Carbon Nanotubes

 

“You are the one who will profit if you have wisdom, and if you reject it, you are the one who will suffer.”                                       Proverbs 9:12

นักวิจัยของบริษัท IBM ได้เปิดเผยการค้นพบเทคโนโลยีใหม่ที่มีโอกาสนำมาใช้ทดแทนตัวSilicon ในComputer chips ที่ใช้กันในปัจจุบันได้ โดยทีมนักวิจัยของ IBMได้พัฒนาเทคนิคใหม่ที่สามารถนำไปผลิตเส้นใยขนาดเล็กมากๆที่เรียกว่า Carbon nanotubes จำนวนมากเพื่อนำไปใช้ในการประดิษฐ์สิ่งใหม่ๆในอุตสาหกรรมต่างๆได้ เนื่องจากเส้นใย Carbon nanotubes นี้มีคุณสมบัติที่เหนือกว่าการใช้ตัวSilicon ในComputer chip ปัจจุบันมาก เพราะเส้นใยคาร์บอนนาโนมีขนาดเล็กกว่ามาก และที่สำคัญมันทำงานได้รวดเร็วกว่า Computer chip ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน

          นี่เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยของบริษัทIBMสามารถผลิตตัว Carbon chip ที่มีตัวTransistors นับหมื่นตัวที่ทำงานโดยฝังตัวอยู่ในเส้นใยCarbon ขนาดนาโนได้ โดยสามารถกำหนดตำแหน่งจุดที่ต้องการให้ Transistor แต่ละตัวฝังอยู่ในเส้นใยนาโนที่อยู่ในCarbon chip ตัวเดียว

เส้นใย Carbon nanotubes มีลักษณะเป็น แผ่นอะตอมเดี่ยวของคาร์บอน (Single atomic sheet of carbon) ที่ถูกม้วนตัวให้เป็นรูปท่อทำให้มันสามารถทำหน้าที่ได้เหมือนกับตัว Silicon transistors ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน แต่เส้นใย Carbon nanotubes มีพลังในการทำงานได้เหนือชั้นกว่า Computer chips ที่ใช้ Silicon ในปัจจุบันมาก การค้นพบเทคนิคใหม่นี้จึงเป็นการก้าวเข้าไปสู่การเปลี่ยนโฉมเทคโนโลยีที่ใช้ในวงการอุตสาหกรรม microelectronics ครั้งใหม่ เพราะจะทำให้เราสามารถสร้างผลิตภัณฑ์ใหม่ที่มีขนาดเล็กลงมากๆแต่สามารถทำงานด้วยความเร็วที่สูงกว่า

แม้ว่าเราจะมีการพัฒนาทางนวัตกรรมอย่างรวดเร็วและอย่างต่อเนื่องกันมาตลอดเวลา 40 ปีที่ผ่านมาจนทำให้เทคโนโลยี silicon microprocessor มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆและมีความสามารถในการทำงานสูงขึ้นเรื่อยๆจนการพัฒนาทางเทคโนโลยีได้มาถึงระดับขนาดนาโนซึ่งมีขีดจำกัดในเรื่องคุณสมบัติทางธรรมชาติของ silicon และคุณสมบัติทางด้านฟิสิกส์ทำให้เราถึงทางตันที่จะก้าวต่อไปด้วยเทคโนโลยีเดิม

นักวิจัยและพัฒนาเชื่อว่า เส้นใย carbon nanotubes ที่มีขนาดเล็กมากจนเราไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้เพราะมันมีขนาดเล็กกว่าเส้นผมของเราประมาณหนึ่งหมื่นเท่าจะสามารถทำให้การส่งข้อมูลในtransistor ระดับอะตอม มีความรวดเร็วมากเพราะแผ่นเส้นใยcarbon nanotubes เมื่อนำมาม้วนเป็นเป็นชั้นๆสามารถทำเป็นTransistors ใน chip ตัวหนึ่งได้ และเมื่อใส่ตัว transistors จำนวนมากมายในลักษณะเหมือนกับการถักทอเส้นใยลงไปในหนึ่งตัว computer chip ทำให้ตัว chip มีขนาดเล็กลงมากและวงจรการทำงานของมันรวดเร็วขึ้น

