'กราฟีน' วัสดุมหัศจรรย์เปลี่ยนโลกที่การันตีด้วยรางวัลโนเบล
'กราฟีน' วัสดุมหัศจรรย์เปลี่ยนโลกที่การันตีด้วยรางวัลโนเบล
วัสดุมหัศจรรย์ ที่เรียกกันว่า กราฟีน (Graphene) หากยิ่งทำการค้นคว้า วิจัย พัฒนา ค้นหาแนวทางประยุกต์ใช้ประโยชน์จากกราฟีนจะยิ่งมีเพิ่มขึ้นอย่างกว้างขวางและหลากหลาย
ตัวอย่างการประยุกต์ใช้กราฟีน เช่น แผ่นกรองขั้นสูงที่ทำจากกราฟีนออกไซด์สามารถกรองน้ำดื่มจากน้ำเสียหรือน้ำทะเลได้, ใช้แผ่นกราฟีนเป็นพาหนะนำส่งยาไปตามจุดต่าง ๆ ในร่างกายคนไข้, ใช้เคลือบอวัยวะเทียมที่ต้องฝังในร่างกายคนไข้ เช่น ลิ้นหัวใจเทียม เป็นต้น, ใช้ผสมทำน้ำมันหล่อลื่นในงานขุดเจาะขนาดใหญ่ เช่น การขุดเจาะน้ำมันเพื่อลดการเสียดทานและป้องกันการสึกกร่อนของหัวเจาะ, เพิ่มคุณภาพของพอลิเมอร์และวัสดุผสม (composites) เช่น กาวอีพอกซี มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นถึง 2 เท่าเมื่อผสมด้วยกราฟีนเพียงเล็กน้อย ฯลฯ
กราฟีน (Graphene) เป็นผลึก 2 มิติของคาร์บอนบริสุทธิ์ หรืออาจพูดได้อีกอย่างว่าเป็นแผ่นคาร์บอนบริสุทธิ์ที่บางมาก ๆ มีความหนาเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมคาร์บอนเพียง 1 ตัวเท่านั้น ถูกค้นพบตั้งแต่เมื่อปี พ.ศ. 2547 และได้รับรางวัลโนเบลเมื่อปี พ.ศ. 2553 โดยนักฟิสิกส์นามว่า ศาสตราจารย์ เซอร์ Andrei Konstantin Geim ส่วนคนที่สองมีชื่อว่า ศาสตราจารย์ เซอร์ Konstantin Novoselov ทั้ง 2 ท่านเป็นคนรัสเซียโดยกำเนิด กราฟีนได้รับการยกย่องว่าเป็นวัสดุมหัศจรรย์ เพราะมีคุณสมบัติดีเด่นหลายประการรวมอยู่ในตัวเดียวกัน เช่น
- เป็นวัสดุที่แข็งแรงที่สุดเท่าที่เคยค้นพบกันมา มีค่าความต้านแรงดึง (tensile strength) สูงถึง 130,000,000,000 ปาสคาล (ของเหล็กกล้าเบอร์ A36 มีค่า 400,000,000 ปาสคาล และของเส้นใยสังเคราะห์เคฟลาร์ (Kevlar) มีค่า 375,700,000 ปาสคาล)
- เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม เพราะอะตอมคาร์บอนที่มีจำนวนอิเล็กตรอนทั้งสิ้น 6 ตัวนั้น สองตัวแรกจะอยู่ที่เชลล์ (shell) ในสุดใกล้นิวเคลียส ส่วนอีก 4 ตัวที่เหลืออยู่ที่เชลล์นอกห่างออกมา ซึ่งอิเล็กตรอนทั้ง 4 ตัวนี้พร้อมเสมอที่จะเข้ามีพันธะเคมีกับอะตอมตัวอื่น แต่ในกราฟีนนั้นอะตอมคาร์บอน 1 ตัวจะมีพันธะเคมีกับอะตอมคาร์บอนอีก 3 ตัวในระนาบ 2 มิติ ดังนั้น จึงเหลืออิเล็กตรอนอีก 1 ตัวในมิติที่สาม (ด้านบนหรือล่างของระนาบ 2 มิติ) เรียกว่า พายอิเล็กตรอน (π electron) ที่ไม่มีพันธะกับใคร จึงสามารถเคลื่อนที่ไปไหนมาไหนได้อย่างอิสระ จากการทดลองชั้นต้นพบว่าความสามารถในการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน (electron mobility) ในกราฟีนมีค่าไม่ต่ำกว่า 15,000 cm2 / (V.s) แต่ในทางทฤษฎีประเมินกันว่ามีค่าได้ถึง 200,000 cm2 / (V.s) (เปรียบเทียบกับความสามารถในการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในทองแดงที่มีค่า 30 cm2 / (V.s))
- มีค่าอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตร (surface-to-volume ratio) ที่สูงมาก นั่นคือมีขนาดพื้นที่ผิวที่ใหญ่มาก หรือพูดอีกอย่างว่าเป็นแผ่นที่บางมาก ๆ (บางกว่าเส้นผมประมาณ 1 ล้านเท่า) และเพราะบางมากจึงโปร่งใสมาก แต่ถึงแม้จะบางมากกลับมีความสามารถในการดูดกลืนแสงสีขาว (white light) ได้สูงถึง 2.3 เปอร์เซ็นต์ ทั้งนี้ก็เพราะบทบาทของพวกอิเล็กตรอนอิสระในกราฟีนนั่นเอง ต่างกับในเพชรที่ไม่มีอิเล็กตรอนอิสระพวกนี้จึงดูดกลืนแสงได้น้อยกว่า นอกจากว่าโฟตอนของแสงจะมีพลังงานสูงมากพอ
- เป็นวัสดุที่เบาที่สุดในโลก ขนาดพื้นที่ 1 ตร. เมตร หนักเพียงประมาณ 0.77 มิลลิกรัม (แผ่นกระดาษขนาดพื้นที่เท่ากัน จะหนักกว่าประมาณ 100,000 เท่า)
- เป็นตัวนำความร้อนที่ยอดเยี่ยมที่สุดกว่าวัสดุอื่นใดที่มีอยู่ขณะนี้
- ไม่เป็นพิษกับร่างกายมนุษย์ (biocompatible) แถมมีฤทธิ์ป้องกันการก่อตัวของแบคทีเรียได้ ฯลฯ
ขอบคุณข้อมูลจาก ThEP >>
http://thep-center.org/src2/views/daily-life.php?article_id=30
