Blockdit Logo (Mobile)
Antfield
•
4 ส.ค. 2019 เวลา 14:51 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
แอโรเจล (aerogel) วัสดุแห่งอนาคตที่ยังคงต้องรอเวลาออกมาโลดแล่นในโลกอุตสาหกรรม 😔
แอโรเจล วัสดุที่ถือครองสถิติของแข็งที่เบาที่สุดในโลก แล้วยังเป็นสุดยอดฉนวนกันความร้อนด้วย, Cr: วิกิพีเดีย
บางคนคงเคยได้ยินชื่อ แอโรเจล(aerogel) มาบ้างแล้วว่าเป็นวัสดุที่เบาที่สุดในโลก แต่ความพิเศษของมันไม่ได้มีแค่นั้น วันนี้เราจะมาพูดถึงศักยภาพและความเป็นไปได้ในการนำมาใช้ ประโยชน์ในรูปแบบต่างๆ
มาทำความรู้จักแอโรเจลกันก่อน แอโรเจลเป็นของแข็งที่มีส่วนประกอบหลักคืออากาศกว่า 97% จึงทำให้มันมีน้ำหนักเบามากๆ
aerogel ของแข็งที่มีส่วนประกอบหลักคืออากาศ, Cr: collier/Flickr
aerogel ชื่อของมันนั้นมีที่มาคือการผสมคำระหว่าง air กับ gel หรือ Jelly นั้นเอง ซึ่งชื่อนี้ก็มีที่มาจากประวัติการคิดค้น aerogel
aerogel คิดค้นขึ้นมาโดย Samuel Stephens Kistler ผู้ซึ่งหลงใหลในคุณสมบัติอันน่าอัศจรรย์ของเยลลี่ ที่มันเป็นได้ทั้งของแข็งและของเหลว
เยลลี่แสนอร่อยของเด็กๆ ใครเคยทำคงรู้นะครับว่าตอนแรกเป็นของเหลวเทใส่พิมพ์ทิ้งไว้สักพักก็จะแข็งเป็นทรงตามแม่พิมพ์
เยลลี่มีคุณสมบัติอย่างนั้นได้อย่างไร?
คำตอบคือโครงสร้างเจลลาติน (porous gelatin) ที่แข็งตัวและโอบอุ้มน้ำเอาไว้ในช่องว่างของโครงสร้างทำให้เยลลี่มีลักษณะเป็นของแข็งได้
Samuel คิดต่อว่าถ้าหากแทนที่น้ำด้วยอากาศล่ะจะเป็นยังไง?? แต่ความพยายามก็ไม่เป็นผลเพราะในการพยายามเอาน้ำออกจากโครงสร้างเจลาตินนั้นจะทำให้โครงสร้างเจลาตินเสียรูป อันเนื่องมาจากแรงตึงผิวของน้ำ
แต่ในที่สุดเขาก็ทำสำเร็จได้โดยการเปลี่ยนจากน้ำเป็นแอลกอฮอล์ เพื่อให้ง่ายต่อการระเหยออกไปโดยไม่ทำให้โครงสร้างเสียหาย และตัวโครงสร้าง microporous เปลี่ยนมาทำจากซิลิก้า
ด้วยแนวคิดใหม่ทำให้ แอโรเจล ได้ถือกำเนิดขึ้นมาบนโลกนี้ Cr: IMGUR
ปัจจุบันแอโรเจล มีหลายประเภทขึ้นอยู่กับวัสดุที่นำมาทำโครงสร้าง อย่างแอโรเจลที่เห็นในรูปด้านบนทำมาจาก silica และยังมีแอโรเจลที่ทำมาจากกระดาษรีไซเคิลหรือแม้แต่กราฟีนด้วย
ด้านบนแอโรเจลที่ทำมาจากกราฟีนที่ถือครองสถิติวัสดุที่เบาที่สุดในโลก ส่วนด้านล่างแอโรเจลที่ทำมาจากกระดาษรีไซเคิล, Cr: NUS
แอโรเจลเบาขนาดไหน ให้นึกภาพแอโรเจลก้อนขนาดเท่าถังน้ำ 1 คิวที่ใช้กันตามบ้านจะหนัก 5 ขีดครับ ใช้มือเดียวยกยังได้ 😁
