นาโนเทคโนโลยี  นาโนเทคโนโลยีจากระบบธรรมชาติสู่การสังเคราะห์ นาโนเทคโนโลยีโดยการสังเคราะห์ (5)
 
 
 
          เส้นใยนาโน  เป็นโครงสร้างนาโนของวัสดุสังเคราะห์ที่มีลักษณะเป็นเส้นใยของของแข็งที่อยู่ในกลุ่มของสารอินทรีย์  และมีขนาดเล็กระดับนาโนเมตร  โดยเส้นใยนาโนนี้ต้องเป็นเส้นใยที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ในช่วงระหว่าง 1 - 100 นาโนเมตร (เส้นใยนาโนที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 นาโนเมตรจะประกอบไปด้วยโมเลกุลของธาตุประมาณ 40 โมเลกุล  และประมาณ 20 โมเลกุลนั้นเป็นส่วนที่เป็นพื้นผิวของเส้นใยนาโน)  โดยมากแล้วโครงสร้างวัสดุต่างๆที่อยู่ในลักษณะของเส้นใย  จะเป็นลักษณะของโครงสร้างพื้นฐานที่ ทำให้เกิดโครงสร้างที่มีพื้นที่ผิวที่มีความจำเพาะสูง  คือเป็นพื้นผิวที่ทำปฏิกิริยากับหมู่ฟังก์ชันต่างๆ ได้เป็นอย่างดี   อย่างเช่น เป็นโครงสร้างที่มีความสามารถในการยืดหยุ่นได้ดี มีความแข็งแกร่งและความทนทานที่สูงขึ้น   ซึ่งสามารถที่จะนำมาประยุกต์ใช้งานได้อย่างหลากหลายด้าน
 
ภาพเส้นใยนาโนที่ได้จากเครื่อง SEM ที่ถูกสร้างโดยใช้กระบวนการปั่นด้วยไฟฟ้า
 
          แต่แท้ที่จริงแล้ว วัสดุที่มีลักษณะเป็นเส้นใยระดับนาโนนี้  ก็เป็นหน่วยโครงสร้างพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่ในระบบธรรมชาติอยู่แล้ว ตัวอย่างเช่น เส้นใยโปรตีนซึ่งเป็นส่วนที่ให้โครงร่างแก่เซลล์ (cytoskeleton filament) ที่ประกอบไปด้วยเส้นใยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 30 นาโนเมตร เซลล์แท่ง (rod cell) ที่อยู่ภายในลูกนัยน์ตาที่ใช้เม็ดสีโรดอปซิน (rhodopsin) ในการรับแสงมืดทึบ (โรดอปซินมีขนาดประมาณ 4-6 นาโนเมตร) เป็นต้น (นั่นคือเส้นใยนาโนก็มีอยู่ในระบบธรรมชาติอยู่แล้วเช่นเดียวกัน) และด้วยความสามารถเชิงหน้าที่ภายในเซลล์ทั้งหลายของเส้นใยเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น การเป็นคลังเก็บรักษาพลังงาน เก็บรวบรวมข้อมูล  และกู้ข้อมูล การซ่อมแซมตัวเองภายในเนื้อเยื่อ และประสาทการรับสัมผัสต่างๆ  จึงนำมาสู่การออกแบบเพื่อสังเคราะห์เส้นใยนาโนเพื่อนำมาใช้ในลักษณะเดียวกันด้วย
 
เส้นใยนาโนสังเคราะห์เมื่อเทียบกับเส้นผม ซึ่งเป็นเส้นใยธรรมชาติ
 
          เส้นใยนาโนสังเคราะห์ที่มีการสังเคราะห์ขึ้นมานั้น  โดยมากจะถูกสังเคราะห์เพื่อนำมาใช้งานด้วยคุณสมบัติพิเศษทางด้านการนำไฟฟ้า  และคุณสมบัติเชิงกลของโครงสร้างนี้  เช่น การสังเคราะห์เส้นใยนาโนพอลิเมอร์อิเล็กทรอนิกส์ เพื่อจะนำมาใช้ในการผลิตและสร้างอุปกรณ์ระดับนาโนทางอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ  เช่น  การใช้เป็นตัวนำไฟฟ้า สร้างตัวเก็บประจุ ทรานซิสเตอร์ ไดโอด และนำมาใช้งานทางด้านเทคโนโลยีการเก็บข้อมูล หรือใช้ในระบบการส่งผ่านข้อมูล เช่น  การสร้างหน่วยความจำและชิพสำหรับคอมพิวเตอร์  และการสังเคราะห์เส้นใยวัสดุผสมระดับนาโน เพื่อนำมาใช้เตรียมหน่วยโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการสร้างอุปกรณ์ และโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ที่มีคุณสมบัติพิเศษ  ที่สามารถตอบสนองความต้องการในการใช้งานของมนุษย์ได้ เช่นการนำมาใช้งานทางด้านเทคโนโลยีทางด้านการแปลงรูปพลังานและการกักเก็บพลังงาน เช่น แบตเตอรี่หรือในเซลล์เชื้อเพลิง (fuel cell)   หรือใช้เป็นส่วนผสมในเชิงโครงสร้างสำหรับใช้งานในเทคโนโลยีการบินทั้งในอากาศและในอวกาศ หรือแม้กระทั่งประยุกต์ใช้สำหรับระบบการขนส่งยา และเกี่ยวกับประโยชน์ทางวิศวกรรมเนื้อเยื่อ
 
 
 