นักวิจัยของ IBM มั่นใจว่าความสำเร็จในการใช้เทคนิคที่ค้นพบ จะทำให้อุตสาหกรรมหลายชนิดสามารถนำเส้นใยคาร์บอนนาโนไปใช้ได้ในหลายอุตสาหกรรมในอนาคตอันใกล้

ปัจจุบันมีนักวิจัยทั่วโลกศึกษาค้นหาความเป็นไปได้ในการใช้เส้นใย carbon nanotubes ไปสร้างนวัตกรรมใหม่ๆในอุตสาหกรรม มีรายงานการศึกษาวิจัยจากห้องปฏิบัติการทั่วโลก ที่รายงานความคืบหน้าของการวิจัยพัฒนาที่จะเป็นไปได้ในเชิงอุตสาหกรรมในอนาคตอันใกล้ เช่น

X-Ray

การนำเอาแผ่นเส้นใยนาโนมาใช้ในระบบ X-ray จะทำให้ได้ภาพจากการทำ X-ray ที่คมชัดและรวดเร็วมากขึ้น นักวิจัยจาก University of North Carolina รายงานว่าการใช้ระบบแผ่นเส้นใยนาโนมาใช้ในระบบ X-ray จะทำให้เราสามารถถ่ายภาพอวัยวะภายในที่มีการเคลื่อนไหวอยู่ตลอดเวลาเช่น หัวใจ และปอดได้ดีขึ้นเนื่องจาก ระบบแผ่นเส้นใยคาร์บอนนาโนสามารถปล่อยตัว อิเล็กตรอนนับร้อยๆตัวออกมาอย่างต่อเนื่องทำให้สามารถจับภาพได้รอบทิศทางอย่างรวดเร็วจึงทำให้เห็นภาพได้คมชัดขึ้น

รถยนต์ Hydrogen

เป็นความหวังของอุตสาหกรรมรถยนต์มานานแล้วที่จะผลิตรถยนต์ไฮโดรเจนออกมาวิ่งในท้องถนนเพราะไฮโดรเจนเป็นพลังงานที่สะอาด สาเหตุที่ยังไม่สามารถผลิตออกมาขายได้เพราะต้นทุนในการทำพลังงานในระบบเครื่องยนต์ยังแพงมาก จากวิจัยของUniversity of Dayton, Ohio เมื่อไม่นานนี้พบว่าต้นทุนของการทำรถยนต์ไฮโดรเจนจะลดลงถึง 100 เท่า เมื่อเอาระบบเส้นใยคาร์บอนนาโนมาใช้ร่วมในกระบวนการให้พลังงานในระบบเครื่องยนต์ ความหวังที่จะเห็นรถยนต์ไฮโดรเจนวิ่งตามถนนคงไม่นานนัก

ระบบเสียงนาโน

นักวิจัยชาวจีนค้นพบการใช้แผ่นเส้นใยคาร์บอนนาโนมาทำเป็นลำโพงนาโน(Nanospeaker) ได้ ซึ่งจะเป็นลำโพงที่มีขนาดบางเท่ากับแผ่นกระดาษและสามารถบิดงอไปมาได้เหมือนผ้า โดยใช้ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า thermoacoustic ที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านแผ่นเส้นใยคาร์บอนนาโนทำให้เกิดความร้อนในอากาศรอบตัวมัน แล้วทำให้เกิดคลื่นเสียงได้ ในอนาคตไม่นานเราจะมีเสื้อผ้าที่มีเสียงเพลงดังออกมา หรือมีนิตยสารที่มีเสียงเพลงดังออกมาจากหน้ากระดาษที่อ่าน แม้กระทั่งธงชาติที่พัดโบกปลิวไสวก็สามารถส่งเสียงเพลงชาติได้

เครื่องใช้ไฟฟ้าที่หักงอได้

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโตเกียว กำลังสร้างจอคอมพิวเตอร์ที่พับงอได้โดยใช้ระบบแผ่นเส้นใยคาร์บอนนาโนเข้ามาใช้ร่วมกับระบบกำเนิดภาพ Organic Light Emitting Diodes ซึ่งปล่อยแสงออกมาเมื่อกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่าน ทำให้เกิดภาพได้ เทคโนโลยีนี้สามารถนำไปใช้กับอุตสาหกรรมอื่นได้อีกหลายอย่างเช่นอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์อาหาร การทำผิวหนังเทียม หรือแม้กระทั่งเอาไปฉาบหุ้มลำตัวเครื่องบินได้

