นาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology) คืออะไร

นาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology) คืออะไร


นาโนเทคโนโลยี (อังกฤษ: Nanotechnology) คือ เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการจัดการ การสร้างหรือการวิเคราะห์ วัสดุ อุปกรณ์ เครื่องจักรหรือผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กมาก ๆ ในระดับนาโนเมตร (ประมาณ 1-100 นาโนเมตร) รวมถึงการออกแบบหรือการประดิษฐ์เครื่องมือเพื่อใช้สร้างหรือวิเคราะห์วัสดุในระดับที่เล็กมากๆ เช่น การจัดอะตอมและโมเลกุลในตำแหน่งที่ต้องการได้อย่างถูกต้องแม่นยำ ส่งผลให้โครงสร้างของวัสดุหรืออุปกรณ์มีคุณสมบัติพิเศษขึ้นไม่ว่าทางด้านฟิสิกส์ เคมี หรือชีวภาพ และสามารถนำไปใช้ให้เกิดประโยชน์ได้
นาโนศาสตร์ (Nanoscience) คือ วิทยาศาสตร์แขนงหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการศึกษา วัสดุ อินทรีย์ อนินทรีย์ และรวมไปถึงสารชีวโมเลกุล ที่มีโครงสร้างสามมิติ ยาว กว้าง สูง ด้านใดด้านหนึ่งอยู่ระหว่าง 1-100 นาโนเมตร โดยวัสดุชนิดใดก็ตาม ถ้ามีมิติทั้งสามเล็กกว่า 100 นาโนเมตร วัสดุชนิดนั้นก็จะถูกเรียกว่า สาม-ดี วัสดุนาโน (3-D nanomaterial) ถ้ามีแค่ สอง หรือ หนึ่งมิติ ที่เล็กกว่า 100 นาโนเมตร ก็จะถูกเรียกว่าวัสดุ สอง-ดี (2-D) และ หนึ่ง-ดี (1-D) ตามลำดับ คุณสมบัติของวัสดุนาโนจะแตกต่างจากวัสดุขนาดใหญ่ (bulk materials) ไม่ว่าจะเป็นคุณสมบัติ ทางฟิสิกส์ เคมี และชีวภาพ ล้วนแล้วแต่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว ดังนั้นถ้าพูดถึง นาโนศาสตร์ ก็จะเป็นการสร้างหรือศึกษาวัสดุที่มีโครงสร้างในระดับนาโนเมตร โดยผลลัพธ์ที่ได้ก็คือ จะได้วัสดุชนิดใหม่หรือรู้คุณสมบัติที่แตกต่าง และน่าสนใจ โดยคุณสมบัติเหล่านั้นจะถูกอธิบายด้วยทฤษฏีทางควอนตัม (quantum theory)

ประโยชน์ของนาโนเทคโนโลยี

ความหวังที่จะฝ่าวิกