งน้อยมาก และในต่างประเทศ เช่น สหรัฐฯ หรือญี่ปุ่น ก็ไม่มีการกำหนดเกี่ยวกับสารตัวนี้เอาไว้ ดังนั้น ในภาพรวม สารที่เกี่ยวข้องกับ การเกิดก๊าซเรือนกระจก และทำให้ อากาศร้อนจะลดน้อยลงไป และทำให้คุณภาพอากาศในเมืองใหญ่ ๆ ดีขึ้น

- แหล่งผลิตเอทานอลมีอยู่ที่ไหนบ้าง

 เอทานอลขณะนี้มีแหล่งผลิต 2 แห่งคือที่โครงการส่วนพระองค์ผลิตได้ 860 ลิตรต่อวัน และที่ โรงงานต้นแบบของ สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย(วท.)เดิมผลิตได้ 1,500 ลิตรต่อวัน แต่หลังจากไม่ได้ใช้นาน และ มาเริ่มใช้ใหม่ในปีที่ผ่านมาจึงผลิตได้เพียง 300-500 ลิตรต่อวัน เมื่อนำไปผสมกับน้ำมันเบนซินก็จะได้เป็นน้ำมันจำนวน 3,000-5,000 ลิตรต่อวัน เติมได้ 60-100 คันก็หมดแล้ว

- สถานีเติมแก๊สโซฮอล์ อยู่ที่จุดไหนบ้าง

สถานีเติมน้ำมันแก๊สโซฮอล์ของปตท.มีอยู่ 2 แห่ง คือที่สำนักงานใหญ่ของ ปตท. และสนามเป้า สถานีเติมน้ำมัน แก๊สโซฮอล์ ของบางจากมีอยู่ที่ สาขาอุดมสุข, แยกแคลาย, ติวานนท์, แจ้งวัฒนะ ซึ่งทั้งหมดมีปริมาณไม่มากเท่าไหร่ กำลังการผลิตขณะนี้ ยังไม่พอใช้ ทางปตท.เองก็กำลังร่วมมือกับบริษัทสุรามหาราษฎร์ และกลุ่มผู้ผลิตสุราต่าง ๆ ซึ่งมี กำลังการผลิตสูง เพื่อหาทาง เพิ่ม ปริมาณการผลิตให้มากขึ้น

      เนื่องจากว่า เอทานอลก็คือเอทิลแอกอฮอล์ หรือเหล้า เมื่อผลิตออกมาจะมีความเข้มข้น 95.5% หากเราสามารถ ติดตั้งหน่วยที่เป็นตัวสกัดน้ำ ที่เราเรียกว่าเป็นดีไฮเดรชั่นยูนิต ในตอนท้ายของกระบวนการ ก็จะได้เป็น เอทานอล ประมาณวันละ 10,000 ลิตร เมื่อมาผสมก็จะได้น้ำมันผสมเอทานอล 100,000 ลิตร ซึ่งน่าจะขยายกำลังการผลิตเป็น 1 ล้านลิตร สามารถเติมน้ำมันเบนซินได้เป็น 10 ล้านลิตร ขณะนี้เราใช้เบนซิน 20 ล้านลิตรต่อวันจะเป็น 91 จำนวน 10 ล้านลิตร เบนซิน 95 จำนวน 10 ล้านลิตร หากเราเติมเอทานอลลงในเบนซิน 91 จำนวน 10 ล้านลิตรก็จะได้เป็นเบนซิน 95 จำนวน 10 ล้านลิตร ซึ่งจะเพียงพอกับการใช้งานของคนในกรุงเทพและในจังหวัดอื่น ๆ ทั่วประเทศ

- ตัวอย่างการใช้เอทานอลในต่างประเทศ

ที่บราซิลใช้เอทานอลมา 25 ปี แล้ว เนื่องจากราคาน้ำตาลตกต่ำ จึงหาทางพัฒนาการผลิตน้ำตาลเป็นเอทานอล จนขณะนี้ บราซิลใช้น้ำมันเบนซินผสมเอทานอลผสมถึง 23-24%ทั่วประเทศ ไม่ใช่น้ำมันอื่นเลย

ที่สวีเดนไม่ผลิตเอง แต่สั่งเอทานอลจากต่างประเทศ ใช้น้ำมันเอทานอลกับรถประจำทางขนาดใหญ่ (Blue Bus) มีสถานี เติมน้ำมันชนิด Flexible (เพิ่มลดส่วนผสมเอทานอลในเบนซินได้) 50 แห่ง มีจำนวนรถยนต์ทั่วไป ที่ใช้เอทานอลอยู่ ทั้งหมด 400 คัน หากดูที่การจำหน่ายเฉลี่ยสถานีละ 8 คัน ซึ่งไม่คุ้มทุน แต่สวีเดนจำเป็นต้องลงทุน วางระบบไว้ เพื่อให้เกิด ความสะดวก แก่ผู้ใช้รถยนต์รุ่นต่อไป ซึ่งจะเปลี่ยนไปใช้เซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่แทบจะไม่เกิดมลพิษเลย

หันมาดูบ้านเราเอง รัฐบาลควรจะต้องพิจารณาโครงสร้างพื้นฐานเหล่านี้เพื่อรองรับ และสนับสนุน ให้เกิดการใช้ น้ำมันเอทานอลในประเทศหรือเชื้อเพลิงอื่น ๆ ทดแทนน้ำมันปิโตรเลียมต่อไป

ปัจจุบันคณะกรรมการเอทานอลแห่งชาติ มีปลัดกระทรวงอุตสาหกรรมเป็นประธาน มีหน่วยงานร่วมอื่น ๆ เช่น กระทรวง เกษตรฯ กระทรวงการคลัง กระทรวงพาณิชย์ สวทช. กรมควบคุมมลพิษ สถาบันยานยนต์ มีการแบ่งกลุ่มผู้ผลิต ผู้ใช้และ ผู้จัดจำหน่าย ได้เตรียมแผนปฎิบัติการเอาไว้แล้วว่าฝ่ายต่าง ๆ จะดำเนินการอย่างไร เช่น กระทรวงเกษตรฯ จะพิจารณา เรื่องวัตถุดิบทางการเกษตร ว่าควรจะมีปริมาณการผลิตเท่าไหร่จึงเหมาะสมกับปริมาณการใช้เอทานอล หลังจากนั้นผู้จัดจำหน่าย ก็จะดูในรื่องการวางแผนจัดจำหน่ายว่าจะเป็นอย่างไร สถาบันยานยนต์ก็จะพิจารณาว่า รถยนต์ ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน จะใช้น้ำมัน ผสมเอทานอลได้หรือไม่ ตลอดจนควรจะมีการ นำรถยนต์ที่ใช้เอทานอล เข้ามา จำหน่ายในประเทศไทยได้เมื่อไหร่ ซึ่งขณะนี้ แผนปฏิบัติการต่าง ๆ ก็พร้อมแล้วรอที่จะนำไปใช้ เชื่อว่าภายใน 2 ปีจะมีการใช้เอทานอลมากขึ้น และจำนวน สถานีเติมน้ำมันเอทานอลก็จะเพิ่มมากขึ้นด้วย

- ขณะนี้กำลังอยู่ระหว่างวิจัยดีโซฮอล์

จะมีการพิจารณาใน 3 ด้านคือด้านไอเสียคาดว่าจะใช้เวลา 3 เดือน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ใช้เวลา 6 เดือน และด้านผลกระทบของชิ้นส่วนเครื่องยนต์ต่าง ๆ ประมาณ 8-12 เดือน นอกจากนี้ จะมีการพิจารณาเรื่องการประเมินวงจรอายุ หรือ Life Cycle Accessment (LCA) ด้วย ซึ่งเป็นการประเมินผลกระทบของการใช้เอทานอลต่อสภาพแวดล้อม นับตั้งแต่การผลิตวัตถุดิบจนถึงหลังจากการใช้งานแล้ว

 ที่ผ่านมามีการทดลองใช้ดีโซฮอล์กับรถบรรทุก 6 คันของ รสพ. ตั้งแต่วันที่ 31 ส.ค. 43 ผลที่เกิดขึ้น เหมือนกับ การใช้กับน้ำมันเบนซิน ไม่มีผลกับกำลังบรรทุกแต่อย่างใด แต่ไอเสียลดลง การทดลองที่ดำเนินการกับ ปตท. จะมีการวัด อย่างเป็นระบบตามหลักวิชาการ เพื่อให้ได้ข้อมูลที่เที่ยงตรงมากขึ้น

- อัตราภาษี

 เครื่องดื่มแอลกอฮอล์ที่ใช้อยู่ขณะนี้ แบ่งเป็นภาษีสุราขาวลิตรละ 100 บาท สุราสีลิตรละ 150 บาท แต่ถ้า ผลิต เอทานอลเป็นน้ำมันเชื้อเพลิงจะคิดอัตราภาษีลิตรละ 5 สตางค์เท่านั้น ซึ่งทุกวันนี้กลุ่มบริษัทสุราต่างๆ มีการส่งออก สุรา ไปต่างประเทศอยู่แล้ว หากผันปริมาณการผลิตเป็นเชื้อเพลิงก็จะมีปริมาณเพียงพอใช้ในประเทศ หรือหากเราไม่ผลิตเอง ก็อาจนำเข้าได้ แต่ราคาสูงกว่าผลิตเองแน่นอน

- กรรมวิธีการผลิตเอทานอล

 การนำพืชผลการเกษตร เช่น มันสำปะหลัง ถั่วเหลือง ข้าวโพดมาใช้เป็นวัตถุดิบได้ทั้งนั้น ซึ่งขณะนี้ ราคามันสำปะหลัง ตกต่ำ หากเราสามารถนำวัตถุดิบการเกษตรนี้มาใช้ก็จะสามารถช่วยเหลือเกษตรกรได้มาก

วัตถุดิบ

กากน้ำตาลจะผลิตเป็นเอทานอลได้โดยตรง ข้าวหรือมันสำปะหลังจะต้องมาเปลี่ยนเป็นแป้ง จากแป้ง เปลี่ยนเป็นน้ำตาลอีกครั้งหนึ่ง

วิธีทำเอทานอล

เอากากน้ำตาลมาหมัก ได้เป็นแอลกอฮอล์ แล้วนำมาแยกน้ำโดยใช้ซีโอไลท์ กรองเอาน้ำออก ได้เป็น เอทานอล 99.5%

 
วิทยาศาสตร์ในของเล่น : แท่งเรืองแสง

คุณเคยซื้อ หรือเคยเห็นของเล่นที่เป็นแท่งเรืองแสง (light sticks) ที่แฟน ๆ ศิลปินเพลงทั้งหลายชูขึ้นแล้วโบกไป ตามจังหวะ เพลงในคอนเสิร์ตต่าง ๆ ไหม??? บางท่านเคยซื้อมาเล่นแล้ว แต่หลายท่านไม่เคย ท่านที่เคยซื้อ เคยเล่นก็อาจสงสัยต่อว่า ข้างในเขาใส่สารอะไรไว้??? ทำไมหลังจากที่งอแท่งเรืองแสงไปสักครู่ แล้วจึงเกิดการเรืองแสงได้???

ไม่ต้องสงสัยอีกต่อไป หากท่านได้อ่าน เรื่องนี้ต่อจนจบ

>> 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)

หลังจากที่มนุษย์หลงใหลกับแสงเรือง ๆ ของหิ่งห้อยอยู่นาน ในช่วงทศวรรษที่ 1960 นักวิทยาศาสตร์ ก็เริ่มทดลองเพื่อหาทางเลียนแบบการเรืองแสงแบบหิ่งห้อย ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ทราบดีว่า วัตถุเรืองแสงได้เพราะโมเลกุลของสารหรือวัตถุนั้นสามารถถูกกระตุ้นโดยแหล่งพลังงานจากภายนอก (แสง ไฟฟ้า ความร้อน ปฏิกิริยาเคมี) และโมเลกุลของวัตถุหรือสารนั้นต้องสามารถปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของแสงได้ และการเลียนแบบการเรืองแสงของหิ่งห้อยที่เหมาะสมที่สุดและ ก็ควรเป็นการอาศัยปฏิกิริยาเคมีเป็นแหล่งพลังงานของการเรืองแสงซึ่งเรียกว่า การเรืองแสงทางเคมี (Chemiluminescence) ปัญหาของกระบวนการเรืองแสงทางเคมีคือ การเลือกใช้สารเคมีที่เหมาะสม สำหรับการทำปฏิกิริยาเคมีกัน เพื่อให้ปฏิกิริยาเคมีนั้นเป็นแหล่งพลังงานสำหรับกระตุ้น ให้สารเคมีอีกชนิดปลดปล่อยพลังงานแสงออกมาโดยไม่มีความร้อนออกมาด้วย ขณะนั้นมีนักเคมีคนหนึ่งที่ทำงานอยู่ในห้องปฏิบัติการของ Bell ชื่อ เอ็ดวิน เอ. แชนดรอส (Edwin A. Chandross) ได้ทำการทดลองเพื่อหาวิธีอธิบายปรากฏการณ์การเรืองแสงทางเคมี โดยเอ็ดวินเลือกใช้สารเปอร์ออกไซด์ (peroxide) ในการทดลอง เนื่องจากสารเปอร์ออกไซด์สามารถปลดปล่อยพลังงานจำนวนมากออกมาในหลาย ๆ ปฏิกิริยา หลังจากการเปลี่ยนแปลงปรับปรุงการทดลองอยู่นาน เอ็ดวินก็พบว่า เมื่อเขาผสมสารออกซาลิลคลอไรด์ (oxalyl chloride) กับสารไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (hydrogenperoxide) และสารเรืองแสง (fluorescent dye) แล้ว มีการเรืองแสงทางเคมีเกิดขึ้น ซึ่งการทดลองนี้เป็นเหมือนกับรากฐาน ของงานวิจัยด้านการเรืองแสงทางเคมียุคใหม่เลยทีเดียว แต่สำหรับเอ็ดวินแล้ว เขากลับไม่ได้ตระหนักถึงความสำคัญของการทดลองครั้งนี้จึงไม่ได้จดสิทธิบัตรเอาไว้

............ขณะเดียวกันไมเคิล เอ็ม. เราฮัท (Michael M. Rauhut) และทีมงานซึ่งเป็นนักเคมีของ American Cyanamid พบการทดลองสารออกซาลิลคลอไรด์ของเอ็ดวินเข้า จึงนำไปทดลอง และศึกษาหาสารอื่น ๆ เพื่อผลิตแสงจากปฏิกิริยาเคมีออกมาให้ได้สว่างพอจะนำมาใช้งานได้จริง (ทั้งนี้เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์พบว่าประสิทธิภาพการเรืองแสงของหิ่งห้อย วัดจากจำนวนโมเลกุลที่เกิดปฏิกิริยาเคมีแล้วสามารถปลดปล่อยพลังงานแสงออกมาได้มีจำนวนถึงร้อยละ 80 ขณะที่การทดลองของเอ็ดวินนั้นวัดค่าประสิทธิภาพการเรืองแสงออกมาได้เพียงร้อยละ 0.1 เท่านั้น) ดังนั้นไมเคิล และทีมงานจึงร่วมกันหาและพัฒนาสารประกอบในตระกูลออกซาเลตเอสเทอร์ (oxalate ester series) ในที่สุดทีมงานพบว่าเมื่อใช้สารฟีนิลออกซาเลตเอสเทอร์ (phenyl oxalate ester) ผสมกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และสารให้สี (dye) ให้ประสิทธิภาพการเรืองแสงออกมาได้ประมาณ 5% ซึ่งแม้จะยังห่างจากหิ่งห้อยมาก แต่มันก็ให้แสงสว่างเพียงพอสามารถนำมาใช้งานได้จริง และไมเคิลกับทีมงานได้ตั้งชื่อของผสมนี้ว่า "ไซยาลัม (Cyalume)" ต่อมาชื่อนี้ก็กลายเป็นชื่อทางการค้าของผลิตภัณฑ์เรืองแสงทางเคมีของบริษัทไป

 >> กลไกการเรืองแสง

............ แท่งเรืองแสงที่จำหน่ายในท้องตลาดนั้น จะมีลักษณะรูปร่างหลายแบบไม่เฉพาะ แต่รูปทรงกระบอกเท่านั้น ภายในทรงกระบอกนอกจากจะบรรจุของเหลว ของสารฟีนิลออกซาเลตเอสเทอร์ และสารเรืองแสง (fluorescent dye) สีต่าง ๆ เอาไว้แล้ว ยังบรรจุกระเปาะแก้วที่มีสารไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ไว้ด้วย เมื่องอแท่งเรืองแสงให้กระเปาะแก้วที่อยู่ภายในหัก สารไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในกระเปาะแก้วจะไหลออกมา ทำปฏิกิริยากับสารฟีนิลออกซาเลตเอสเทอร์ ระหว่างที่ปฏิกิริยาเคมีของสารทั้งสองชนิดดำเนินไปนั้น จะมีการปลดปล่อยพลังงานจำนวนหนึ่งออกมา พลังงานที่เกิดขึ้นจะไปกระตุ้นโมเลกุล ของสารเรืองแสงที่บรรจุ อยู่ในแท่งเรืองแสงให้เกิดปรากฏการณ์เรืองแสงขึ้น ทั้งหมดนี้คือกลไกการเรืองแสงของแท่งเรืองแสงอย่างง่าย ๆ (จากปฏิกิริยาเคมีที่ดูยุ่งยาก) หากพูดอีกนัยหนึ่งก็คือ

............ สารฟีนิลออกซาเลตเอสเทอร์และ สารไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ทำปฏิกิริยากัน แล้วได้พลังงานออกมาให้สารเรืองแสงนำไปใช้ในการเรืองแสงนั่นเอง ประสิทธิภาพของแท่งเรืองแสงนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของสารเคมีที่บรรจุอยู่ภายใน แต่ในสภาวะการณ์ทั่วไปแท่งเรืองแสงจะสามารถให้แสงได้นานหลายชั่วโมง (เฉลี่ยประมาณ 8 ชั่วโมง) แต่ทั้งนี้หากนำแท่งเรืองแสงไปแช่น้ำร้อนก่อนใช้งาน จะทำให้แท่งเรืองแสงสามารถส่องสว่างได้เร็ว และสว่างขึ้น แต่ระยะเวลาการเรืองแสงจะน้อยลง เนื่องจากความร้อนจะทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีมีมากขึ้นและเร็วขึ้น ในทางตรงกันข้ามหากต้องการให้แท่งเรืองแสงส่องสว่างได้นานมากขึ้น ก็ควรนำแท่งเรืองแสงไปแช่เย็นก่อนใช้งานเพื่อหน่วงปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นซึ่งจะทำให้แท่งเรืองแสงให้แสงได้นานกว่าปกติ

 

>> ความรู้ประกอบ
กลไกการเรืองแสง

 

>> ประโยชน์จากแท่งเรืองแสง
แท่งเรืองแสงนอกจากจะเป็นของเล่นที่แฟนเพลงนิยมซื้อมาโบก ตามจังหวะเพลงในคอนเสิร์ตของศิลปินต่าง ๆ แล้ว ยังสามารถนำไปใช้งานอื่น ๆ ได้ ไม่ว่าจะเป็นงานใต้น้ำ หรือใช้ในเวลาที่ฝนตก ลมพัดแรง ฯลฯ เนื่องจากแท่งเรืองแสง ไม่ต้องใช้ถ่านไฟฉาย และมีความปลอดภัยขณะใช้ เนื่องจากแสงสว่างที่เกิดไม่มีความร้อน สารเคมีที่ใช้ไม่มีสมบัติ ติดไฟ และไม่มีสมบัติระเบิดได้ ไม่เป็นพิษ

>>
การพัฒนาแท่งเรืองแสง

แน่นอนว่าขณะนี้มีความพยายามในการวิจัย เพื่อพัฒนาประสิทธิภาพการเรืองแสงทางเคมีให้สูงขึ้น โดยบริษัท OminGlow กล่าวว่า ขณะนี้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพ การเรืองแสงให้สูงขึ้นถึงระดับ 23% ได้แล้ว แม้ว่าตัวเลขนี้จะยังห่างไกลจากประสิทธิภาพการเรืองแสง ของหิ่งห้อย (80%) มากโข แต่ก็นับว่าเป็นความก้าวหน้าอีกระดับของการพัฒนา และนอกเหนือจากความพยายามพัฒนาประสิทธิภาพการเรืองแสงแล้ว สีสรรที่หลากหลายมากขึ้น ก็เป็นอีกสิ่งหนึ่งที่ผู้ผลิตอุปกรณ์เรืองแสงทางเคมีมุ่งมั่นพัฒนา โดยขณะนี้แท่งเรืองแสงมีแสงสีแดง สีน้ำเงิน สีม่วง สีเขียว และสีเหลือง

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

Biorubber
ดร. จินตมัย สุวรรณประทีป
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ
 
 
    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
 
   โดยทั่วไป พลาสติกที่ได้รับการพัฒนา และนำไปผลิต เป็นผลิตภัณฑ์ทางการค้านั้น มักอยู่ในกลุ่มของโพลิเอสเทอร์ ทั้งประเภท โฮโมโพลิเมอร์ และโคโพลิเมอร์ของแลกไทด์ และไกลโคไลด์ โพลิคาโปรแลกโตน (poly-e-caprolactone) โพลิไดออกซาโนน (polydioxanone) โพลิอะมิโนแอซิด (polyamino acid) โพลิแอนไฮไดร์ด (polyanhydrides) และโพลิออร์โทเอสเทอร์ (polyorthoesters) ถึงแม้จะมีการใช้งานเป็นจำนวนมาก แต่ปัจจุบัน ยังไม่มีพลาสติกย่อยสลายทางการแพทย์ ที่มีสมบัติคล้ายยาง ที่สามารถ ดึงยืดออกได้ยาว และคืนตัวกลับมาได้เมื่อปล่อยแรงออก ซึ่งเป็นสมบัติของเนื้อเยื่อหลายประเภทในร่างกายมนุษย์ได้ เช่น ถุงลมในปอดซึ่งสามารถขยายตัวได้กว่า 7 เท่าเมื่อเราหายใจเข้า และสามารถคืนรูปร่างกลับมาได้เมื่อเราหายใจออก เป็นต้น
 
 
 
 โพลิเมอร์ย่อยสลายชนิดใหม่ ถูกพัฒนาขึ้นโดยกลุ่มวิจัย นำโดย ศาสตราจารย์ โรเบิร์ต แลงเกอร์ แห่งสถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาชูเซต สำหรับการใช้งานทางการแพทย์ โดยโพลิเมอร์นี้ถูกเรียกว่า ไบโอรับเบอร์ (Biorubber) จะมีลักษณะคล้ายยาง สามารถที่จะ ถูกดัดโค้งงอไปมาได้มากครั้ง และยังกลับมาสู่สภาพเริ่มต้นได้ โพลิเมอร์นี้ สังเคราะห์ขึ้น มาจากกลีเซอรอล (glycerol) ซึ่งเป็นสารที่ร่างกายใช้ในการสร้างไขมัน และกรดเซบาซิก (sebacic acid) ซึ่งจะช่วยเมตาโบไลซ์กรดไขมันบางประเภท ข้อดีของโพลิเมอร์นี้คือ มีความแข็งแรงและยืดหยุ่น สามารถย่อยสลายตัวได้ และราคาไม่แพง นอกจากนี้ โครงสร้างโมเลกุลและส่วนผสมทางเคมี ของโพลิเมอร์นี้ สามารถที่จะเปลี่ยนแปลงได้ เพื่อที่จะควบคุมสมบัติต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นการเพิ่มหรือลดอัตราการสลายตัว ความแข็งแรง การตอบสนองต่อเซลล์ เป็นต้น โดยทั่วไปแล้ว โพลิเมอร์นี้จะมีลักษณะคล้ายเส้นเอ็น หรือหลอดเลือดของมนุษย์ จากการทดลองฝังชิ้นวัสดุประเภทใหม่นี้ในหนู พบว่า โพลิเมอร์ชนิดใหม่นี้ สามารถเข้ากับสภาพทางชีววิทยา ในหนูได้เป็นอย่างดี ไม่ก่อให้เกิดการเติบโต fibrous capsule มาปกคลุมวัสดุเหมือนวัสดุอื่นบางประเภท และสามารถที่จะสลายตัวได้เมื่อเวลาผ่านไป 2 เดือน

       ด้วยลักษณะพิเศษของไบโอรับเบอร์นี้ คาดว่าจะสามารถนำไปใช้เป็น วัสดุโครงร่าง สำหรับ รองรับเซลล์ สำหรับการใช้งานทาง วิศวกรรมเนื้อเยื่อ เพื่อสร้างเนื้อเยื่อต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นเนื้อเยื่อของหัวใจ หลอดเลือด กระดูกอ่อน กระดูก หรือแม้แต่อวัยวะ สำหรับ การปลูกถ่ายในอนาคต นอกจากนี้ ยังอาจจะนำไปใช้เป็นวัสดุ ในการปลดปล่อยยา เมื่อตัวมัน เกิดการสลายตัวได้เช่นกัน อย่างไรก็ตาม อาจจะเร็วเกินไป ที่จะกล่าวถึงความสำเร็จ และ ประโยชน์ของไบโอรับเบอร์นี้ เนื่องจากยังต้องมีการทดสอบ ในระยะเวลานาน เพื่อยืนยันถึง ประสิทธิภาพ และความปลอดภัยในการใช้งานทางคลินิก แต่ทางผู้พัฒนากล่าวว่า ทั้งกลีเซอรอลและกรดเซบาซิก ล้วนแล้วแต่เป็นวัสดุที่ได้รับอณุญาต ให้มีการใช้งาน ทางการแพทย์ โดยองค์การอาหารและยา สหรัฐอเมริกาอยู่แล้ว และจากการทดสอบ ในสัตว์ทดลอง ก็พบว่ามีความปลอดภัยในการใช้งาน ทางการแพทย์ และเข้ากับสภาพภายใน ร่างกาย เป็นอย่างดี ดังนั้นจึงไม่น่าจะมีปัญหาแต่อย่างใด อย่างไรก็ตาม นักวิจัยบางคน ให้ความเห็นว่า ถึงแม้ว่ากลีเซอรอลและกรดเซบาซิกจะปลอดภัย แต่การนำสาร ทั้งสองประเภทมารวมกันนั้น ย่อมอาจทำให้เกิดปฏิกิริยา การตอบสนองที่แตกต่าง จากการใช้วัสดุแต่ละตัวแยกกัน ซึ่งเราคงจะต้องรอดูกันต่อไป กับผลลัพธ์ของอีกหนึ่ง นวัตกรรมใหม่ แห่งวัสดุประเภทนี้
เอกสารอ้างอิง

1. http://www.upi.com/view.cfm?StoryID=31052002-113507-5331r
2. http://web.mit.edu/newsoffice/nr/2002/biorubber.html

ฟันแท้ที่งอกใหม่ได้
ดร. สิริพร โตนดแก้ว
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ(เอ็มเทค)