รักษามะเร็ง

นักวิจัยได้ทดลองใช้เส้นใยคาร์บอนนาโนเสียบเข้าไปในไตของหนูทดลองที่มีก้อนเนื้อมะเร็งอยู่ และเมื่อยิงลำแสงเลเซอร์ไปที่ก้อนเนื้อมะเร็ง เส้นใยคาร์บอนนาโนจะเกิดปฏิกิริยาสั่นสะเทือนทำให้เกิดคลื่นความร้อนออกมาฆ่าเซลมะเร็งที่อยู่รอบๆตายได้ ในการทดลองที่เพิ่มปริมาณเส้นใยคาร์บอนนาโนมากขึ้นโดยการยิงลำแสงเลเซอร์เพียง 30 วินาที ปรากฏว่าก้อนเนื้อมะเร็งฝ่อลง และจำนวน 80 % ของหนูทดลองก้อนเนื้อมะเร็งหายไปในที่สุด การทดลองใช้เทคนิคนี้ไม่พบอันตรายเกิดขึ้นต่ออวัยวะภายในของหนูทดลอง มีเพียงแต่รอยไหม้เล็กน้อยที่ผิวหนังภายนอกของหนูทดลองเท่านั้น การค้นพบนี้ได้สร้างความหวังใหม่ให้กับวงการแพทย์ในการรักษาผู้ป่วยโรคมะเร็งในอนาคต

ยังมีงานวิจัยอันน่าทึ่งอีกมากมายในการใช้เส้นใยคาร์บอนนาโนให้เกิดประโยชน์ ที่นักวิจัยกำลังทดลองในระดับห้องปฏิบัติการที่จะนำเทคโนโลยีเส้นใยคาร์บอนนาโน สร้างสิ่งผลิตใหม่ๆอีกมากมายซึ่งคงมีรายงานทะยอยออกมา

          ที่นำเอางานวิจัยบางเรื่องของเส้นใยคาร์บอนนาโน มาเสนอนี้เพื่อต้องการกระตุ้นให้ผู้อ่านได้เกิดความตระหนักว่า เรื่องการวิจัยพัฒนาเพื่อสร้างนวัตกรรมใหม่ๆเป็นเรื่องสำคัญมากในการพัฒนาประเทศ เมื่อดูอันดับการใช้จ่ายในด้านการวิจัยพัฒนาของประเทศไทย เราอยู่ในอันดับที่ 40 โดยมี สิงคโปร์อยู่อันดับที่ 26 และ มาเลเซีย อันดับที่ 37 เวียดนาม อันดับที่ 53 และ ฟิลิปปินส์ อันดับที่ 60

Research and Development Spending 2010

สหรัฐอเมริกา	10. รัสเซีย
จีน	13. ไต้หวัน
ญี่ปุ่น	15. ออสเตรเลีย
เยอรมัน	26. สิงคโปร์
เกาหลีใต้	37. มาเลเซีย
ฝรั่งเศส	40. ไทย
อังกฤษ	53. เวียดนาม
อินเดีย	60. ฟิลิปปินส์
แคนนาดา

การที่ประเทศไทยอ่อนด้อยในด้านการวิจัยพัฒนาค่อนข้างมากจะทำให้ขีดความสามารถในการแข่งขันทางอุตสาหกรรมของประเทศไทยไม่สามารถสู้กับประเทศที่มีการค้นพบนวัตกรรมใหม่ๆจากการวิจัยพัฒนาในห้องปฏิบัติการมาสู่การสร้างเทคโนโลยีใหม่เชิงอุตสาหกรรมเพื่อเข้าสู่เชิงพาณิชย์ได้

George Washington Carver กล่าวว่า “Since new developments are the products of creative mind, we must therefore stimulate and encourage that type of mind in every way possible.” เนื่องจากการพัฒนาคือผลผลิตของความคิดที่สร้างสรรค์ ดังนั้นเราจึงต้องกระตุ้นและส่งเสริมให้เกิดความคิดแบบนี้ในทุกทางที่เป็นไปได้J