          วัสดุผสมระดับนาโน (nanocomposite) เป็นโครงสร้างระดับนาโนที่เป็นวัสดุผสมสังเคราะห์ที่มีเนื้อวัสดุหลายอย่างผสมกัน  (multiphase material) โดยที่มีเนื้อวัสดุหนึ่งใดหรือหลายๆ เนื้อวัสดุเป็นโครงสร้างที่มีมิติของขนาดอยู่ในช่วงระหว่าง 1 - 100 นาโนเมตร  ซึ่งส่วนมากแล้ววัสดุผสมระดับนาโนจะเป็นโครงสร้างที่ประกอบด้วยเนื้อวัสดุจำนวน 2 รูปเป็นอย่างน้อย  และสามารถที่จะจำแนกวัสดุผสมระดับนาโนได้เป็น 3 ประเภท  ได้แก่  (1) วัสดุผสมที่เป็นเนื้อหลายอย่างแยกชั้นกัน (nanolayers composite) เป็นโครงสร้างที่ประกอบขึ้นมาจากเนื้อของวัสดุต่างๆ โดยแบ่งเป็นชั้นๆ   ซึ่งแต่ละชั้นมีขนาดในระดับนาโนเมตร  (2) วัสดุผสมที่เป็นเนื้อหลายอย่างแยกเป็นเส้นใย (nanofilamentary composite) เป็นโครงสร้างที่ประกอบขึ้นมาจากพื้นผิวที่มีการผสมเส้นใยฝังตัวลงไปไว้ภายในโครงสร้าง  โดยเป็นเส้นใยที่มีขนาดในระดับนาโนเมตร  (3) วัสดุผสมที่เป็นเนื้อหลายอย่างแยกอนุภาค (nanoparticulate composite) เป็นโครงสร้างพื้นผิวที่มีการผสมเอาอนุภาคที่มีขนาดระดับนาโนเมตรฝังตัวไว้ภายในโครงสร้างนั้น (คล้ายกับประเภทที่ 2 แต่เป็นอนุภาคนาโนแทนที่จะเป็นเส้นใยนาโน)  และโดยส่วนใหญ่วัสดุผสมระดับนาโนนั้นจะเป็นโครงสร้างแบบพอลิเมอร์ที่ถูกทำให้สร้างพันธะกับชั้นผิวของวัสดุ  เส้นใยนาโน  หรืออนุภาคนาโน   เพื่อปรับปรุงและผลิตเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติเฉพาะที่ดียิ่งขึ้น
 
 
ฟิล์มบางของวัสดุผสมระดับนาโนของธาตุเงินกันซิลิกอนไดออกไซด์ (ภาคตัดขวาง)
 
วัสดุผสมระดับนาโนของแมกนีไทท์
 
         วัสดุระดับนาโนที่ใช้ในการเติมลงไปกับพื้นผิวของโครงสร้าง  เพื่อสังเคราะห์เป็นโครงสร้างวัสดุผสมระดับนาโนนั้นก็มีหลากหลายชนิดแตกต่างกันออกไป แต่ที่มีใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดจะเป็นวัสดุที่เรียกว่าเป็นดินนาโน  หรือบ้างก็เรียกว่าโคลนนาโน (nanoclay) แต่โดยปกติแล้วดิน (ที่อยู่ในสถานะธรรมชาติ) เป็นโครงสร้างที่มีคุณสมบัติที่ชอบน้ำ (hydrophilic) ขณะที่พอลิเมอร์เป็นโครงสร้างที่มีคุณสมบัติที่ไม่ชอบน้ำ (hydrophobic) ดังนั้นการที่จะทำให้ทั้งสองอย่างสามารถทำปฏิกิริยาเข้ากันได้นั้น จะต้องทำให้ดินมีขั้ว (คือทำให้ดินมีคุณสมบัติชอบน้ำนั่นเอง) โดยปรับเปลี่ยนให้อยู่ในสภาพของสารอินทรีย์ เพื่อที่จะให้สามารถทำปฏิกิริยากันและสามารถเชื่อมต่ออย่างพอลิเมอร์ได้
 
พอลิเมอร์วัสดุผสมระดับนาโนที่ได้จากการเติมแผ่นโคลนนาโนของซิลิเกท (silicate nanoclay) ลงไป โดยเติมลงไปประมาณ 2-5 % ของน้ำหนัก แต่ทำให้ได้คุณสมบัติความแข็งแกร่งของโครงสร้างคอมโพสิทเพิ่มขึ้นเกือบ 30-40 เท่า
 
          วัสดุนาโนชนิดอื่นๆ ที่สามารถเติมลงไปเพื่อสร้างเป็นวัสดุผสมระดับนาโนได้อีก  ก็อย่างเช่น ท่อนาโนคาร์บอน  บัคมินสเตอร์ฟลูเลอรีน  แผ่นกราไฟต์ เส้นใยนาโนคาร์บอน หรือแม้กระทั่งดินสังเคราะห์ หรือเส้นใยธรรมชาติ ก็มีการศึกษามาว่าสามารถทำได้เช่นกัน ซึ่งวัสดุต่างๆ เหล่านี้จะทำให้วัสดุผสมระดับนาโนที่เพิ่มขีดความสามารถของทางด้านการนำไฟฟ้า และการนำพาความร้อน ได้เป็นอย่างดี   อีกทั้งมีการนำมาใช้กันมากในอุตสาหกรรมการผลิตพลาสติก หรือวัสดุที่สามารถกันน้ำหรือของเหลวได้ เป็นต้น
 
 
เซรามิคของวัสดุผสมระดับนาโนที่เติมท่อนาโนคาร์บอน
 
วัสดุผสมระดับนาโนที่เติม C-60 หรือบัคกี้บอล
 

 

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

 

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   

17. การสอนไฟฟ้าแม่เหล็กของมหาวิทยาลัยรังสิต

กลับหน้าสารบัญ

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

หนังสืออิเล็กทรอนิกส์