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

        การใส่ฟันปลอมก็ไม่สะดวกสบาย หรือแม้แต่การใช้รากฟันเทียมไทเทเนียม ซึ่งเป็น งานศัลยกรรมที่ใช้ฝีมือ ก็ยังไม่สามารถทดแทนได้เทียบเท่ากับฟันจริง การทำวิศวกรรมเนื้อเยื่อเพื่อเพาะเลี้ยงฟันขึ้นม าจึงเป็นอีกหนทางที่จะได้ฟันใหม่ งอกขึ้นมาทดแทนฟันที่หลุดไป จากการที่ฟันไม่ได้เป็นสิ่งสำคัญในการ ดำรง ชีวิตเหมือนพวกตับหรือหัวใจ ดังนั้นถ้าฟันที่เพาะเลี้ยงไม่สามารถงอกขึ้นมาใหม่ได้ หมอฟันก็สามารถเอาออกและทำการปลูกถ่ายใหม่ได้ทันที ไม่มีอันตรายเหมือน การปลูกถ่ายตับที่ประสบความล้มเหลว นอกจากนี้การปลูกถ่ายยังเป็นศัลยกรรม ที่ไม่ซับซ้อน เพียงผ่าเปิดไปยังบริเวณที่จะปลูกฟันเท่านั้น อีกประการ ที่เป็น เหตุผลในการดึงดูดให้เกิดงานวิจัยทางด้านนี้คือ ความรักสวยรักงามที่เป็น ธรรมชาติของมนุษย์ ซึ่งทำให้แน่ใจได้ว่าจะมีแหล่งเงินทุนจากบริษัทใหญ่ ๆ ให้การสนับสนุนงานวิจัยด้านนี้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งอาจทำให้ในอีก 10 ปีข้างหน้า หมอฟันจะสามารถทำการปลูกให้ฟันงอกขึ้นมาในตำแหน่งที่ต้องการได้ โดยใช้เพียงเซลล์ของคนไข้ที่ผ่านการทำวิศวกรรมเนื้อเยื่อมาแล้ว

        มีหลายเหตุผลที่สนับสนุนถึงความเป็นไปได้ในการเพาะเลี้ยงฟัน สัตว์มี กระดูกสันหลังชั้นต่ำหลายชนิดสามารถสร้างฟันใหม่ขึ้นมาได้เองเรื่อย ๆ ฉลาม บางสายพันธ์สามารถสร้างฟันชุดใหม่ขึ้นมาได้ถึง 2-3 พันซี่ในช่วงชีวิตของมัน แม้สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะสูญเสียความสามารถนี้ไป แต่ยังมีโรคที่ผ่านการ สืบทอดทางพันธุกรรมบางอย่าง ที่ทำให้บางคนมีฟันพิเศษ งอกเพิ่มขึ้นมาจาก จำนวนปกติ และการที่กระดูกซึ่งประกอบด้วยโครงสร้างพื้นฐานเช่นเดียวกับฟัน สามารถถูกสร้างขึ้นมาใหม่และสมานได้เองหลังจากแตกหัก เหตุใดฟันจะไม่ สามารถสร้างขึ้นใหม่ได้ในทำนองเดียวกันกับกระดูก? จากองค์ประกอบของฟัน จะเห็นว่าฟันประกอบขึ้นด้วยเนื้อเยื่อต่าง ๆ กันหลายชนิด รวมทั้งเดนทีนและ ชั้นบางๆ ของอีนาเมลซึ่งเป็นสารที่แข็งที่สุดในร่างกาย กระบวนการสร้างฟัน ถูกกำหนดโดยการรับส่งสัญญาณระหว่างเซลล์เยื่อบุผิว (epithelial) ของเหงือกและ เซลล์มีเซนไคมัล (mesenchymal cells) ที่อยู่ข้างใต้ มีเซนไคมัลเซลล์จะให้ โอดอนโทบลาสท์ (odontoblasts) ซึ่งเป็นเซลล์ที่สร้างเดนทีน (dentine-producing cells) ส่วนเซลล์เยื่อบุผิวจะกลายเป็นอะมีโลบลาสท์ (ameloblasts) ซึ่งเป็นเซลล์ที่ สร้างอีนาเมล (enamel-producing cells) ข้างในฟันจะมีโพรงเล็ก ๆ ซึ่งเป็นที่อยู่ของ ประสาทฟัน (pulp chamber) ซึ่งมีเส้นประสาทและเส้นเลือดจากเหงือกมาหล่อเลี้ยง ส่วนของรากฟันจะถูกยึดอย่างแข็งแรงด้วยชั้นบาง ๆ ของสารคล้ายกระดูก ที่เรียกว่าซีเมนตัม (cementum) และเส้นใยขนาดเล็กจำนวนนับพันที่เรียกว่า periodontal ligament ซึ่งจะทำการยึดฟันให้ติดกับกราม การเจริญของเนื้อเยื่อ เหล่านี้เป็นไปอย่างมีแบบแผน สอดคล้องและประสานกันตามลำดับสัญญาณ เคมีที่ซับซ้อน ซึ่งถ้าฟันงอกขึ้นมาใหม่จะต้องมีการทำเลียนแบบสัญญาณเหล่านี้ จะเห็นว่าการสร้างฟันให้สำเร็จได้นั้น จะต้องผ่านกระบวนการที่ละเอียด และซับซ้อน ถึงแม้จะมีความเป็นไปได้แต่ก็ต้องใช้ระยะเวลานานพอสมควร ซึ่งความเป็นไปได้ที่จะเพาะเลี้ยงฟันมีน้ำหนักเพิ่มขึ้นเมื่อมีการพบ stem cells ในฟัน stem cells เป็นเซลล์ที่สามารถพัฒนาไปเป็นเนื้อเยื่อต่าง ๆ ได้หลายชนิด ซึ่งครั้งหนึ่งเคยถูกคิดว่ามีอยู่เฉพาะในตัวอ่อนเท่านั้น ที่จริงแล้ว stem cells ยังคงพบอยู่ได้ในเนื้อเยื่อหลายชนิดแม้จะโตเป็นผู้ใหญ่แล้ว ซึ่งถ้าเพียงแต่รู้ วิธีการแยกออกมา และจัดการเพื่อเปลี่ยนเซลล์นี้ไปเป็นเนื้อเยื่อต่าง ๆ ได้ตาม ต้องการ เราก็จะสามารถสร้างอวัยวะต่าง ๆ ได้

 

เรื่องของกระจกนิรภัย

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

 

กระจกนิรภัยหลายชั้นแตกต่างจากกระจกนิรภัยเทมเปอร์อย่างไร
กระจกนิรภัยหลายชั้นหรือกระจกลามิเนต ชื่อก็บ่งบอกแล้วว่าเป็นกระจกนิรภัยที่มีชั้นกระจกมากกว่า 1 ชั้น ซึ่งอาจจะเป็น 2 ชั้น 3 ชั้นหรือมากกว่า ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ในการใช้งาน กระจกนิรภัยหลายชั้นมีลักษณะการแตกที่ไม่เหมือนกับกระจกนิรภัยเทมเปอร์ ขณะที่กระจกนิรภัยเทมเปอร์แตกเป็นเกล็ดเล็ก ๆ ไม่มีคม กระจกนิรภัยหลายชั้นจะแตกในลักษณะที่เป็นรอยร้าวคล้ายใยแมงมุม เศษกระจกไม่ค่อยร่วงหรือหลุดออกมาเนื่องจากถูกยึดติดกับแผ่นฟิล์มพลาสติกที่คั่นระหว่างแผ่นกระจก
กระจกนิรภัยหลายชั้นผลิตจากกระจกตั้งแต่ 2 แผ่นขึ้นไปนำมาประกบติดกันด้วยพลาสติกโพลีไวนิลบิวทีรอล (polyvinyl butyral-PVB) ที่หนาเพียง 0.76 มิลลิเมตรเท่านั้น แต่พีวีบีมีสมบัติในเรื่องความเหนียวและเป็นกาวที่แข็งแรง ทำหน้าที่ยึดแผ่นกระจกทั้งสองเข้าไว้ด้วยกัน ดังนั้นเวลากระจกแตกเศษจึงแทบไม่หลุดหรือหลุดออกมาเพียงเล็กน้อยเท่านั้น กระจกนิรภัยชนิดนี้ให้ความปลอดภัยสูง จึงนิยมใช้เป็นกระจกบังลมหน้ารถยนต์ขนาดใหญ่ เช่น รถโดยสารประจำทาง หลังคากระจก นอกจากนี้ยังสามารถนำเทคนิคการยึดติดกระจกด้วยฟิล์มพีวีบีมาใช้ผลิตกระจกกันกระสุนด้วย โดยการเพิ่มจำนวนชั้นของกระจกและเพิ่มความหนาของชั้นฟิล์มพีวีบีให้มากขึ้น

 

