ศัพท์ S&T ทันโลก ตอน 16
กราฟีน (ตอน 1)
กราฟีน โครงสร้างมหัศจรรย์ของคาร์บอน. ที่มา: https://www.freeimages.com/photo/hexagon-structure-1c-1633276
ในห้องเรียนเราอาจจะเคยได้เรียนกันมาแล้วบ้างว่า คาร์บอนมี “รูป” ได้หลายแบบ ไม่ว่าจะเป็นกราไฟต์อย่างในไส้ดินสอที่เป็นชั้นซ้อนๆ กันของคาร์บอนที่จับกันเป็นรูป 6 เหลี่ยม อีกรูปหนึ่งก็คือ เพชร ที่เกิดจากแรงดันมหาศาล และมีโครงสร้างแข็งแกร่งจนได้เป็นเจ้าของสถิติ “โครงสร้างที่แข็งที่สุด” อยู่นานทีเดียว (แต่ตอนนี้ไม่ใช่แล้ว) และสุดท้าย รูปทรงที่ค่อนข้างไร้ระเบียบอย่างใน ถ่านหรือถ่านหิน
แต่คาร์บอนที่เป็นธาตุมหัศจรรย์ที่หลายคนเชื่อว่าถือเป็นธาตุที่สำคัญที่สุดได้ เพราะเป็นธาตุหลักที่พบอย่างขาดไม่ได้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด) ก็ยังมีรูปลักษณะอื่นได้อีกหลายแบบ (ดังจะกล่าวต่อไป) โดยเฉพาะการเรียงตัวเป็นชั้นเดียวของอะตอมคาร์บอน ที่เรียกว่า กราฟีน (graphene)
จากกราไฟต์ สู่กราฟีน
ในขณะที่กราไฟต์ที่มีรูปทรงเป็นแผ่นซ้อนๆ กันที่สร้างจากคาร์บอนมาเรียงต่อกันเป็นรูป 6 เหลี่ยมคล้ายกับรังผึ้ง
ในเดือน ต.ค. 2004 คอนสแตนติน โนโวเซลอฟ (Konstantin Novoselov) กับอังเดร เกอิม (Andre Geim) กับเพื่อนร่วมงานคนอื่นๆ ของพวกเขาก็ค้นพบวิธีการแยกกราไฟต์ที่หนาเพียงชั้นเดียวออกมาได้ อีกทั้งยังสามารถเคลื่อนย้ายถ่ายเท “ชั้นคาร์บอน” ดังกล่าวไปยังวัตถุต่างๆ ได้
แต่ที่สำคัญที่สุดคือ สามารถตรวจวัดความสามารถในการนำไฟฟ้าของชั้นคารบอนดังกล่าว
ต่อมาก็เรียกชั้นเดี่ยวๆ เพียงชั้นเดียวของอะตอมคาร์บอนที่ได้จากกราไฟต์ดังกล่าวว่า “กราฟีน” นั่นเอง
https://www.freeimages.com/photo/hexagon-structure-3g-1633279
เรื่องนี้ทำลายความเชื่อของคนในวงการที่ว่า ไม่น่าจะมีใครแยกกราไฟต์เพียงชั้นเดียวออกมาได้แน่
และยิ่งไม่น่าจะวัดกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านได้ด้วย แต่พวกเขาก็ทำได้สำเร็จ และตีพิมพ์งานดังกล่าวในวารสารชื่อดัง PNAS (ฉบับที่ 102 หน้า 10451) ในปีถัดมา ซึ่งก็ทำให้ทั้ง 2 คนได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ใน ค.ศ. 2010 ซึ่งเป็นภายหลังการตีพิมพ์เพียง 5 ปี
press release รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 2010 ที่ให้กับผู้คิดค้นวิธีสร้างกราฟีน ดาวน์โหลดเอกสารได้ที่ https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2010/press-release/
สำหรับรางวัลโนเบลแล้วต้องถือว่าได้รับรางวัลเร็วมาก แสดงนัยว่าการค้นพบนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ประโยชน์ได้ง่ายและได้มากในเวลาอันรวดเร็ว
นักวิจัยสนใจกราฟีนมากตั้งแต่เริ่มหาวิธีสร้างสำเร็จใหม่ๆ เพราะสมบัติหลายประการของมัน เช่น มันทนแรงดึงได้มากถึง 1.3 แสนล้านพาสคัล ซึ่งมากกว่าของเหล็ก (400 ล้านพาสคัล)
เคยมีคนคำนวณไว้ว่า หากสามารถสร้างแผ่นกราฟีนที่หนาเท่ากับแผ่นพลาสติกที่ใช้ห่ออาหารแล้ว การจะทำให้มันทะลุได้ต้องอาศัยแรงเท่าๆ กับการเอาช้างทั้งตัวไปยืนขย่มอยู่บนแท่งดินสอ แล้วเอาปลายดินสอมาจิ้มกับมัน !
กราฟีนนำไฟฟ้าได้ดีกว่าทองแดงถึง 10 เท่า ยืดขยายขนาดได้ 20% โดยไม่เสียหาย และเมื่ออยู่ในรูปของ “กราฟีนออกไซด์” ก็ยังใช้ฆ่าเชื้อแบคทีเรียได้อีกด้วย
ด้วยคุณสมบัติต่างๆ ที่กล่าวมาข้างต้น ทำให้เกิดความต้องการกราฟีนสูงขึ้นมาก
ปัจจุบันผู้ผลิตกราฟีนรายใหญ่ของโลก คือ จีนและอินเดีย (ผลิตได้ 70% และ 14% ตามลำดับ) โดยมีมูลค่าตลาดราว 1.2 หมื่นล้านเหรียญสหรัฐฯ ต่อปี
กราฟีนที่นำมาม้วนอย่างเหมาะสมยังทำให้ได้โครงสร้างที่มีสมบัติและการประยุกต์ใช้งานแตกต่างออกไปอีก 2 แบบคือ
เราสามารถปรับเปลี่ยนกราฟีนให้กลายรูปไปเป็นรูปทรงแบบอื่นได้. ที่มา: https://ninithi.files.wordpress.com/2015/07/graphene-to-others.jpg
ม้วนจนได้เป็นทรงกลมเรียกว่า ฟูลเลอรีน (fullerene) (มีปรับโครงสร้างด้วยเล็กน้อย) และทรงกระบอกเรียกว่า คาร์บอนนาโนทิวป์ (carbon nanotube)
โครงสร้างทั้ง 2 แบบใช้นำยาส่งยาไปยังเซลล์เป้าหมาย และใช้งานแบบอื่นๆ ได้ด้วย จึงมีประโยชน์มาก
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
