นาโนเทคโนโลยี  นาโนเทคโนโลยีจากระบบธรรมชาติสู่การสังเคราะห์ นาโนเทคโนโลยีโดยการสังเคราะห์ (1)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
          บัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน หรือที่เรียกสั้นๆ ว่า  บัคกี้บอล (buckyball) เป็นโครงสร้างนาโนที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของโครงสร้างเพียง 1 นาโนเมตรเท่านั้น   บัคกี้บอลเป็นโครงสร้างโมเลกุลที่ประกอบขึ้นมาจากอะตอมของธาตุคาร์บอนจำนวน 60 อะตอม (สัญลักษณ์ทางเคมีคือ ) เชื่อมต่อกันเป็นโครงสร้างลักษณะรูปทรงกลมคล้ายกับลูกฟุตบอล ซึ่งประกอบด้วยวงหกเหลี่ยมของคาร์บอน (hexagons) จำนวน 20 วง และวงห้าเหลี่ยม (pentagons) จำนวน 12 วง โดยบัคกี้บอลจัดเป็นสารในกลุ่มฟูลเลอรีน (fullerenes) ซึ่งฟูลเลอรีนเป็นอัญรูป (allotrope) แบบที่ 3 ของธาตุคาร์บอน (อัญรูปแบบที่ 1 ได้แก่  เพชร และอัญรูปแบบที่ 2 ได้แก่ กราไฟต์หรือถ่านนั่นเอง )
 
โครงสร้างนาโนของบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน  หรือบัคกี้บอล
 
          กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่ค้นพบโครงสร้างนาโนของบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน ได้แก่ ฮาโรลด์ โครโต (Harold Kroto) , ริชาร์ด สมอลลีย์ (Richard Smalley) และโรเบิร์ต เคิร์ล (Robert Curl) โดยแต่ละคนสนใจและเริ่มต้นทำการศึกษาเกี่ยวกับปรากฏการณ์กลุ่มคาร์บอน (carbon cluster)  เพื่อพิจารณาการจัดเรียงตัวของสายคาร์บอน  หลักฐานที่สำคัญที่ค้นพบนั้นเกิดจากการศึกษาเกี่ยวกับการดูดกลืนคลื่นแสงของฝุ่นระหว่างดาวเคราะห์ ซึ่งอยู่ใกล้กับดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่อยู่ห่างจากโลกประมาณ 1,000 ล้านปีแสง นักวิทยาศาสตร์กลุ่มนี้ทำการทดลองโดยการจำลองสภาพบรรยากาศของดาวดวงนั้น ด้วยการใช้แสงเลเซอร์กำลังสูงยิงไปยังแผ่นกราไฟต์ เพื่อให้เกิดความร้อนสูงและก่อให้เกิดสารประกอบคาร์บอนรูปต่างๆ กลายเป็นไอระเหยไปในสภาพบรรยากาศที่เป็นก๊าซฮีเลียม เมื่อทำให้สภาพบรรยากาศเย็นตัวลงทำให้พบกลุ่มของคาร์บอน  และนำไปทำการวิเคราะห์โดยใช้เทคนิคแมสสเปคโทรเมทรี (mass spectrometry) เพื่อจำแนกโมเลกุลตามขนาด   ซึ่งทำให้นักวิทยาศาสตรกลุ่มนี้ต่างประหลาดใจอย่างมาก  เมื่อพบว่ามีโครงสร้างโมเลกุลของคาร์บอนจำนวน 60 อะตอมเชื่อมต่อกันเป็นลักษณะรูปทรงกลมเหมือนกับลูกฟุตบอล  ซึ่งโครงสร้างของคาร์บอน 60 อะตอมนี้เป็นโครงสร้างที่มีความสมบูรณ์และมีความเสถียรมากที่สุด  จากผลงานการค้นพบนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ทั้ง 3 คนนี้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี  ในปี ค.ศ. 1996 และโครงสร้างของคาร์บอนที่มีลักษณะคล้ายกับลูกฟุตบอลนี้จึงถูกตั้งชื่อว่า บัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน นั่นเอง (ชื่อของบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีนถูกตั้งขึ้นมาตามชื่อของสถาปนิกผู้มีชื่อเสียงที่ชื่อว่า  ริชาร์ด บัคมินสเตอร์  ฟูลเลอร์ (Richard Buckminster Fuller) เพื่อให้เป็นเกียรติแก่ผลงานการออกแบบโครงสร้างรูปโดมครึ่งทรงกลมขนาดใหญ่  ที่ประกอบไปด้วยรูปหกเหลี่ยมและรูปห้าเหลี่ยมคล้ายกับลูกฟุตบอลที่มีชื่อเสียงโด่งดังมาก  และเป็นโครงสร้างที่เหล่านักคณิตศาสตร์ให้ความสนใจเป็นอย่างยิ่งด้วยคุณสมบัติเชิงโครงสร้างที่พิเศษ)
 
 

          ด้วยโครงสร้างนาโนที่มีลักษณะเป็นรูปทรงกลมรูปคล้ายลูกฟุตบอลนี้  มันเป็นลักษณะโครงสร้างที่มีคุณสมบัติอันน่าพิศวงอย่างมาก เนื่องจากว่ามันเป็นโครงสร้างที่มีความสมมาตรสูง  จึงทำให้เป็นโครงสร้างที่มีความแข็งแรงมากด้วย ซึ่งโครงสร้างในลักษณะนี้จะสามารถรองรับและถ่ายเทแรงภายในโครงสร้างได้เป็นอย่างดี โดย เป็นลักษณะโครงสร้างที่นักออกแบบหรือสถาปนิกนิยมนำมาใช้เป็นส่วนหนึ่งของการสร้างโดม  และเนื่องจากบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีนมีคุณสมบัติเชิงฟิสิกส์และเชิงเคมีที่แปลกประหลาดหลายประการ จึงทำให้นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกพยายามค้นหาแนวทางในการนำเอาบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีนมาใช้ประโยชน์ด้านต่างๆ กันอย่างมากมาย

 
              <----- สามารถใช้เม้าส์ในการคลิ๊กเลือกหมุนโครงสร้างนี้ได้ทั้งในแกน X,Y และแกน Z หรือใช้เม้าส์คลิ๊กซ้ายค้างไว้แล้วหมุนที่ตัวบัคกี้บอลก็ได้เช่นกัน ----->
 
 
          ความมหัศจรรย์อีกด้านหนึ่งของบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน  ที่เหล่านักวิทยาศาสตร์กำลังให้ความสนใจกันอย่างกว้างขวาง  ซึ่งพบว่าเมื่อเราเอาอะตอมของธาตุที่เป็นอัลคาไล (alkali) เช่น โซเดียมหรือโปรแตสเซียม จำนวน 3 อะตอมมายึดติดกับฟูลเลอรีน ก็จะทำให้ได้วัสดุพิเศษที่มีความนำไฟฟ้ายิ่งยวด (หรือไม่มีความต้านทานไฟฟ้าเลย) ที่อุณหภูมิประมาณ 20-40 องศาเคลวิน และสาเหตุที่ฟูลเลอรีนชอบยึดติดกับอะตอมของอัลคาไลเพราะตัวมันมีคุณสมบัติเป็นลบในทางเคมี ในขณะที่โลหะอัลคาไลมีคุณสมบัติเป็นบวก จึงทำให้สามารถจับคู่กันได้เป็นอย่างดี
 
          นอกจากนี้เหล่านักวิทยาศาสตร์ก็มีแนวคิดที่จะนำโครงสร้างบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีนมาประยุกต์ใช้ งานที่หลากหลายมากขึ้น  เนื่องด้วยโครงสร้างนี้มีพื้นที่ด้านในที่เป็นลักษณะกลวง จึงได้เกิดความคิดที่จะนำเอาอะตอมบางอย่างใส่เข้าไปภายในโครงสร้างนี้ ถ้าโครงสร้างของบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีนถูกใช้ห่อหุ้มอะตอมให้อยู่ข้างใน  จะเรียกโครงสร้างที่เป็นลักษณะนี้ว่าเอนโดฮีดรัล ฟูลเลอรีน (endohedral fullerene) และถ้าอะตอมที่เอาใส่ข้างในเป็นโลหะก็จะเรียกว่าเมทัลโลฟูลเลอรีน (metallofullerene) แต่จนถึงปัจจุบันนี้ก็ค้นพบว่า  มีอะตอมเพียงแค่ไม่กี่ชนิดที่สามารถถูกห่อหุ้มอยู่ด้านในของโครงสร้างบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีนได้ เช่น แลนทาลัม (lanthalum) สแกนเดียม (scandium) และก๊าซบางชนิด เช่น ไฮโดรเจน และเนื่องจากการที่สามารถนำอะตอมของธาตุเหล่านี้ไปใส่ไว้ภายในโครงสร้างนี้ได้ ทำให้อะตอมที่ใส่ไว้ภายในโครงสร้างบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีนนั้น  ก็จะสามารถทนต่อสภาวะต่างๆ ได้ดีกว่าตอนที่อยู่เป็นอะตอมเดี่ยวภายนอก  โดยที่ไม่มีอะไรห่อหุ้ม (โดยปกติแล้วจะหลุดออกได้ง่ายแม้กระทั่งโดนแสงหรืออากาศ)
 
 
          คุณสมบัติหนึ่งที่น่าสนใจอย่างมากสำหรับโครงสร้างของบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน  ก็คือสรรพคุณทางด้านการแพทย์ โดยบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีนสามารถใช้เป็นยาในการต่อต้านเชื้อไวรัสเอชไอวี (HIV) หรือไวรัสเอดส์ได้ สามารถใช้เป็นสารต่อต้านเชื้อแบคทีเรียได้ ใช้ในการต่อต้านมะเร็ง ใช้ในการเป็นตัวต่อต้านการออกซิไดซ์ (antioxidants) ซึ่งอาจจะเกิดขึ้นจากอนุมูลอิสระได้ และยังมีคุณสมบัติในการยังยั้งขั้นตอนการตายโดยอัตโนมัติ (anti-apoptosis agent) ของเซลล์ปกติได้อีกด้วย  ซึ่งนักวิทยาศาสตร์กำลังเร่งศึกษาเพื่อนำมาใช้จริงในการรักษาผู้ป่วย
 
          นอกจากนี้ยังสามารถนำบัคกี้บอลไปใช้ประโยชน์ในด้านนาโนอิเล็กทรอนิกส์ (nanoelectronics) ทั้งนี้เนื่องจากบัคกี้บอลมีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ (semiconductor) แต่ถ้ามีการประกอบโครงสร้างโมเลกุลบัคกี้บอลร่วมกันกับอะตอมของโลหะอัลคาไลน์ จะทำให้กลุ่มโมเลกุลบัคกี้บอลมีคุณสมบัติเป็นตัวนำยิ่งยวด (superconductor) ได้

 

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