หมายเหตุ กระจกนิรภัยหลายชั้นสามารถใช้หรือไม่ใช้กระจกนิรภัยเทมเปอร์ในการผลิตก็ได้

เพิ่มขีดความสามารถการออกแบบผลิตภัณฑ์พลาสติกด้วย FEM
 
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

กระบวนการออกแบบผลิตภัณฑ์ โดยทั่วไปจะเริ่มจาก ขั้นตอนการออกแบบ ผลิตภัณฑ์ ให้ได้ตามความต้องการของลูกค้า หรือผู้ใช้ผลิตภัณฑ์ เช่น มีรูปทรงที่สวยงามและเหมาะสม กับการใช้งาน มีความแข็งแรงเพียงพอ ต่อการรับภาระแรงขณะใช้งานได้ หรือ ใช้เนื้อวัสดุที่น้อย เป็นต้น ในขั้นตอนนี้ผู้ออกแบบ จะใช้ประสบการณ์ วิจารณญาณส่วนตัว และผลการ คำนวณเบื้องต้น เพื่อร่วมในการตัดสินใจ ออกแบบรูปร่างผลิตภัณฑ์ จากนั้นจึงสร้างแม่พิมพ์ ตามรูปร่างที่ได้ออกแบบไว้ และนำแม่พิมพ์ ไปผลิตต้นแบบ (prototype) เพื่อนำไปทดสอบการรับภาระแรง ให้เหมือนกับ การใช้งานจริงต่อไป ขั้นตอนดังกล่าวทั้งหมด ถือได้ว่าเป็น 1 รอบ (cycle) ของกระบวนการออกแบบ ดังแสดงในรูป (1ก) หากผลิตภัณฑ์ดังกล่าว เกิดการเสียหายภายหลัง จากทำการทดสอบ ผู้ออกแบบก็ต้องกลับมาทำการ แก้ไขรูปร่างของผลิตภัณฑ์ใหม่ เพื่อให้มีความแข็งแรงมากขึ้น แล้วจึงดัดแปลง แม่พิมพ์ ให้สอดคล้องกับรูปร่างใหม่ที่ได้ จากนั้นจึงผลิตต้นแบบใหม่ และทำการทดสอบอีกครั้ง ทำให้รอบการออกแบบเพิ่มขึ้นอีก 1 รอบ ซึ่งกว่าจะได้ ผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่าง ที่เหมาะสม สามารถรับแรงในขณะใช้งานจริงได้ ก็อาจจะ ต้องเพิ่มรอบการออกแบบ อีกหลายรอบ ทำให้เกิดการสูญเสียทั้งเวลาและต้นทุน ที่ต้องใช้ไปอย่างมาก ในปัจจุบัน ได้มีการเพิ่มขีดความสามารถ ด้านการ ออกแบบ เพื่อช่วยลดจำนวนรอบของการออกแบบผลิตภัณฑ์ ด้วยการใช้ เทคโนโลยีการคำนวณขั้นสูง ที่เรียกว่า ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element Method, FEM) มาร่วมในกระบวนการออกแบบให้มีประสิทธิภาพ มากยิ่งขึ้น
 
 
 
รูปที่ 1 แสดงขั้นตอนการออกแบบผลิตภัณฑ์โดยทั่วไปเปรียบเทียบกับการประยุกต์ใช้ซอฟแวร์ FEM

FEM เป็นเทคโนโลยีการคำนวณขั้นสูง ที่ทำการแก้สมการทดแทนความเป็นจริง ของปัญหาในแต่ละด้านที่เราสนใจ เช่น ผลิตภัณฑ์พลาสติก ขณะใช้งานจะคำนึงถึงความแข็งแรง ของผลิตภัณฑ์ว่าจะเกิดการเสียหาย ขณะรับแรงหรือไม่ ลักษณะปัญหาเช่นนี้ ถือว่าเป็นปัญหา ด้านกลศาสตร์ของแข็ง (solid mechanics) หรือหากคำนึงถึงผลการฉีดพลาสติกในแม่พิมพ์ โดยทั่วไป จะพิจารณาเส้นทางการไหล อุณหภูมิและการแข็งตัวของพลาสติก ว่าจะมีผลทำให้พลาสติกเหลวไหลไม่เต็มแม่พิมพ์หรือไม่ ลักษณะปัญหาเช่นนี้ ถือว่าเป็นปัญหาในด้านกลศาสตร์ของไหล (fluid mechanics) เป็นต้น การคำนวณที่ซับซ้อนเหล่านี้ ได้ถูกนำมาเขียนเป็นโปรแกรมการคำนวณ ฝังตัวอยู่ภายในซอฟแวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ที่มีจำหน่ายทั่วไป ซึ่งในปัจจุบัน ได้มีการพัฒนารูปแบบการใช้ ให้สามารถใช้งานได้สะดวกและรวดเร็วมากขึ้น


การประยุกต์ FEM เข้ากับการออกแบบผลิตภัณฑ์ จะช่วยให้ผู้ออกแบบไม่ต้องสร้างแม่พิมพ์ขึ้นมาก่อน กล่าวคือ ภายหลังจากที่ผู้ออกแบบ ได้ออกแบบรูปร่างของผลิตภัณฑ์ตามที่ต้องการแล้ว จะใช้ระเบียบวิธีนี้ช่วยวิเคราะห์หาความเค้นที่เกิดขึ้นของโครงสร้างขณะรับแรงจริง ดังแสดงในรูป (1ข) เปรียบเสมือนกับ เป็นการจำลองการทดสอบ หรือการใช้งานจริงของผลิตภัณฑ์ ตามรูปแบบที่ได้ออกแบบ ไว้บนเครื่องคอมพิวเตอร์ (PC) ดังเช่นในรูปที่ 2 แสดงการกระจายค่าความเค้น ของแกลลอนน้ำมันเครื่องที่เสียรูปไป ภายหลังจาก ที่รับน้ำหนักของแกลลอนน้ำมันเครื่องอื่น ๆ ที่วางซ้อนขึ้นไปอีก 9 ชั้น ผลการวิเคราะห์ ทำให้ทราบถึงพฤติกรรม การเสียรูปและ ความเค้นสูงสุดบริเวณรับ load ซึ่งจะมีค่าสูงเกินกว่าที่เนื้อพลาสติกจะทนได้ ทำให้เกิดการยุบตัวอย่างถาวรตามรูปที่ 2 ในกรณีนี้ ผู้ออกแบบจะเห็นผลที่เกิดขึ้นบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ และสามารถหาวิธีแก้ปัญหาได้อย่างรวดเร็ว เช่น เพิ่มความหนาของ ถังน้ำมันเครื่องและทำการวิเคราะห์หาค่าความเค้นใหม่ด้วยการใช้โปรแกรมการคำนวณเดิม ทำเช่นนี้เรื่อยไป จนได้ความหนา ที่จะไม่เกิดการยุบตัวอย่างถาวร เป็นต้น เมื่อผู้ออกแบบมีความมั่นใจในรูปร่างของผลิตภัณฑ์ที่ได้แก้ไขไปแล้ว จึงสร้างแม่พิมพ์ และต้นแบบ ตามรูปร่างใหม่นี้ จากนั้นนำต้นแบบที่ได้มาทดสอบจริงต่อไป ในบางผลิตภัณฑ์อาจจะต้องมีการทดสอบอื่น ๆ เพิ่มเติม เช่น การทดสอบความเสียหายของผลิตภัณฑ์ภายหลังจากตกจากความสูงระดับหนึ่งลงมากระทบกับพื้น ดังเช่นในรูปที่ 3 แสดงการ กระจายความเค้น และการเสียรูปของขวดน้ำพลาสติก ภายหลังตกจากที่สูงลงมากระทบกับพื้น เป็นต้น

จากรายละเอียดดังกล่าวข้างต้น จะเห็นได้ว่า FEM สามารถช่วยลดจำนวนรอบของการออกแบบ ส่งผลให้ลดเวลา และต้นทุน ในการออกแบบผลิตภัณฑ์ได้อย่างมาก ซึ่งการใช้ซอฟแวร์ FEM นั้นไม่มีความยุ่งยากมากนัก เพียงผู้ออกแบบจะต้องเข้าใจ ความรู้ ที่นำมาเขียนเป็นโปรแกรมและใช้อยู่ในตัวซอฟแวร์อย่างแท้จริง และทราบถึงวิธีการนำความรู้ดังกล่าวมาประยุกต์ใช้ได้อย่างถูกต้อง ซึ่งหากได้รับการแนะนำที่ถูกต้อง จะทำให้ผู้ออกแบบเกิดความเข้าใจในขณะใช้ซอฟแวร์ และมีความมั่นใจในคำตอบที่ได้ ซึ่งจะนำไปสู่การเพิ่มขีดความสามารถด้านการออกแบบผลิตภัณฑ์ของตัวผู้ออกแบบเองต่อไป
 

 
โพลิเมอร์จำรูป

โพลิเมอร์จำรูป เป็นพลาสติกพิเศษที่สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างตอบสนองต่ออุณหภูมิ อาจมีหนทางนำไปใช้ประโยชน์ได้ในแหล่งที่มีสภาพอากาศแตกต่างกัน ตั้งแต่ระดับอบอุ่นและชื้นของสภาพเลือดมนุษย์ไปจนถึงเย็น ชื้นแฉะ และลมแรงของสภาพบนยอดเขา พลาสติกเหล่านี้มีความจำที่ทำให้มันสามารถถูกเปลี่ยนไปอยู่ในรูปลักษณะหนึ่งเป็นการชั่วคราว แล้วเปลี่ยนกลับสู่รูปลักษณะเดิมได้ เมื่อได้รับความร้อน

 
 
    Shirnk-wrap เป็นตัวอย่างหนึ่งที่คุ้นเคยกันดีของโพลิเมอร์จำรูป
 

 กลางทศวรรษที่ 80 นักวัสดุศาสตร์ นักเคมี และวิศวกรได้มุ่งมั่นที่จะพัฒนาโพลิเมอร์จำรูปให้เป็นวัสดุฉลาด (smart material) ซึ่งเป็นวัสดุที่จะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมได้ตมต้องการ วัสดุที่มีสมบัติจำรูปนี้ไม่ใช่ของใหม่ ในช่วงทศวรรษที่ 30 มีการค้นพบเช่นกันว่า สารประกอบพวกโลหะก็สามารถแสดงสมบัติจำรูปได้ พวกโลหะผสม เช่น นิกเกิล-ไทเทเนียม ได้ถูกนำมาใช้เป็นแอคชูเอเตอร์ และอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น ลวดดัดฟัน และวัสดุฝังในหลอดเลือด ฯลฯ

