<script language="JavaScript" src="http://www.vcharkarn.com/javafeed/article/189" type="text/javascript"></script>

นาโนเทคโนโลยี ... คืออะไรกันแน่? ปัจจุบันมีกระแสความสนใจในเรื่อง นาโนศาสตร์ (Nanoscience) และนาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology) เป็นอย่างมาก หลายประเทศทั่วโลกโดยเฉพาะสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นได้เริ่มทุ่มเงินงบประมาณอย่างสูงเพื่อการวิจัยด้านนี้ ประเทศไทยก็เช่นกัน ... ผู้เขียน: ดร. สิรพัฒน์ ประโทนเทพ ชมแล้ว: 185,051 ครั้ง post ครั้งแรก: Thu 29 July 2004, 12:34 pm ปรับปรุงล่าสุด: Thu 29 July 2004, 12:34 pm อยู่ในส่วน: ฟิสิกส์, นาโนเทคโนโลยี

แต่แล้วทำไมขนาดของนาโนเมตรจึงมีความสำคัญขึ้นมาทันทีทันใด ทั้งที่ขนาดนาโนเมตรไม่ได้เป็นขนาดของวัตถุที่เล็กที่สุดในธรรมชาติ เรารู้กันว่าสสารประกอบด้วยอนุภาคอะตอมต่างๆ เช่น อะตอมของไฮโดรเจน ที่มีขนาดประมาณ 0.1 นาโนเมตร ศูนย์กลางของอะตอมคือนิวเคลียสจะยิ่งเล็กไปกว่าอะตอมอีกหนึ่งแสนเท่า



สาเหตุสำคัญอย่างแรกที่ทำให้นาโนศาสตร์และนาโนเทคโนโลยีเกิดขึ้นมาได้ เป็นเพราะมีแรงหนุนมาทางด้านเทคโนโลยี ในช่วงประมาณ 40-50 ปีที่ผ่านมาจะเห็นได้ว่าวงจรไฟฟ้าอิเล็กทรอนิคส์ได้ลดขนาดลงมาก ผลกระทบที่เห็นได้ชัดในขนาดนี้เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์ที่เล็กลงและเร็วขึ้นกว่าสมัยก่อนมาก พัฒนากันจนซื้อเครื่องรุนใหม่มาไม่ถึงปีก็จะตกรุ่นแล้ว ในปัจจุบันชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในตัววงจรในไมโครชิพได้เล็กลงมาเรื่อยๆ เริ่มมาจนมุมกันในช่วงนาโนเมตรนี้แล้ว เพราะขาดเครื่องมือที่จะสามารถศึกษาหรือสร้างวัตถุขนาดเล็กไปถึงในช่วงนาโนเมตรนี้ได้อย่างแม่นยำ



แต่ก็มีปัจจัยหนุนทางเทคโนโลยีอีกอย่างหนึ่งที่มาช่วยหาคำตอบในเรื่องนี้ คือการประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์แบบต่าง ๆ เช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ที่สามารถให้ภาพของวัตถุที่มีความละเอียดในระดับอะตอม และเครื่องมือชิ้นเอกที่นับได้ว่าเป็นรากฐานแรกเริ่มของการวิจัยทางนาโนศาสตร์ก็คือกล้องจุลทรรศน์แบบ Scanning Tunnelling Microscope (STM) ที่นอกจากจะสามารถสแกนภาพให้ความละเอียดในระดับอะตอมแล้ว ยังจะสามารถจัดเรียงอะตอมให้เป็นรูปร่างที่ต้องการ (ส่วนหลักการทำงานของเครื่อง STM จะมานำเสนอในโอกาสต่อไป - ซึ่งติดตามได้จาก Section Technology ที่ วิชาการ.คอม)



พวกเครื่องมือที่มาสนับสนุนการศึกษานาโนศาสตร์เหล่านี้เองเป็นจุดเริ่มต้นให้มีการศึกษาโครงสร้างนาโนของวัสดุต่างๆ รวมทั้งมีการคิดค้นวิธีการอื่นๆเพื่อสังเคราะห์วัสดุนาโน เช่น โดยกระบวนการทางเคมี ซึ่งง่ายกว่าและประยุกต์ในเชิงอุตสาหกรรมได้ดีกว่าการใช้เครื่อง STM มาสังเคราะห์สาร






แรงผลักดันทางเทคโนโลยีไม่ใช่เป็นสาเหตุเดียวของการเกิดนาโนศาสตร์และนาโนเทคโนโลยี ทีนี้ถ้าจะเข้าใจความสำคัญของนาโนเทคโนโลยีจริงๆ ก็ควรจะมารู้ถึงความสำคัญของ Scale หรือขนาดของวัตถุ กับคุณสมบัติทางวิทยาศาสตร์ ทางวิทยาศาสตร์โดยเฉพาะสาขาฟิสิกส์ ทฤษฏีหรือกฎต่าง ๆ จะกำหนดความสัมพันธ์ว่าคุณสมบัติตัวหนึ่งจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติตัวอื่นๆ อย่างไร คุณสมบัติต่างๆส่วนใหญ่จะแปรผันกับขนาดของวัตถุไม่เหมือนกัน ตัวอย่างเช่น






