เทคนิคใหม่ในการศึกษาโครงสร้างและคุณสมบัติของท่อนาโน (Nanotube) โพสต์เมื่อ:
16:13 วันที่ 12 ก.ค. 2548 ชมแล้ว:
78,065  ตอบแล้ว:
4
 ท่อนาโน คือโมเลกุลรูปร่างทรงกระบอกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงไม่กี่นาโนเมตร แต่ศักยภาพของมันที่จะนำไปสู่เทคโนโลยีใหม่ๆนั้นมากมายมหาศาล คุณสมบัติของท่อนาโนที่สำคัญคือ ความแข็งแรงเป็นพิเศษต่อการยืดและดัดงอ ความสามารถในการนำไฟฟ้าที่ดี และความสามารถในการเปล่งแสงเมื่อมีแสงตกกระทบ คุณสมบัติสำคัญเหล่านี้ที่ทำให้มนุษย์เราสามารถที่จะนำท่อนาโนไปประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์ต่างๆได้มากมาย นับตั้งแต่ นำไปทำจอแสดงผล หรือจอโทรทัศน์แบบจอแบน ทำเป็นเซลล์เชื้อเพลิง (fuel cell) หรือไปใช้สร้างวัสดุต่างๆ
ท่อนาโนนั้น มักจะถูกเรียกกันติดปากว่าท่อนาโนคาร์บอน (Carbon Nanotube) ทำให้เข้าใจกันว่า ท่อนาโนสามารถถูกสร้างขึ้นมาได้จากโมเลกุลของคาร์บอนเท่านั้น แต่จริงๆ แล้ว มันสามารถถูกสร้างได้จากโมเลกุลประเภทอื่นๆ และยังแสดงคุณสมบัติที่น่าสนใจได้ไม่แพ้กัน หนึ่งในนั้นคือ ท่อนาโนที่ทำจากโมเลกุลของโบรอนไนไตรด์ (BN) ที่ทีมนักวิทยาศาสตร์กลุ่มนี้ได้ทำการศึกษา และจะได้กล่าวถึงต่อไปในสรุปข่าวย่อยฉบับนี้
ในปัจจุบันนี้ ถึงแม้ว่าท่อนาโนได้ถูกคาดการณ์ว่าจะก่อให้เกิดเทคโนโลยีใหม่ๆ และผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์อย่างมากมาย แต่มันก็ยังไม่พร้อมซะทีเดียว นักวิทยาศาสตร์ยังต้องทำการศึกษาและวิจัยถึงคุณสมบัติต่างๆของมันอีกมาก ก่อนที่จะนำมันเข้าสู่ภาคอุตสาหกรรมและผลิตออกมาเป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้กันในชีวิตประจำวันได้
ในการวิจัยศึกษาร่วมกันของกลุ่มนักวิทยาศาสตร์สหรัฐอเมริกาซึ่งได้แก่ มาฮาลินแกรม บาลาซับรามาเนียน เจมส์ ไมส์วิช สตานิสเลาวส์ วอง และ วายเกียง ฮาน จาก ศูนย์วิจัยแห่งชาติบรูคแฮพเวน, ซาบาจิต บาเนอจี และ ทิรานได เฮมราชเบนนี่จาก มหาวิทยาลัยสโตนี บรูค, และกลุ่มของ แดเนียล ฟิชเชอร์ และชาราดฮา แซมบาซิวาน จาก สถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ ได้บุกเบิกเทคนิคใหม่ในการศึกษาโครงสร้างและคุณสมบัติของท่อนาโน เทคนิคที่ว่านี้ได้มีการใช้มานานหลายปีแล้วในสาขาวัสดุศาสตร์ แต่นักวิทยาศาสตร์กลุ่มนี้เป็นกลุ่มแรกที่ได้ริเริ่มบุกเบิกในการใช้แง่มุมต่างๆ ของเทคนิคนี้มาประยุกต์กับท่อนาโน และพวกเขาได้พบว่ามันให้ผลที่ดีเยี่ยมทีเดียว
เทคนิคที่ว่านี้ การใช้รังสีเอ็กซ์นั่นเอง โดยมีศัพท์เทคนิคว่า near-edge x-ray absorption fine structure หรือเรียกย่อๆว่า NEXAFS
หลักการง่ายๆ ของเทคนิคนี้คือ การใช้รังสีเอ็กซ์พลังงานต่ำที่ผลิตจากแหล่งกำเนิดแสงซินโครตรอน ส่องผ่านเข้าไปที่ท่อนาโนที่มุมต่างๆกัน เพื่อดูการเรียงตัวของอะตอม ณ ที่มุมต่างๆ กันของท่อ การประพฤติตัวของลำแสงของรังสีเอ็กซ์ที่สเกลระดับนาโนนี้ แสงจะประพฤติตัวเป็นอนุภาคซึ่งก็คือลำอนุภาคโฟตอน ที่เมื่อตกกระทบโมเลกุลคาร์บอนของท่อนาโนแล้ว โฟตอนจะถูกดูดกลืนโดยอิเล็กตรอนที่วนรอบๆนิวเคลียสของอะตอมนั้น โดยอิเล็กตรอนตัวที่วนอยู่ใกล้นิวเคลียสมากที่สุด (core electron) จะได้รับพลังงานจากโฟตอนมากที่สุด แล้วอิเล็กตรอนพลังงานสูงเหล่านี้ก็จะกระโดดเข้าสู่วงโคจรที่ไกลจากนิวเคลียสกว่าเดิม ต่อมา มันก็จะตกกลับสู่วงโคจรที่มีพลังงานต่ำกว่า พร้อมกับคายพลังงานออกมาซึ่งมีค่าเฉพาะค่าหนึ่ง เมื่อปรากฏการณ์เช่นนี้เกิดขึ้นกับอิเล็กตรอนในคาร์บอนอะตอมของท่อนาโนหลายๆตัวเข้า พลังงานที่คายออกมาก็มากพอที่จะมองเห็นเป็นแถบสีของพลังงานหรือ สเปกตรัม ที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์บันทึกได้ แถบสีหรือสเปกตรัมนี้เองที่จะเป็นตัวบ่งชี้ถึงพฤติกรรมการดูดกลืนโฟตอนของท่อคาร์บอนนาโนที่แต่ละค่าพลังงานของรังสีเอ็กซ์ที่ส่องผ่าน และเมื่อทำการวิเคราะห์สเปกตรัมพวกนี้แล้ว นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถค้นพบคุณสมบัติเชิงอิเล็กทรอนิกส์และเชิงกายภาพของท่อนาโนได้อีกด้วย ส่วนในกรณีที่อิเล็กตรอนดูดซับโฟตอนจนมีพลังงานสูงมาก มันก็สามารถหลุดออกจากอะตอม กลายเป็นอิเล็กตรอนอิสระ ให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจวัดและนำมาวิเคราะห์ได้เช่นกัน
ชนิดของท่อนาโนที่กลุ่มวิทยาศาสตร์นี้ได้ทำการศึกษา มีอยู่สองชนิดคือท่อนาโนแบบผนังเดี่ยว หรือ single-walled nanotubes (SWNTs) ซึ่งเป็นท่อทรงกระบอกที่มีผนังเป็นแผ่นบางๆ แผ่นเดียวเท่านั้น และท่อนาโนแบบผนังซ้อน หรือ multi-walled nanotubes (MWNTs) ที่มีลักษณะเป็นท่อทรงกระบอกที่มีผนังซ้อนกันหลายๆชั้นคล้ายกระดาษที่ม้วนอยู่ นอกจากนี้แล้ว พวกเขายังได้ทำการศึกษาท่อนาโนโบรอนไนไตรด์อีกด้วย
ท่อนาโนโบรอนไนไตรด์นั้นมีคุณสมบัติของความคงทนแข็งแรงพอๆกับ ท่อนาโนคาร์บอน และยิ่งกว่านั้น มันมีดีกว่าท่อนาโนคาร์บอนตรงที่มันยังคงสภาพความแข็งแรงทนทานของมันอยู่แม้จะถูกดัดงอ อีกยังสามารถคงรูปเดิมได้เมื่ออยู่ในสภาวะอุณหภูมิสูงๆ ตอนนี้ท่อนาโนโบรอนไนไตรด์ ได้มีการศึกษาวิจัยกันอย่างกว้างขวางในการที่นำมันไปประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม ยกตัวอย่างเช่น นำไปสร้างเป็นตัวทรานซิสเตอร์ หรือสารหล่อลื่นที่สามารถทนอยู่ในสภาวะอุณหภูมิสูงๆ หรือนำไปเป็นอุปกรณ์ส่องแสง (photoluminescent device) หรือ สารประกอบที่ช่วยเพิ่มความแข็งแรงทนทานต่อวัสดุต่างๆ หรือกระทั่งการนำไปใช้ผลิตจอแสดงผลแบบแบน