ที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่าอุณหภูมิทรานซิชัน โลหะจำรูปเหล่านี้จะสามารถดัดงอให้เป็นรูปต่าง ๆ ได้ และจะกลับคืนสู่รูปเดิม เมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิทรานซิชัน แม้ว่าโลหะจำรูปจะถูกนำไปใช้งานด้านต่าง ๆ อย่างหลากหลาย แต่มีข้อเสียบางประการทั้งในเรื่องราคาที่ค่อนข้างแพง ความจำกัดในการเปลี่ยนรูปที่ทำได้สูงสุดเพียงแค่ร้อยละ 8 กระบวนการใช้เวลามากและใช้อุณหภูมิสูง นอกจากนี้ตัววัสดุไม่สามารถสลายได้ทางชีวภาพ

 ในทางตรงกันข้าม โพลิเมอร์จำรูปมีความสามารถปรับเปลี่ยนรูปได้สูงกว่าการขึ้นรูปเป็นแบบต่าง ๆ ทำได้ง่าย มีการคงรูปดี และยังสามารถปรับเปลี่ยนอุณหภูมิทรานซิชัน และสมบัติทางเชิงกลได้ในช่วงกว้าง เพียงแค่ปรับเปลี่ยนโครงสร้างหรือองค์ประกอบทางเคมีเพียงเล็กน้อย

        สมบัติการจำรูปของโพลิเมอร์เป็นผลเนื่องมาจากโครงสร้างของมัน ที่ต้องมีลักษณะ 2 ประการ คือ ต้องมีส่วนของโพลิเมอร์ที่มีอุณหภูมิทรานซิชันอยู่ในช่วงที่สนใจและมีโครงสร้างเชื่อมโยงของโมเลกุล เพื่อทำให้มันมีรูปร่างถาวรคงรูปอยู่ได้ โพลิเมอร์จำรูปอาจเป็นได้ทั้งเทอร์โมพลาสติกอิลาสโตเมอร์ (ซึ่งจะอ่อนนุ่ม เมื่อได้รับความร้อน และแข็งตัวเมื่อเย็นลง) หรือเทอร์โมเซ็ต (ซึ่งจะแข็งตัวหลังจากได้รับความร้อน และเมื่อเย็นตัวลงจะไม่สามารถหลอมละลายได้อีก) ขึ้นอยู่กับชนิดของการเชื่อมโยงของโมเลกุล

   โพลิเมอร์จำรูปที่สลายตัวได้ตามชีวภาพน่าจะใช้เป็นวัสดุฝังที่ดี วัสดุฝังที่แต่เดิมมีขนาดใหญ่ จะถูกเปลี่ยนเป็นขนาดเล็กได้ ซึ่งสามารถฝังลงในตำแหน่งที่ต้องการ โดยใช้ท่อนำส่ง หลังจากนั้นวัสดุจึงค่อยขยายตัวในรูปลักษณะที่ต้องการ วัสดุนี้จะสลายตัวภายในช่วงเวลาที่กำหนด ทำให้ไม่มีความจำเป็นต้องทำการผ่าตัดซ้ำสอง

 ในกรณีของ stent ซึ่งเป็นวัสดุฝังในหลอดเลือด ทำหน้าที่ขยายหลอดเลือดที่ตีบตัน เพื่อเปิดทางไหลของเลือด การสลายตัวของวัสดุจะทำให้เนื่อเยื่อกลับคืนสู่สภาพเดิมได้เต็มที่

ความสามารถในการจำรูปของโพลิเมอร์พัฒนามาจากบล็อคโคโพลิเมอร์แบบเส้นตรง ซึ่งเกิดจากส่วนของโพลิเมอร์คนละชนิดมาต่อเชื่อมกันแบบเส้นตรง ทีมวิจัยจากญี่ปุ่นได้สังเคราะห์ส่วนของโพลิยูริเธน ซึ่งประกอบด้วยส่วนที่มีความแข็ง โดยจะเป็นจุดที่เกิดการเชื่อมโยงโมเลกุลทางกายภาพ และส่วนที่มีสมบัติอ่อนนุ่มยืดหยุ่นได้ ซึ่งเป้นส่วนที่ทำหน้าที่จำรูป

อุณหภูมิทรานซิชันของโพลิยูริเธนจะสามารถปรับได้ตั้งแต่ -30 ถึง70 องศาเซลเซียส แม้ว่าตัววัสดุจะง่ายในการขึ้นรูป มีสมบัติทางเคมีที่ดี มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ราคาค่อนข้างถูก และสามารถกลับคืนสู่รูปร่างเดิมได้ถึง 400% แต่มีข้อด้อยอย่างหนึ่งคือ มีค่าแรงคืนตัวต่ำ การนำไปใช้จึงจำกัดเฉพาะสถานการณ์ที่วัสดุเหล่านี้ เมื่อคืนตัวไม่จำเป็นต้องใช้แรงมาก เพื่อดันสิ่งกีดขวาง

 

เทอร์โมมิเตอร์แบบกระเปาะแก้ว

ยสวัฒน์ วงศ์รัตนาสถิตย์
ศูนย์เครื่องมือวิทยาศาสตร์
ฝ่ายประกันคุณภาพ

Liquid in Glass Thermometer หรือที่ทุกคนคุ้นเคยกันในชื่อ เทอร์โมมิเตอร์แบบกระเปาะแก้ว
ที่มีใช้งานกันอยู่ทั่วไปนั้นมีเป็นจำนวนมาก ดังนั้นจึงจำเป็นที่จะต้องทำความเข้าใจถึงการใช้งานอย่างถูกต้อง
ให้ตรงตามข้อกำหนดของเทอร์โมมิเตอร์ชนิดนั้น ๆ ก่อนอื่นเรามาทำความรู้จักกับส่วนประกอบของ
เทอร์โมมิเตอร์กันก่อนดังนี้

ส่วนประกอบที่สำคัญของเทอร์โมมิเตอร์แบบกระเปาะแก้ว

1. Bulb คือ ส่วนกระเปาะแก้วที่ภายในบรรจุของเหลวที่มีความไว ต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

2. Stem คือ ก้านแท่งแก้ว ภายในเป็นท่อเล็ก ๆ (Capillary) ให้ของเหลวขยายตัววิ่งเข้าไปเมื่อได้รับอุณหภูมิ

3. Scale คือ ขีดแสดงอุณหภูมิที่ติดอยู่บน Stem บอกค่าอุณหภูมิ โดยดูจากระดับของเหลวใน Capillary

4. Contraction Chamber เป็นส่วนขยายกว้างใน Capillary มีไว้ป้องกันไม่ให้ของเหลวหดตัวเข้าไป
ในกระเปาะเมื่อวัดอุณหภูมิต่ำเกินไป (บางตัวไม่มี)

5. Expansion Chamber เป็นส่วนขยายกว้างใน Capillary ด้านบนสุดของเทอร์โมมิเตอร์ มีไว้ป้องกัน
ไม่ให้เทอร์โมมิเตอร์แตก เมื่อวัดอุณหภูมิสูงเกินไป

6. Immersion Ring มีเฉพาะเทอร์โมมิเตอร์แบบ Partial Immersion Thermometer เป็นขีดบอกเพื่อให้
จุ่มเทอร์โมมิเตอร์จนผิวของเหลวอยู่ที่ขีดนี้ เพื่อวัดอุณหภูมิของของเหลว

ของเหลวที่ใส่ในเทอร์โมมิเตอร์ชนิดนี้มักเป็นปรอท แต่ยังมีของเหลวชนิดอื่นที่ใช้ เช่น แอลกอฮอล์ โทลูอีน
เพนเทน เป็นต้น

การทำงานของ Liquid in Glass Thermometer ใช้การขยายตัวของของเหลวที่ใช้บรรจุ ซึ่งขยายตัวมากกว่า
แท่งแก้วที่เป็น Body ความสูงของของเหลวใน Capillary จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

เทอร์โมมิเตอร์ที่ผลิตเพื่อใช้งาน จะมีด้วยกัน 3 แบบ คือ

1. Partial Immersion Thermometer เทอร์โมมิเตอร์ชนิดนี้ถูกออกแบบไว้เพื่อให้ใช้วัดอุณหภูมิของของเหลว
ในการจุ่มเทอร์โมมิเตอร์ชนิดนี้เพื่อวัดอุณหภูมิ ต้องจุ่มเทอร์โมมิเตอร์ลงในของเหลวจนระดับผิวของของเหลว
ถึงขีด Immersion Ring เทอร์โมมิเตอร์ชนิดนี้เป็นแบบที่มี Accuracy น้อยที่สุด เพราะอุณหภูมิของ Stem
ส่วนที่อยู่บนอากาศส่งผลกระทบต่อการวัด ดังนั้นจึงต้องควบคุมอุณหภูมิ ภายในห้อง หรือสถานที่ที่ทำการวัดด้วย
(Accuracy บอกค่าความผิดพลาดจากค่าจริง)

