NANO TECHNOLOGY

NANO TECHNOLOGY

Guru ICT โดย พ.ท.รศ.ดร. เศรษฐพงค์ มะลิสุวรรณ

อำนาจ ระแวงสูงเนิน และ พ.ท.รศ.ดร. เศรษฐพงค์ มะลิสุวรรณ

ปัจจุบันคำว่า นาโนเทคโนโลยีหรือเทคโนโลยีนาโน (Nanotechnology)เริ่มเป็นที่รู้จักกัน อย่างแพร่หลายทั้งในด้านวิชาการ และแม้แต่พบเห็นได้ง่ายตามสื่อโฆษณาต่างๆ เช่น โทรทัศน์ หนังสือพิมพ์ หรือในอินเตอร์เนต มีนักวิชาการหลายคนเคยตั้งข้อสังเกตว่าที่นาโนเทคโนโลยีกลายเป็นหัวข้อสนทนาในวงกว้าง น่าจะเป็นเพราะว่าสามารถนำเข้าไปประยุกต์ได้กับศาสตร์หลายๆ ด้าน ทั้งอาหาร เสื้อผ้า อุปกรณ์กีฬา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และยังรวมถึงการดูแลสุขภาพ เช่น ยา และเครื่องสำอางด้วย จึงทำให้มีนักวิชาการใน หลากหลายสาขาร่วมกันค้นคว้าวิจัยจนเป็นที่แพร่หลายทั่วไป นาโนเทคโนโลยีโดยแท้จริงแล้วยังไม่ถึงกับจัดว่าเป็นเทคโนโลยีหรือนวัตกรรมใหม่เสียทีเดียว เพราะจุดเริ่มต้นของเทคโนโลยีนี้เริ่มตั้งแต่เมื่อประมาณ 50ปี ที่แล้ว โดย ผู้ที่เปิดโฉมหน้าประวัติศาสตร์ของนาโนเทคโนโลยี คือ ศาสตราจารย์ริชาร์ด ฟายน์แมน (Richard Feynman) ด้วยสุนทรพจน์เรื่อง There's plenty of room at the bottom หรือที่นักวิชาการไทยรู้จักกันว่า ข้างล่างยังมีที่ว่างอีกเยอะ เมื่อปี ค.ศ.1959 (ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ.1965) ซึ่งให้ความหวังว่าสักวันหนึ่งมนุษย์จะสามารถจัดเรียงอะตอมได้ จากสุนทรพจน์นี้นักวิทยาศาสตร์ในรุ่นต่อมาให้ความสนใจ และศึกษาค้นคว้านาโนเทคโนโลยีเรื่อยมาจนถึงปัจจุบัน หลายประเทศให้ความสนใจ และทุ่มงบประมาณลงไปกับเทคโนโลยีนี้ รวมถึงประเทศไทย ก็ให้ความสำคัญ และจัดตั้งศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ หรือ NANOTEC ขึ้น เมื่อปี พ.ศ.2546 โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนางานวิจัยทางด้านนาโนเทคโนโลยีเน้นใน 3สาขาหลัก คือ วัสดุนาโน นาโน-อิเล็กทรอนิกส์ และเทคโนโลยีชีวภาพทางนาโน หลายคนที่อ่านมาจนถึงหน้านี้ อาจสงสัยแล้วว่านาโนเทคโนโลยีคืออะไร เราจะไปทำความรู้จักกับเทคโนโลยีนี้กัน นาโนเทคโนโลยีคืออะไรนาโนเทคโนโลยี ตามความหมายของศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (NANOTEC) เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสร้าง การสังเคราะห์วัสดุ อุปกรณ์ เครื่องจักรหรือผลิตภัณฑ์ ซึ่งมีขนาดเล็กมากในระดับนาโนเมตรเทียบเท่ากับระดับอนุภาคของโมเลกุลหรืออะตอม (0.1 นาโนเมตรถึง 100 นาโนเมตร) ดังรูปที่ 2-3 รวมถึงการออกแบบหรือการใช้เครื่องมือสร้างวัสดุอยู่ในระดับที่เล็กมาก หรือการเรียงอะตอมและโมเลกุลในตำแหน่งที่ต้องการได้อย่างแม่นยำ และถูกต้อง ทำให้โครงสร้างของวัสดุหรือสสารมีคุณสมบัติพิเศษไม่ว่าทางด้านฟิสิกส์ เคมี หรือชีวภาพ ส่งผลให้มีประโยชน์ต่อผู้ใช้สอย จากความหมายดังกล่าวนี้ จะเห็นว่านาโนเทคโนโลยีมีขอบเขตการศึกษาที่กว้างมาก และผสมผสานศาสตร์หลายๆ แขนงเข้าด้วยกัน คำว่า นาโน (Nano) แปลว่าคนแคระในภาษากรีก แต่โดยมากจะเป็นคำที่เรียกกันติดปากและย่อมาจากคำว่า นาโนเมตร (Nanometre) ซึ่งหมายถึง สิบกำลังลบเก้าเมตร หรือ 1 ส่วนพันล้านของ 1 เมตร คำนิยามอย่างคร่าว ๆ ของ นาโนศาสตร์ (Nanoscience) ก็คือการศึกษาปรากฏการณ์ทางธรรมชาติของวัตถุที่มีขนาดในช่วงนาโนเมตร (ประมาณ 1-100 นาโนเมตร) ส่วนนาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology) ก็จะหมายถึงการสร้างและประยุกต์วัตถุนาโนนี้มาใช้ให้เป็นประโยชน์ ปัจจุบันมีกระแสความสนใจในเรื่อง นาโนศาสตร์ (Nanoscience) และนาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology) เป็นอย่างมาก หลายประเทศทั่วโลกโดยเฉพาะสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นได้เริ่มทุ่มเงินงบประมาณอย่างสูงเพื่อการวิจัยด้านนี้ประเทศไทยก็เช่นกันเริ่มมีการสนับสนุนจากทางรัฐบาลในเรื่องนี้เป็นอย่างมาก แต่ส่วนใหญ่แล้วจะมีการเข้าใจไปต่าง ๆ กันว่านาโนเทคโนโลยีคืออะไร เช่น การย่อของให้มีขนาดเล็กลง หรือ หุ่นขนาดจิ๋วที่จะไปทำงานในระดับอะตอม ซึ่งไม่ใช่ว่าจะผิด แต่มันไม่ใช่ความหมายที่แท้จริงของนาโนเทคโนโลยี มันแค่เป็นการมองในมุมด้านตัวผลิตภัณฑ์หรือวัตถุที่คนส่วนใหญ่จะนึกภาพออกได้ นอกจากนี้การใช้นาโนเทคโนโลยีในปัจจุบันเป็นเพียงแค่จุดเริ่มต้นเท่านั้น ได้เริ่มมีผลิตภัณฑ์ทางนาโนเทคโนโลยีออกมา ซึ่งส่วนใหญ่ก็จะเป็นพวกฟิล์มชนิดบางของสารต่างๆที่มีความหนาในขนาดนาโนเมตร เช่น OLED (Organic Light Emitting Device) ซึ่งเป็นจอแสดงผลที่ทำจากสารอินทรีย์ และพวกสารเคลือบผิวต่างๆ ตัวอย่างเช่นในผ้าที่เปื้อนยากที่สามารถกันหยดน้ำหรือของเหลวไม่ให้ซึมเข้าใยผ้าได้ โดยอาศัยความไม่ชอบน้ำ (Hydrophobicity) ของสารที่เคลือบใยผ้ามาและรวมกับความตึงผิวของหยดน้ำหรือของเหลวเองมาเป็นแรงผลักตัวหยดน้ำไม่ให้ซึมผ่านชั้นเคลือบไปได้ เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์ที่เริ่มออกมาเหล่านี้ไม่ใช่ภาพลักษณ์โดยรวมของนาโนเทคโนโลยีและไม่ได้บ่งชี้ถึงศักยภาพที่แท้จริงของมัน อีกทั้งยังมีผลิตภัณฑ์หลายอย่างที่อ้างใช้คำว่า นาโน มาเป็นจุดโฆษณาขาย ซึ่งเราควรต้องระมัดระวังไว้ จึงเป็นเรื่องที่จำเป็นอย่างยิ่งที่เราควรจะมาศึกษาให้รู้ถึงเบื้องหน้าและเบื้องหลังของนาโนศาสตร์และนาโนเทคโนโลยีอย่างจริงจัง