คุณสมบัติที่น่าสนใจไม่ใช่แค่ความเบา แต่เป็นคุณสมบัติในการเป็นฉนวนกันความร้อน (0.023 W/mK at 100˚C) และคุณสมบัติการกันเสียงที่ดีกว่าโฟมกันเสียงที่ทำมาจาก polyurethane 10 - 1,000 เท่า 😲
1
ทั้งนี้เนื่องจากอากาศที่ถูกกักอยู่ในโครงสร้างแข็งจะทำหน้าที่เป็นฉนวนกันความร้อนและกันเสียงเหมือนกับกระจก 2 ชั้น หรือการก่อผนังสองชั้น เพื่อเพิ่มความเป็นฉนวนกันร้อนให้บ้านไม่ร้อน
แต่ด้วยการที่แอโรเจลมีส่วนประกอบที่เป็นของแข็งเพียงแค่ 3 % ซึ่งทั่วไจะทำมาจากซิลิกาและคาร์บอน แอโรเจลจึงเปราะมากๆ
เบา เปราะและโปร่งแสง คุณสมบัติรวมๆ ของแอโรเจล Source: NASA Photographer Maria Garcia 1997
จะเห็นได้ว่าแอโรเจลมีคุณสมบัติที่น่าสนใจมากๆสามารถประยุกต์ใช้งานได้หลากหลายรูปแบบตั้งแต่ฉนวนกันความร้อนของยานอวกาศ วัสดุกันเสียงขั้นเทพ ใช้เป็นสารห้ามเลือดในทางการแพทย์ และใช้ในอุตสหกรรมเครื่องสำอาง
และปัจจุบันเริ่มมีใช้ในวงการอุตสาหกรรมแล้ว เช่น ฉนวนหุ้มท่อร้อนในโรงงานอุตสาหกรรม
สีน้ำตาลคือฉนวนทำมาจากวัสดุ rockwool ที่มีใช้อยู่ในปัจจุบัน ส่วนแผ่นสีนวลบางๆคือแอโรเจล ซึ่งกันร้อนได้ดีกว่าแม้จะบางกว่ามาก Cr: ผมถ่ายเอง
ซึ่งแอโรเจลมีข้อได้เปรียบอย่างมาก ทั้งน้ำหนักเบา ลดความหนาฉนวนท่อในโรงงานทำให้ประหยัดพื้นที่ เดินท่อง่าย ประหยัดค่า support มีข้อดีมากมายแต่ข้อเสียเดียวลบล้างทุกอย่างคือแพง จบข่าว.... 😆
สาเหตุที่แพงไม่ใช่เรื่องติดสิทธิบัตรเพียงอย่างเดียว แต่สาเหตุหลักคือวิธีการผลิตให้ได้มาซึ่ง แอโรเจล มันทั้งยุ่งยากต้นทุนสูงไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และสำคัญที่สุดกระบวนการผลิตมีความเสี่ยงสูง
แอโรเจล ที่เบาที่สุดในโลกปัจจุบันทำจาก กราฟีน และขึ้นรูปด้วยกระบวนการพิมพ์ 3 มิติ Cr: 3Dprint.com
การผลิตที่ใช้มาตั้งแต่ปี 1980 ใช้กระบวนการที่เรียกว่า sol-gel ซึ่งต้องมีการใช้สารที่เป็นพิษและไวไฟ จนหลังจากเกิดเหตุโรงงานผลิตแอโรเจลระเบิดที่ประเทศสวีเดน ทำให้ต้องมองหาวิธีการผลิตรูปแบบใหม่ที่ปลอดภัยและต้นทุนต่ำ
ข้อจำกัดอีกอย่าง แอโรเจลยังไม่สามารถผลิตเป็นชิ้นงานขนาดใหญ่ได้ ปัจจุบันในท้องตลาดที่ขายกันจะเป็นไซส์มาตรฐานใหญ่สุดเพียง 30x30x30 CM. ส่วนราคาถ้าเป็นชิ้นขนาด 2.5x2.5x1 CM. อยู่ที่ประมาณ 1,800 บาท 😅
แอโรเจล ยังคงเป็นวัสดุที่ไม่อาจมองข้ามคุณสมบัติของมันไปได้ แต่ก็คงต้องร้องเพลงรอกันต่อไปกว่าที่เราจะหาซื้อได้ตาม 7-11 😁
โฆษณา