2. Total Immersion Thermometer เป็นเทอร์โมมิเตอร์ที่ออกแบบไว้ให้ใช้วัดอุณหภูมิของของเหลว โดย
ความลึกของตัวเทอร์โมมิเตอร์ที่จุ่มในของเหลวนั้นจะต้องอยู่ที่หรือ ระดับของผิวของเหลวที่ระดับของเหลวใน
Capillary ชี้ บอกค่าอุณหภูมิ ในขณะใช้งานนั้น ๆ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นที่จะต้องควบคุมอุณหภูมิห้องหรือสถานที่
ที่ทำการวัด

3. Complete Immersion Thermometer เทอร์โมมิเตอร์แบบนี้ ในการใช้งานต้องจุ่มตัวเทอร์โมมิเตอร์
ให้จมหมดทั้งตัว ซึ่งตัวทำอุณหภูมิต้องเป็นกระจก ในกรณีที่ใช้หม้อต้ม และเทอร์โมมิเตอร์แบบนี้สามารถใช้วัด
อุณหภูมิของอากาศได้ เพราะถือว่าเทอร์โมมิเตอร์นี้จุ่มทั้งตัวอยู่ในอากาศ เช่น เทอร์โมมิเตอร์แบบ Max-Min

จากที่กล่าวมาทั้งหมดนี้เกี่ยวกับเทอร์โมมิเตอร์แบบกระเปาะแก้ว เราสามารถทราบชนิดของเทอร์โมมิเตอร์
นั้นๆ ได้จาก Specification of Thermometer ก็หวังว่าจะบังเกิดประโยชน์แก่ผู้อ่านและผู้ที่ต้องใช้งานโดยตรง
เพื่อให้มีความถูกต้องมากที่สุดในการวัดอุณหภูมิ


วุ้นเส้นจากถั่วเขียว

กุ้งอบวุ้นเส้น

          ถั่วเขียว เป็นพืชที่มักมีแมลงศัตรูพืชเข้าทำลายทำให้เก็บรักษาในรูปของเมล็ดได้ไม่นาน การแปรรูปถั่วเขียวให้เป็นวิธีการหนึ่ง ที่ช่วยแปรรูปผลผลิตให้เป็นผลิตภัณฑ์หรือสินค้าสำเร็จรูปที่สามารถเก็บรักษาไว้ได้นาน จำหน่ายได้ในราคาสูงกว่าเมล็ดถั่วเขียวหลายเท่าตัวและยังไม่เสียคุณค่าทางอาหาร ในปัจจุบัน วุ้นเส้นจากถั่วเขียวนอกจากใช้จำหน่ายเพื่อบริโภคภายในประเทศแล้วยังสามารถส่งเป็นสินค้าส่งออก ทำรายได้ให้แก่ประเทศไทยปีละหลายร้อยล้านบาท ศูนย์วิจัยพืชไร่ชัยนาทได้รับเครื่องมือและอุปกรณ์ในการผลิตวุ้นเส้นระดับหมู่บ้านจากกลุ่มงานวิจัยวิศวกรรมหลังการเก็บเกี่ยว จำนวน 1 ชุดเพื่อนำมาใช้ในงานวิจัยการแปรรูปถั่วเขียวพันธุ์ต่าง ๆ เป็นวุ้นเส้น ในการนี้ เครื่องมือและอุปกรณ์ในการผลิตวุ้นเส้นชุดนี้นอกจากใช้ในงานวิจัยแล้ว ยังนำมาใช้ในการสาธิตและฝึกอบรมการผลิตแป้งเพื่อใช้ทำวุ้นเส้น และผลิตบุคคลที่สนใจทั่วไปให้สามารถนำไปแปรรูปเองเพื่อบริโภคในครัวเรือน หรือนำไปประกอบเป็นอาชีพเสริมรายได้ หรืออาชีพหลักต่อไป สำหรับขั้นตอนกรรมวิธีการผลิต และเครื่องมือที่ใช้ พอสรุปได้ดังนี้

ขั้นตอนการผลิต  ประกอบด้วย 2 ขั้นตอน คือ
          1. การทำแป้ง ประกอบด้วยเครื่องมือและอุปกรณ์สำคัญ คือ เครื่องโม่/บด และกรองแยกกากถั่วเขียว ประสิทธิภาพการทำงานได้ชั่วโมงละ 25 กิโลกรัม/ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ขนาด 3 แรงม้า ที่ความเร็วรอบ 700 และ 260 รอบต่อนาที ตามลำดับ
          2. การทำเส้น ประกอบด้วยเครื่องมือและอุปกรณ์สำคัญ คือ
                    
- เครื่องนวดผสมแป้ง นวดแป้งได้ครั้งละ 3-7 กิโลกรัม ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ขนาด 1 แรงม้า ความเร็วรอบ 210 รอบต่อนาที
                    - เตาและอุปกรณ์โรยเส้น เตาเป็นแบบปิดโดยรอบมีปล่องสูง ใช้วัสดุเหลือใช้จากการเกษตรเป็นเชื้อเพลิง เช่น ฟืน ถ่านไม้ ซังข้าวโพด กะลามะพร้าวแถลบ เป็นต้น หรือใช้เตาแก็ส ส่วนอุปกรณ์โรยเส้น ได้แก่ กระทะ กระป๋อง สแตนเลสเจาะรูที่ก้นขนาด 8-9 มม. จำนวน 15 รู
                    เครื่องมือชุดนี้สามารถปฏิบัติงานได้เต็มที่ โดยใช้ถั่วเขียวซีกวันละ 200 กิโลกรัมต่อวัน (โดยจะได้แป้งแห้ง โดยจะได้แป้งแห้ง 60 กิโลกรัม และวุ่นเส้นแห้ง 50 กิโลกรัม

ต้นทุนการผลิตวุ้นเส้น : 
          
ต้นทุนคงที่ได้แก่ เครื่องมือและอุปกรณ์การผลิตแป้งและวุ้นเส้น
          ต้นทุนผันแปรขึ้นกับราคาถั่วเขียว ค่าแรงงาน เชื้อเพลิง น้ำ ไฟฟ้า ภาชนะต่าง ๆ และค่าบำรุงรักษา เครื่องมือและอุปกรณ์

กรรมวิธีการผลิตแป้งถั่วเขียว
          
1. นำเมล็ดถั่วเขียวที่ทำความสะอาดแล้วมากะเทาะให้แตกเป็น 2 ซีก โดยใช้ส่วนของเครื่องโม่/บด ปรับแต่งชุดลูกหินกะเทาะให้ห่างพอเหมาะที่จะกะเทาะถั่วเขียวให้แตกเป็นสองซีกได้ หลังจากได้ถั่วซีกให้นำมาฝัดสิ่งเจือปนขนาดเล็กออก เพราะสิ่งเจือปนเหล่านี้ถ้าบดไปพร้อมกันกับเมล็ดถั่วเขียวแล้วจะแยกออกจากกันได้ยาก บางส่วนจะตกตะกอนรวมแป้ง และเห็นได้ชัดเมื่อผลิตออกมาเป็นวุ้นเส้นแล้ว
          2. ใช้ถั่วซีกครั้งละ 10 กิโลกรัม แช่น้ำ 3 เท่า หรือใช้น้ำประมาณ 30 กิโลกรัม นานประมาณ 1-2 ชั่วโมงพอให้เมล็ดถั่วซีกนิ่มและแยกเปลือกออกได้ง่าย
          3. นำถั่วซีกที่ล้างแล้วไปบดในเครื่องโม่/บด และกรองแยกกาก โดยขณะบดต้องผสมน้ำลงไปกับถั่วซีกด้วยเพราะแป้งถั่วเขียวมีคุณสมบัติในการละลายน้ำ และตกตะกอนได้ง่าย ดังนั้นการผสมน้ำให้มากจะมีส่วนช่วยชะล้างแป้งและโปรตีนออกมาได้มากด้วย
          4. ถั่วซีกที่ถูกบดจนละเอียดจะไหลผ่านลงมาในส่วนของเครื่องกรองแยกกาก และถูกแยกออกเป็น 2 ส่วนคือ ส่วนที่เป็นโปรตีนและแป้งจะไหลผ่านตะแกรงขนาด 200 เมช ลงในภาชนะเดียวกัน ขณะที่ส่วนของกากถั่วเขียวจะถูกอัดและส่งผ่านออกไปจากเครื่องกรองแยกกากหรืออาจใช้ผ้าขาวบางกรองแยกกากถั่วเขียวออกจากโปรตีนและแป้งแทนเครื่องกรองแยกกากได้
          5. กากถั่วเขียวที่ได้ครั้งแรกอาจนำมาผสมน้ำแล้วโม่กรองแยกกากอีก 1 ครั้ง เพื่อแยกแป้งที่ตกค้างในกากถั่วเขียวออกให้หมด
          6. การตกตะกอนแป้ง โดยการตั้งน้ำโปรตีนและแป้งที่กรองแยกกากออกหมดแล้ว ทิ้งไว้ประมาณ 1 ชั่วโมง แล้วเทน้ำสีเขียวส่วนบนทิ้งซึ่งน้ำสีเขียวนี้เป็นน้ำที่มีโปรตีนละลายอยู่สามารถนำไปตกตะตอนโปรตีนใช้เป็นอาหารสัตว์หรือใช้ผลิตซีอิ้วได้ การตกตะกอนแป้งจะต้องไม่นานเกินไปเพราะจะทำให้โปรตีนตกตะกอนด้วย หลังจากนั้นล้างแป้งด้วยน้ำสะอาด โดยกวนแป้งในน้ำแล้วทิ้งให้แป้งเป็นสีขาวน้ำที่ใช้ตกตะกอน ประมาณ 3 ครั้ง หรือจนกระทั่งแป้งเป็นสีขาว น้ำที่ใช้ตกตะกอนใส เทน้ำทิ้งไปจะได้แป้งชื้น
          7. นำแป้งชื้นไปตากแดดให้แห้ง ความชื้นประมาณ 8-10 เปอร์เซ็นต์ นำไปใช้ผลิตวุ้นเส้น หรือสามารถเก็บรักษาไว้ได้นาน

