เธอยัง

สองคนหนึ่งใจ

(ฉันคิด) ฐานะอะไร

วันวาเลนไทน์

วันอังคารที่ 25 มกราคม พ.ศ. 2554

ท่อคาร์บอนนาโน

นาซาทำ “ท่อคาร์บอนนาโน” บางกว่าเส้นผม 10,000 เท่าและดำกว่าสีดำที่เคยใช้ 10 เท่า ได้คุณสมบัติเชิงอิเล็กทรอนิกส์เฉพาะและแข็งแรงกว่าปกติ ประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย ทั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ วัสดุล้ำสมัย แต่องค์การอวกาศสหรัฐฯ ตั้งใจใช้ค้นหาดาวเคราะห์ขนาดเท่าโลก
      
       การพัฒนาวัสดุชนิดใหม่โดยทีมวิศวกรขององค์การบริหารการบินอวกาศสหรัฐฯ (นาซา) จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์มีเครื่องมือวัดวัตถุที่เข้าถึงได้ยากหรือใช้ศึกษาวัตถุในท้องฟ้าที่ไม่เจอเห็นมาก่อน อย่างเช่นดาวเคราะห์ขนาดเท่ากับโลกที่โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงอื่น
      
       วัสดุชนิดใหม่นี้พัฒนาขึ้นโดยทีมนักเทคโนโลยี 10 คนของนาซาในศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ด (Goddard Space Flight Center) ด้วยหลักการพื้นฐานด้านนาโนเทคโนโลยี ซึ่งทีมพัฒนาได้เคลือบฟิล์มบางให้ท่อคาร์บอนนาโนหลายผนัง ซึ่งท่อคาร์บอนนี้ทำขึ้นจากคาร์บอนบริสุทธิ์และบางกว่าผมคนเรา 10,000 เท่า
      
       สำหรับท่อคาร์บอนนาโนนั้น มีศักยภาพที่นะไปใช้งานได้หลากหลาย เช่น เป็นชิ้นส่วนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และวัสดุคุณสมบัติพิเศษที่อาศัยสมบัติเฉพาะเชิงอิเล็กทรอนิกส์และความแข็งแกร่งมากเป็นพิเศษของท่อคาร์บอนนาโน หากแต่การประยุกต์ใช้งานท่อคาร์บอนนาโนที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้ ทางนาซาให้ความสนใจที่จะใช้งานเพื่อบังแสงที่กระจายอยู่ทั่วไป ซึ่งแสงดังกล่าวมีสารพัดวิธีที่จะสะท้อนออกจากเครื่องมือและรบกวนกระบวนการตรวจวัด
      
       “เทคโนโลยีนี้ให้ผลตอบแทนเยอะมาก” ความเห็นของ เลอรอย สปารร์ (Leroy Sparr) ที่กำลังประเมินประสิทธิผลของวัสดุชนิดนี้กับเครื่องโออาร์ซีเอ (Ocean Radiometer for Carbon Assessment: ORCA) ซึ่งเป็นเครื่องมือล้ำยุคที่ออกแบบมาเพื่อวัดการสังเคราะห์แสงในทะเล เขากล่าวด้วยว่าวัสดุใหม่นี้ดำกว่าสีดำในเครื่องมือของนาซาที่ใช้เพื่อกำจัดแสงรบกวน
      
       หลักการของเทคโนโลยีใหม่ล่าสุดจากนาซานี้ ทำงานโดยอาศัยความสามารถในการดูดกลืนแสงอย่างยิ่งยวดของตัววัสดุ โดยท่อคาร์บอนนาโนนั้นถูกอัดแน่นรวมกันเป็นตั้งๆ และช่องว่างระหว่างท่อนาโนนี้จะดูดกลืนแสงที่ตกกระทบถึง 99.5% หรือในอีกแง่หนึ่งมีโฟตอนเพียงไม่กี่ตัวที่สะท้อนออกจากฟิล์มที่เคลือบท่อคาร์บอนนาโน ซึ่งหมายความว่าแสงรบกวนจะไม่สะท้อนจากผิววัสดุมาแรกสอดกับแสงที่นักวิทยาศาสตร์ต้องการศึกษาจริงๆ และการที่สายตาเรามองเห็นวัตถุเป็นสีดำเพราะมีแสงเพียงเล้กน้อยที่สะท้อนออกมาจากวัตถุนั้น
      