ก้าวแรกของ nanotechnology

ดร.อดิสร ได้อธิบายไว้ดังนี้ ท่อคาร์บอนนาโนถูกค้นพบโดยบังเอิญจากนักวิจัยของบริษัท NEC ชื่อนายซูมิโอะ อิจิมะที่เมืองทสึคุบะประเทศญี่ปุ่น นายซูมิโอะเป็นนักวิจัยประจำ เครื่องมือชนิดหนึ่งซึ่งมีหน้าที่ส่องดูภาพขยายกำลังสูงมากๆวันหนึ่งผู้ช่วยของเขาได้นำผงเถ้าถ่านดำๆให้เขาส่องดูและเขาสังเกตเห็นอะไรคล้ายๆกับรากไม้ที่เป็นเส้นยสวๆและมีขนาดบางมากเป็นขุยๆแต่ที่น่าสนใจคือมันมลักษณะโครงสร้าของอะตอมที่เป็นระเบียบสมมาตรเขาจึงเป็นคนแรกที่ค้นพบท่อคาร์บอนขนาดนาโนโดยบังเอิญ ท่อคาร์บอนนาโนคือท่อขนาดจิ๋วที่สร้างวัสดุที่เป็นพื้นฐานที่สุดของมนุษย์ได้แก่ คาร์บอนซึ่งมีขนาดเส้นผ่าศุนย์กลางประมาณ 1-50 นาโนเมตรและมีลักษณะเป็นท่อกลวงยาวจนถึง 10 ไมโครเมตร ทำให้ท่อคาร์บอนนานี้มีอัตราความยาวต่อเส้นผ่าศูนย์กลางถึงหลายพันเท่า และมีคุณสมบัติพิเศษในตัวคือมีความแข็งแรงและยืดหยุ่นมากแม้กระทั่งถ้าเราเอาท่อนาโนมาห้อยรถยนต์ทั้งคันก็ไม่มีวันขาด ลูกคาร์บอนนาโนถูกค้นพบโดย ศ.ดร.ฮาร์โรล์โครโต้(HAROLD KROTO) นักฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยเซ็ก (UNIVERSITY OF SUSSEX) ประเทศสหราชอาณาจักรร่วมกับ ศ.ดร. ริชาร์ด สมอลลีย์ (RICHARD SMALEY) และ ศ.ดร. โรเบิร์ต เคิร์ล (ROBERT CURL) แห่งมหาวิทยาลัยไรซ์ (RICE UNIVERSITY) มลรัฐเทกซัสได้วิจัยเกี่ยวกับการดูดกลืนคลื่นแสงของฝุ่นระหว่างดาวเคราะห์ ซึ่งอยู่ใกล้กับดาวดวงหนึ่งซึ่งอยู่ห่างจากโลกใบนี้ถึงหนึ่งพันล้านปีแสง เจ้าฝุ่นที่ว่านีน่าจะเป็นโมเลกุลของคาร์บอนแบบสายยาว ทั้งสามคนจึงทำการทดลองโดยจำลองสถาพบรรยากาศของดาวดวงนั้นโดยการใช้แสงเลเซอร์กำลังสูงยิงไปยังแผ่นกราไฟต์ เพื่อให้เดความร้อนสูง และก่อให้เกิดสารประกอบคาร์บอนรูปแบบต่างๆ กลายเป็นไอระเหยในบรรยากาศที่เป็นก๊าซฮีเลียม(HELIUM) หลังจากเย็นตัวทั้งสามต่างประหลาดใจมากที่พบว่ามีดมเลกุลคร์บอนที่มี โครงสร้างเป็นรูปทรงกลมเหมือนรูปฟุตบอล ผลจากการค้นพบครั้งนี้ทำให้ทั้งสามท่านได้รางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี ค.ศ.1966

ดร.ณัฐพันธุ์ ได้อธิบายว่า บัคกี้บอล(Bucky ball) เป็นสารที่มีโครงสร้างโมเลกุลประกอบด้วยคาร์บอน 60 อะตอม เชื่อมต่อกันเป็นรูปทรงกลมคล้ายลูกฟุตบอล จัดเป็นสารกลุ่มฟูลเลอรีนส์ ซึ่งเป็นอัญรูป (allorrope) แบบที่สามของคาร์บอนต่อจากเพชรและกาไฟต์ บัคกี้บอลมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางโมเลกุลประมาณ 1 นาโนเมตร ประกอบด้วยวงหกเหลี่ยมของคาร์บอน (hexagons) จำนวน 20 วง และวงห้าหลี่ยม (pentagon) จำนวน 12 วง โดยที่บัคกี้บอลถือว่าเป็นโมเลกุลสารอินทรีย์ที่มีรูปทรงสมมาตรที่สุเท่าที่มนุษย์เคยค้นพบจนถึงปัจจุบัน

จุดมุ่งหมายสูงสุดของนาโนเทคโนโลยีก็คือความสามารถที่จะสร้างและจัดเรียงอนุภาคต่างๆได้ตามความต้องการ เพื่อสร้างสสารหรือโครงสร้างของสารในแบบใหม่ๆที่ให้คุณสมบัติพิเศษที่อาจจะไม่เคยมีก่อน