กรรมวิธีการผลิตวุ้นเส้นจากแป้งถั่วเขียว มีขั้นตอนดังนี้
          
1. นำแป้งแห้งมาบดให้ละเอียดแล้วร่อนผ่านตะแกรงตาถี่ (ขนาด 60 เมช) แบ่งแป้งออกเป็น 2 ส่วน คือ ส่วนของแป้งดิบและส่วนที่นำไปทำแป้งกาก โดยอัตราส่วนที่ทำวุ้นเส้นได้ดีที่สุด คือ แป้งดิบ 95.5% และแป้งกาก 4.5% ตัวอย่าง เช่น แป้งดิบ 1 กิโลกรัม แบ่งออกเป็น 2 ส่วน ส่วนแรก 995 กรัม พักไว้ อีกส่วนหนึ่ง 45 กรัม ใช้ทำแป้งกากโดยผสมน้ำ 10 เท่า หรือ 450 กรัม ตั้งบนเตาไฟอ่อน ๆ กวนให้น้ำแป้งใสและเหนียว
          2. การนวดแป้ง ถ้านวดครั้งละ 3 กก. ใช้แป้งดิบส่วนแรก (2,865 กรัม) ใส่ลงในเครื่องนวดแป้งแล้วเทแป้งกาก ผ135 กรัม ผสมน้ำ 10 เท่า) ผสมลงไปนวดให้เข้ากันโดยขณะนวดให้เติมน้ำเย็นทีละน้อยจนแป้งที่ได้มีความหนืดพอเหมาะ และเทออกมานวดต่อด้วยมือจนได้ที่ ทดสอบด้วยการหยิบก้อนแป้งขึ้นมาบางสวนแล้วปล่อยให้แป้งไหลลงมาเป็นเส้น แป้งจะไหลเป็นเส้นยาวไม่ขาดออกจากกัน
          3. การโรยเส้น เอาแป้งที่นวดได้ที่แล้วใส่ลงในกระป๋องสแตนเลสที่ใช้โรยเส้น นำไปวางบนที่ยึดเหนือกระทะน้ำร้อน ปาดแป้งที่ค้างบริเวณก้นภาชนะออก แล้วใช้มือตบแป้งจังหวะสม่ำเสมอให้ไหลเป็นเส้นลงในน้ำเดือด เมื่อแป้งสุกจะลอยขึ้นมาจึงสาวเส้นลงแช่ในน้ำเย็นจะได้วุ้นเส้นสดนำไปปรุงอาหารได้
          4. การทำวุ้นเส้นแห้ง ถ้าวุ้นเส้นสดไปตากแดด จะทำให้เส้นแห้งติดกันเป็นแผ่น ดังนั้นจึงต้องนำวุ้นเส้นสดที่ได้ไปผ่านความเย็นก่อนเพื่อให้เส้นแข็งและแยกตัวออกจากกัน โดยนำวุ้นเส้นสดลงในถาดอลูมิเนียม ใส่น้ำให้ท่วมวุ้นเส้นเล็กน้อย แล้ววางลงไว้ในตู้แช่แข็งใส วันรุ่งขึ้นนำถาดวุ้นเส้นมาแช่น้ำเพื่อละลายน้ำแข็งออกจับวุ้นเส้นตากบนราวไม้ หรือเชือกฟางพลาสติกให้แห้งประมาณ 1-2 แดด จะได้วุ้นเส้นแห้ง นำไปบรรจุถุงพลาสติกจำหน่ายต่อไป


 

 

ศัพท์วิทยาศาสตร์ ฉบับราชบัณฑิตสถาน

A  B  D  F  G  H  I  J  K  L  M  N  O  Q  R  S  T  U  V  W  X  Y 

                        ถ                                       อ   

นักวิทยาศาสตร    หน่วย      ศัพท์แผ่นดินไหวตัวอักษรจาก A-M   จาก N-Z

  A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

คำศัพท์คณิตศาสตร์ที่น่าสนใจ

หมวด : | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

    ศัพท์เคมี    ศัพท์คณิตศาสตร์   ศัพท์ฟิสิกส์   

  บทความวิทยาศาสตร์      ศัพท์ชีววิทยา      สื่อการสอนฟิสิกส์      ศัพท์วิทยาศาสตร์

พจนานุกรมเสียง 1   แมว    วัว 1    วัว 2    วัว 3    เหมียว   แกะ     พจนานุกรมภาพการ์ตูน

พจนานุกรมภาพเคลื่อนไหว   ดนตรี  Bullets แบบ JEWEL  พจนานุกรมภาพต่างๆ  ภาพเคลื่อนไหวของสัตว์ต่างๆ  โลกและอวกาศ

อุปกรณ์และเครื่องมือต่างๆ

 

  หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ 

ฟิสิกส์ 1(ภาคกลศาสตร์) 

 ฟิสิกส์ 1 (ความร้อน)

ฟิสิกส์ 2  กลศาสตร์เวกเตอร์
โลหะวิทยาฟิสิกส์ เอกสารคำสอนฟิสิกส์ 1
ฟิสิกส์  2 (บรรยาย) แก้ปัญหาฟิสิกส์ด้วยภาษา c  
ฟิสิกส์พิศวง สอนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
ทดสอบออนไลน์ วีดีโอการเรียนการสอน
หน้าแรกในอดีต แผ่นใสการเรียนการสอน
เอกสารการสอน PDF

สุดยอดสิ่งประดิษฐ์

   การทดลองเสมือน 

บทความพิเศษ  ตารางธาตุ(ไทย1)   2  (Eng)
พจนานุกรมฟิสิกส์ 

 ลับสมองกับปัญหาฟิสิกส์

ธรรมชาติมหัศจรรย์ 

 สูตรพื้นฐานฟิสิกส์

การทดลองมหัศจรรย์  ดาราศาสตร์ราชมงคล

  แบบฝึกหัดกลาง 

แบบฝึกหัดโลหะวิทยา  

 แบบทดสอบ

ความรู้รอบตัวทั่วไป 

 อะไรเอ่ย ?

ทดสอบ(เกมเศรษฐี) 

คดีปริศนา

ข้อสอบเอนทรานซ์ เฉลยกลศาสตร์เวกเตอร์
คำศัพท์ประจำสัปดาห์  

  ความรู้รอบตัว

การประดิษฐ์แของโลก ผู้ได้รับโนเบลสาขาฟิสิกส์
นักวิทยาศาสตร์เทศ นักวิทยาศาสตร์ไทย
ดาราศาสตร์พิศวง  การทำงานของอุปกรณ์ทางฟิสิกส์
การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ  

  การเรียนการสอนฟิสิกส์ 1  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

1. การวัด 2. เวกเตอร์
3.  การเคลื่อนที่แบบหนึ่งมิติ 4.  การเคลื่อนที่บนระนาบ
5.  กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 6. การประยุกต์กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
7.  งานและพลังงาน  8.  การดลและโมเมนตัม
9.  การหมุน   10.  สมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง
11. การเคลื่อนที่แบบคาบ 12. ความยืดหยุ่น
13. กลศาสตร์ของไหล   14. ปริมาณความร้อน และ กลไกการถ่ายโอนความร้อน
15. กฎข้อที่หนึ่งและสองของเทอร์โมไดนามิก  16. คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร
17.  คลื่น 18.การสั่น และคลื่นเสียง

   การเรียนการสอนฟิสิกส์ 2  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต  

1. ไฟฟ้าสถิต 2.  สนามไฟฟ้า
3. ความกว้างของสายฟ้า  4.  ตัวเก็บประจุและการต่อตัวต้านทาน 
5. ศักย์ไฟฟ้า 6. กระแสไฟฟ้า 
7. สนามแม่เหล็ก  8.การเหนี่ยวนำ
9. ไฟฟ้ากระแสสลับ  10. ทรานซิสเตอร์ 
11. สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเสาอากาศ 

12. แสงและการมองเห็น

13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ 14. กลศาสตร์ควอนตัม
15. โครงสร้างของอะตอม 16. นิวเคลียร์ 

   การเรียนการสอนฟิสิกส์ทั่วไป  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

1. จลศาสตร์ ( kinematic)

   2. จลพลศาสตร์ (kinetics) 

3. งานและโมเมนตัม 4. ซิมเปิลฮาร์โมนิก คลื่น และเสียง
5.  ของไหลกับความร้อน 6.ไฟฟ้าสถิตกับกระแสไฟฟ้า 
7. แม่เหล็กไฟฟ้า  8.    คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับแสง
9.  ทฤษฎีสัมพัทธภาพ อะตอม และนิวเคลียร์   

 

กลับเข้าหน้าแรก

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

ภาพประจำสัปดาห์