จากคุณสมบัตินี้ เราจะเห็นได้ว่าถ้าขนาดของวัตถุเปลี่ยนไป อัตราส่วนระหว่างพื้นที่ผิวต่อปริมาตรจะเปลี่ยนไปด้วยโดยเชิงตรงกันข้าม วัตถุยิ่งเล็กลง อัตราส่วนนี้จะยิ่งเพิ่มมากขึ้น



ถ้าดูเผินๆ อาจจะไม่รู้ว่าอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรนี้เป็นเรื่องสำคัญมากในทางปฏิกิริยาเคมี รวมถึงตัวเร่งปฏิกิริยา เพราะกระบวนการทางเคมีส่วนมากจะเกิดที่ผิวก่อน ถ้าพื้นผิวยิ่งมากอย่างอนุภาควัสดุนาโน การเกิดปฏิกิริยาจะยิ่งเร็วมากขึ้นกว่าสารอย่างเดียวกันที่เป็นวัตถุขนาดใหญ่ เหมือนกับน้ำตาลทรายที่ละลายน้ำง่ายกว่าน้ำตาลกรวด ซึ่งเรื่องนี้เป็นเพียงตัวอย่างแบบง่ายๆเท่านั้น ความสำคัญของนาโนเทคโนโลยียังมีลึกซึ้งอีกมาก



ได้กล่าวไปแล้วว่าช่วงขนาดนาโนเมตรนี้มีขนาดใหญ่กว่าอะตอมประมาณสิบเท่า จึงเรียกได้ว่านาโนเมตรเป็นช่วงขนาดของกลุ่มอะตอม หลายสิบหลายร้อยอะตอม นาโนศาสตร์ถือเป็นช่วงรอยต่อที่สำคัญของการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ในโลกของอะตอม (Atomic world) กับโลกในชีวิตประจำวัน (เรียกกันว่า Macroscopic world)



ตัวอย่างความแตกต่างง่ายๆก็เช่นการมาตัดแบ่งสสารอย่างก้อนทองคำ เป็นสองส่วน แล้วจากนั้นก็ตัดแบ่งครึ่งแต่ละส่วนไปอีกเรื่อยๆ เราจะตัดแบ่งไปได้อย่างต่อเนื่อง ก็ยังได้เป็นทองคำเหมือนกัน แต่ในโลกของอะตอมถ้าเราจะมาตัดแบ่งสารเคมีกันเราจะได้สารที่ต่างไปจากสารตั้งต้น นี่เป็นคุณสมบัติหลักในโลกควอนตัม (Quantum world) ซึ่งความหมายง่ายของ Quantum ก็คือจำนวนที่นับได้นั่นเอง เพราะสารในโลกอะตอมเราจะนับเป็นจำนวนอะตอมๆไปจะเป็นไปไม่ได้ว่าจะมาขอทองกันครึ่งอะตอม



ความที่วัตถุนาโนอยู่ในช่วงรอยต่อระหว่างโลกทั้งสองนี้ จึงมีความแปลกใหม่ที่น่าสนใจอยู่มาก มายกตัวอย่างเรื่องทองอีก วัตถุนาโนของทองคำจะมีคุณสมบัติก้ำกึ่งระหว่างทองคำที่จะเป็นโลหะเฉื่อยที่ทำปฏิกิริยากับสารอื่นได้ยาก กับคุณสมบัติของอะตอมของทองที่เหมือนกับสารเคมีที่เป็นตัวทำปฏิกิริยาหรือตัวเร่งปฏิกิริยา ขนาดของอนุภาคนาโนที่ต่างกันจะมีคุณสมบัติต่างกันไป ในอนาคตถ้าเราสามารถเลือกขนาดของอนุภาคนาโนของทองคำได้ เราก็อาจจะเลือกได้ว่าจะให้ทำปฏิกิริยากับสารเคมีแบบใด



คุณสมบัติประเภทนี้เป็นเรื่องที่จะศึกษากันมากในทางนาโนศาสตร์ในช่วงแรกๆ เพราะเราอาจจะใช้สสารเพียงชนิดเดียวมาทดแทนคุณสมบัติของสสารอื่นๆได้มากมาย ยิ่งไปกว่านั้นความเป็นตัวสื่อระหว่างโลกอะตอมและโลกควอนตัมนี้ทำให้มีการคาดคะเนกันว่านาโนเทคโนโลยีอาจจะเป็นตัวนำไปสู่การปฏิวัติทางเทคโนโลยีครั้งใหม่ของโลกที่จะนำปรากฏการณ์พิศวงต่างๆของโลกควอนตัมมาสู่ชีวิตประจำวันได้

---

บทความอื่น

บทความแนะนำ

Blog แนะนำ

Hot Links

คลังข้อสอบ | ข่าววิชาการ
เล่นกล/เกม | อ่านนิยาย
ข่าวทุนการศึกษา | ลิงค์

ขอบคุณผู้สนับสนุน