       ทีมวิศวกรของนาซา เริ่มต้นพัฒนาเทคโนโลยีนี้ตั้งแต่ปี ค.ศ.2007 และเมื่อปี ค.ศ.2008 กลุ่มวิจัยซึ่งไม่เป็นที่รู้จักเท่าใดนักจากสถาบันโพลีเทคนิคเรนส์เซเลอร์ (Rensselaer Polytechnic Institute) ได้ประกาศผลงานคล้ายๆ กันนี้ ว่าได้พัฒนาวัสดุจากท่อคาร์บอนนาโนที่ดำที่สุดเท่าที่เคยมีการพัฒนามา และดำกว่าวัสดุดำที่สุดที่พัฒนาได้ก่อนหน้านั้น 3 เท่า
      
       “วัสดุของเราไม่ดำเท่ากับวัสดุที่พวกเขาพัฒนาได้ แต่วัสดุที่เราพัฒนาขึ้นมานี้ดำกว่าสีดำในระบบกำจัดแสงรบกวนที่นาซาอยู่ในตอนนี้ 10 เท่า มากกว่านั้นวัสดุนี้จะถูกใช้เพื่องานด้านอวกาศต่อไป” จอห์น ฮาโกเปียน (John Hagopian) ผู้ตรวจสอบหลักของทีมพัฒนาวัสดุนี้ของนาซากล่าว
      
       ด้าน คาร์ล สตาห์เล (Carl Stahle) ผู้ช่วยหัวหน้าฝ่ายเทคโนโลยีของแผนกระบบและเทคโนโลยีเครื่องมือ (Instrument Systems and Technology Division) ของศูนย์การบินก็อดดาร์ด กล่าวว่าความแตกต่างดังกล่าวเป็นสิ่งสำคัญ เพราะไม่ใช่เทคโนโลยีทั้งหมดที่จะใช้ในอวกาศได้ เนื่องจากต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่ทารุณอยู่ตลอดเวลา
      
       “นั่นคือจุดแข็งของงานวิจัยนี้ ทีมวิจัยได้ค้นพบวิธีที่จะประยุกต์ใช้เทคโนโลยีและส่งเข้าไปในเครื่องมือวิทยาศาสตร์ของเรา” สตาห์เลกล่าว
      
       สิ่งที่เป็นการค้นพบสำคัญของทีมวิจัยนี้ คือการค้นพบวัสดุฐานที่ยึดติดแน่นเพื่อใช้ในการปลูกท่อคาร์บอนนาโน ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงไม่กี่สิบนาโนเมตร เพื่อปลูกท่อคาร์บอนนาโนวัสดุที่นักวิทยาศาสตร์ใช้เหล็กเป็นชั้นเร่งปฏิกิริยาบนฐานซิลิกอน ซึ่งทีมวิจัยได้ให้ความร้อนวัสดุโดยใส่ภายในเตาอบให้มีอุณหภูมิสูงถึง 750 องศาเซลเซียส ระหว่างให้ความร้อนนี้วัสดุจะถูกอาบก๊าซที่เต็มไปด้วยคาร์บอน
      
       สเตฟานี เกตตี (Stephanie Getty) นักวัสดุศาสตร์ทีมเดียวกับฮาโกเปียน ได้ปรับตัวแปรของฐานที่ใช้ปลูกท่อคาร์บอน โดยปรับความหนาของวัสดุตัวเร่งที่ใช้สร้างท่อคาร์บอนนาโน ซึ่งไม่เพียงแค่ดูดกลืนแสงเท่านั้นแต่ยังซ่อมแซมวัสดุด้านบนกำลังปลูกด้วย
      
       ผลจากการทดลองดังกล่าวทำให้วัสดุดังกล่าว มีความแข็งแกร่งมากขึ้นและมีรอยขีดข่วนน้อยลง และทีมวิจัยยังได้ปลูกท่อนาโนที่แข็งแกร่งลงบนไททาเนียม ซึ่งเป็นวัสดุที่มีโครงสร้างดีกว่าสำหรับใช้งานในอวกาศ และตอนนี้ทีมวิจัยกำลังปรับปรุงวิธีการผลิตวัสดุใหม่นี้เพื่อให้เกิดความสอดคล้องระหว่างคุณภาพของวัสดุกับความสามารถในการจำกัดแสงรบกวน ซึ่งฮาโกเปียนยังได้เสริมว่า ยิ่งทีมวิจัยปรับปรุงความเหมาะสมของวัสดุในอวกาศ ก็ยิ่งเป็นประโยชน์ต่อนักพัฒนาเครื่องมือด้วย
      
       ตอนนี้นักพัฒนาเครื่องมือวิทยาศาสตร์ใช้สีดำ สำหรับแผ่นกั้นและส่วนประกอบอื่นเพื่อลดแสงรบกวน เนื่องจากผลทดสอบการสะท้อนแสงได้แสดงให้เห็นว่าการเคลือบฟิล์มสีมีประสิทธิภาพลดการสะท้อนแสงมากกว่าการทาสี ดังนั้น ทีมพัฒนาเครื่องมือวิทยาศาสตร์จึงควรปลูกท่อคาร์บอนนาโนลงบนส่วนประกอบของเครื่องมือเลย ซึ่งจะทำให้การออกแบบเครื่องมือง่ายขึ้น
      
       เพื่อจัดทำส่วนประกอบที่ใหญ่ขึ้นทีมพัฒนาจึงได้ติดตั้งเตาอบขนาด 6 นิ้ว เพื่อปลูกท่อคาร์บอนนาโนให้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ถึง 5 นิ้ว และยังได้เทคนิคเพื่อสร้างแผ่นคาร์บอนนาโนที่นำไปปรับเป็นพื้นผิวที่มีความแตกต่างกันและมีขนาดใหญ่ขึ้น
      
       ทั้งนี้ ทีมเครื่องมือโออาร์ซีเอซึ่งผลิตและติดตั้งเครื่องมือต้นแบบเป็นทีมแรกที่ประยุกต์ใช้และทดสอบวัสดุชนิดใหม่นี้ โดยเครื่องมือนี้จะเป็นด่านแรกของปฏิบัติการเอซีอี (Aerosol/Cloud/Ecosystems: ACE) ที่ต้องการเครื่องมือกำจัดแสงรบกวน เพราะมากกว่า 90% ของแสงที่เครื่องมือบันทึกได้นี้มาจากชั้นบรรยากาศ ดังนั้นทีมนี้จึงต้องการเทคนิคที่จะลดการรบกวนของแสง เพื่อไม่ให้รบกวนสัญญาณแสงจางๆ ที่ทีมต้องการบันทึก
      
       “การมีเครื่องดูดกลืนแสงที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งจำเป็นและท่อคาร์บอนนาโนจะแก้ปัญหานี้ได้ ตอนนี้กำลังดูมีความหวัง หากผมสนับสนุนพวกเขาได้และพวกเขาพัฒนาเทคโนโลยีต่อไปได้ วัสดุชิ้นนี้ก็จะนำไปใช้กับส่วนประกอบของยานอวกาศได้ และจะเป็นการพัฒนาที่สำคัญสำหรับนาซาเลยทีเดียว” ชัค แมคเคลน (Chuck McClain) ผู้ตรวจสอบอาวุโสของทีมอาร์โอซีเอกล่าว

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น