ในวารสาร Physical Chemisry และ Chemical Physics ทีมนักวิทยาศาสต์นี้ได้อธิบายถึงการนำเทคนิค NEXAFS มาใช้ศึกษาท่อนาโนเพื่อจะให้มาได้ซึ่งข้อมูลของ โครงสร้างของท่อนาโนโบรอนไนไตรด์ที่ถูกสังเคราะห์ขึ้นที่ ศูนย์ทดลองแห่งชาติบรูคแฮบเวน
พวกเขาได้สาธิตว่าการใช้เทคนิค NEXAFS นั้นได้ผลดียิ่งในการแสดง ข้อมูลของโครงสร้างของโบรอนไนไตรด์ โดยที่พวกเขาพบว่าท่อนาโนโบรอนไนไตรด์ที่พวกเขาศึกษานั้นมีโครงสร้างระดับอะตอมคล้ายกับโครงสร้างของท่อนาโนคาร์บอน นั่นก็คืออะตอมของท่อจะยึดเหนี่ยวกันเป็นโครงสร้างแบบ hexagonal คล้ายกับตะแกรงลวดม้วนเป็นชั้นๆ ข้อมูลที่ได้จากการใช้เทคนิค NEXAFS ยังแสดงให้เห็นอีกว่า ท่อนาโนโบรอนไนไตรด์นี้ มีส่วนที่บกพร่องเพียงเล็กน้อยเท่านั้น และยังมีคุณสมบัติความเป็นผลึกสูงด้วย บางทีอาจมากกว่าท่อนาโนคาร์บอนด้วยซ้ำ และนี่เป็นคุณสมบัติที่สำคัญของท่อนาโนโบรอนไนไตรด์ เพราะการที่จะนำท่อนาโนไปทำจอแสดงผลแบบแบนนั้น ท่อนาโนจำเป็นต้องมีคุณลักษณะที่เป็นผลึกที่คงทนสูง
แดเนียล ฟิชเชอร์ หนี่งในทีมนักวิทยาศาสตร์ทีมนี้ได้กล่าวว่า ความงดงามของการใช้เทคนิค NEXAFS ศึกษาท่อนาโน คือ การที่พวกเขาสามารถหาข้อมูลที่เป็นประโยชน์และเป็นส่วนสนับสนุนของข้อมูลที่ได้มาจากวิธีการอื่นๆ ฟิชเชอร์ยังกล่าวอีกว่า ยิ่งกว่านั้นแล้ว เทคนิค NEXAFS สามารถให้รายละเอียดในการศึกษาคุณสมบัติต่างๆ ได้ดีกว่าวิธีอื่นอีกด้วย
ข้อมูลจาก
- เว็บ physorg.com
http://www.physorg.com/news4981.html
ข้อมูลเพิ่มเติม
- บทความ นาโนเทคโลยี คืออะไรกันแน่ โดย ดร. สิรพัฒน์ ประโทนเทพ ที่ vcharkarn.com
http://www.vcharkarn.com/include/article/showarticle.php?Aid=189
- บทความเกี่ยวกับการใช้แสงซินโครตรอนศึกษาโครงสร้างของวัสดุโดย คุณวรวัฒน์ มีวาสนา และ ดร. ประยูร ส่งสิริฤทธิกุล ที่ vcharkarn.com
http://www.vcharkarn.com/include/article/showarticle.php?Aid=298&page=1
- ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติของประเทศไทย
http://www.nanotec.or.th/
ภาพข้างบนคือภาพของ ท่อนาโนคาร์บอนที่ถูกส่องผ่านด้วยรังสีเอ็กซ์ด้วยเทคนิค NEXAFS แสงของรังสีเอ็กซ์ที่ส่องมาจากทางด้านซ้ายทำให้อิเล็กตรอนของคาร์บอนอะตอมถูกกะเทาะและลอยออกมาดังภาพทางด้านขวา (ภาพจาก physorg.com)
|
จำนวน 3 ความเห็น, หน้า่ | -1- ความเห็นเพิ่มเติมที่ 1 8 ส.ค. 2548 (19:27) smart material มีกี่ประเภท แต่ละประเภทมีการนำไปใช้ประโยชน์อย่างไร buaphud_11@yahoo.com (IP:203.156.37.170,,)
 ความเห็นเพิ่มเติมที่ 3 22 พ.ย. 2549 (21:57) อยากทราบมากๆ เลยคับ เนื้อหาของ smart materail คับ
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 4 9 ก.พ. 2551 (17:36) อยากทราบเกี่ยวกับการทำ nanotube ค่ะ k_puyfai@hotmail.com (IP:202.12.73.4)
|
