วัสดุชนิดใหม่ที่มีสีดำสามารถเปลี่ยนน้ำให้กลายเป็นไอน้ำได้ด้วยการใช้เพียงแค่แสงแดดเท่านั้น และมันสามารถทำได้โดยไม่ต้องทำให้น้ำเดือด ลูกเล่นของมันคือ การใช้อนุภาคของทองระดับนาโนเมตร ซึ่งมีขนาดที่แตกต่างกันผสมกันอยู่ การที่มันมีหลาย ๆ ขนาดนั้นทำให้วัสดุสามารถดูดซับแสงได้ถึง 99 เปอร์เซ็นต์ของแสงทั้งหมดและบางส่วนของแสงอินฟาเรดด้วย นั่นคือเหตุผลว่าทำไมวัสดุชนิดนี้จึงมีสีดำ เพราะมันดูดซับหมดทุกแสงนั่นเอง

นักวิทยาศาสตร์ได้อธิบายการค้นพบครั้งนี้ในวารสารทางวิชาการระดับนานาชาติเมื่อวันที่ 8 เมษายนใน Science Advances

วัสดุชนิดใหม่นี้เริ่มต้นจากการที่เป็นบล็อกบาง ๆ ที่มีการเจาะรูขนาดเล็ก ๆ คล้ายกับชีสสวิส รูขนาดเล็กเหล่านี้ทำหน้าที่คล้ายกับท่อขนาดเล็ก ๆ แม้ว่าอนุภาคขนาดเล็กของทองจะปกคลุมภายในกำแพงของท่อแต่ละท่อและที่ช่วงล่างของบล็อก แต่เมื่อแสงเคลื่อนตัวผ่านเข้ามายังท่อ มันจะเริ่มเกิดการสะท้อนไปทั่ว ๆ เมื่อแสงเข้ากระทบกับอนุภาคระดับนาโนเมตรของทอง มันจะทำการรบกวนอิเล็กตรอนบนผิวของทอง สิ่งนี้ทำให้เกิดคลื่นขึ้น การสั่นของอนุภาคและทำให้เกิดคลื่นในลักษณะนี้เรียกว่า plasmon

Plasmon ของทองทำให้เกิดความร้อนสูงบริเวณโดยรอบของมัน ถ้าน้ำอยู่ในนั้นความร้อนจะทำการระเหยน้ำในทันที เนื่องจากท่อเหล่านี้ทำให้วัสดุชนิดใหม่มีลักษณะเป็นรูพรุนจำนวนมาก เพราะฉะนั้นมันจะลอยน้ำ ทำให้มันสามารถดูดซับแสงอาทิตย์ได้

สีหรือความยาวคลื่นของแสงที่ต้องการใช้ในการสร้าง plasmon นั้นขึ้นกับขนาดของอนุภาคระดับนาโนเมตร ดังนั้นในการจับแสงอาทิตย์ให้ได้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้นั้น การออกแบบของวัสดุชนิดใหม่นี้จึงมีอนุภาคระดับนาโนเมตรของทองหลาย ๆ ขนาด ซึ่งทำให้พวกมันสามารถดูดซับแสงได้ทุก ๆ ช่วงของความยาวคลื่น

“นักวิทยาศาสตร์อื่น ๆ ได้ผลิตไอน้ำด้วยการใช้ plasmon มาก่อนแล้ว แต่ในวัสดุชนิดใหม่นี้สามารถเก็บแสงจากดวงอาทิตย์ได้มากกว่า และทำให้มันมีประสิทธิภาพที่ดีมากกว่า มันสามารเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ 90% ไปเป็นไอน้ำได้” Jia Zhu กล่าว ซึ่งเขาเป็นนักวัสดุศาสตร์จาก Nanjing University ประเทศจีน และเป็นผู้นำการศึกษาในครั้งนี้

ที่มา:

B. Brookshire. “Tiny particles help plastic break down in the sun.” Eureka! Lab blog. March 16, 2016.

S. Oosthoek. “Nanosilver: Naughty or nice?” Science News for Students. August 28, 2015.

A.P. Stevens. “Cool Jobs: Big future for super small science.” Science News for Students. April 24, 2015.

D. Natelson. “What is a plasmon?” Nanoscale Views blog. February 14, 2009.

S. Ornes. “Explainer: The particle zoo.” Science News for Students. September 8, 2008.

S. Webb. “Gold’s glittery rewards.” Science News for Students. February 5, 2007.

Original Journal Source: L. Zhou et al. Self-assembly of highly efficient, broadband plasmonic absorbers for solar steam generation. Science Advances. Published online April 8, 2016. doi: 10.1126/sciadv.1501227.