ทำความรู้จักกับวัสดุมหัศจรรย์ล่าสุดในชื่อ Graphene ที่มนุษย์ค้นพบ และสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้มากมายมหาศาล

กราฟีน หรือ Graphene ชื่อนี้ในหลายปีที่ผ่านมา ล่าสุดหลายคนคงเคยได้ยินผ่านหูว่าเป็นวัสดุมหัศจรรย์ล่าสุดที่มนุษย์ค้นพบ และสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้มากมายมหาศาล

ในวงการวิทยาศาสตร์หันมาสนใจเรื่องราวเกี่ยวกับเจ้าวัสดุมหัศจรรย์ที่ ว่านี้ ไม่ใช่เป็นเพราะว่าผู้ค้นพบกราฟีนได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์เมื่อไม่นาน มานี้  หรือเพราะทั่วโลกมีทุ่มการลงทุนวิจัยด้านวัสดุกราฟีนอย่างคึกคัก แต่เพราะว่าวัสดุคาร์บอนที่มีการเรียงตัวของอะตอมแบบสองมิตินี้ มันมีคุณสมบัติที่น่าแปลกประหลาดใจและการใช้งานใหม่ๆ ให้ค้นพบได้ทุกวัน

ตัวอย่างเช่นคุณสมบัติด้านความแข็งแรง กราฟีนแข็งแรงกว่าเหล็กถึง 200 เท่าและแข็งกว่าเพชรเสียอีก ทำให้กราฟีนกลายเป็นวัสดุที่แข็งแรงที่สุดในโลกในขณะนี้ แต่ใครจะรู้ว่าเมื่อนำกราฟีนมาผสมกับวัสดุอื่นๆ เพื่อผลิตเป็นวัสดุผสมที่เรียกว่า Composite จะทำให้ได้วัสดุผสมหรือคอมโพสิตที่แข็งแรงที่สุดเท่าที่มนุษย์เคยมีมา

ล่าสุดนักวิจัยในประเทศออสเตรเลียได้รายงานวัสดุผสมระหว่างกราฟีน ท่อคาร์บอนนาโนและพอลิเมอร์ นำมาปั่นเป็นเส้นใยขนาดนาโน เรียกว่า  nanofiber โดยมีความแข็งแรงและเหนียวกว่าใยแมงมุมและวัสดุ Kevlar เสียอีก โดยมีค่าความแข็งแรง Toughness สูงถึง 1000 0จูลต่อกรัม (J/g) ซึ่งมากกว่าของเส้นใยแมงมุมที่มีค่าราว 165 จูลต่อกรัม และ Kevlar ซึ่งมีค่าราว 78 จูลต่อกรัม

ความแข็งแรงที่มหาศาลดังกล่าวเกิดจากการเชื่อมต่อกันเป็นโครงข่าย (Interconnection)และเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบ (Self-aligned) ระหว่างท่อคาร์บอนนาโนและแผ่นกราฟีน ที่ผสมอยู่ในพอลิเมอร์ระหว่างการขึ้นรูปเป็นเส้นใย ทำให้เราสามารถนำวัสดุใหม่นี้มาผลิตเป็นเสื้อเกราะกันกระสุนที่ทนแรงกระสุน ได้มากขึ้น และที่สำคัญบางลง จึงทำให้มีน้ำหนักเบาลงและไม่เทอะทะเวลาสวมใส่ นอกจากนี้ยังนำไปขึ้นรูปเป็นวัสดุเสริมแรง (reinforced material) เช่น นำไปทำเป็นกันชนในรถยนต์ เป็นต้น

นอกจากวัสดุผสมกราฟีนจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงในวัสดุผสมแล้ว ยังมีการค้นพบว่าเมื่อนำกราฟีนไปผสมกับ Indium ได้เป็นวัสดุผสม อินเดียม-กราฟีน

หรือนำไปผสมกับทองแดง ได้เป็นวัสดุผสม Copper-Graphene และขึ้นรูปเป็นฟิล์ม จะได้วัสดุฟิล์มที่สามารถนำความร้อนได้ดีกว่าทองแดงเสียอีก มันสามารถกระจายความร้อนได้เร็วกว่าทองแดงถึงร้อยละ 25 ทำให้มีการนำวัสดุผสม อินเดียมและกราฟีน มาผลิตเป็นวัสดุกระจายความร้อน (Heat spreader) ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แทนการใช้แผ่นทองแดง ซึ่งทำให้ลดต้นทุนของวัตถุดิบและขึ้นรูปง่ายกว่าเมื่อเทียบกับทองแดงซึ่งมี ราคาสูงมากขึ้นตามราคาตลาดโลก

แถมยังสามารถใช้เทคนิคการเคลือบด้วยปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า (Electrochemical Coating) บนวัสดุโลหะอื่นๆ ได้อีกด้วยเหมือนการเคลือบกันสนิมในรถยนต์

รายการอ้างอิง :

มหัศจรรย์วัสดุคอมโพสิตกราฟีน. ดร. อดิสร เตือนตรานนท์ (ไอที-นวัตกรรม : นวัตกรรม). วันที่ 11 สิงหาคม 2555.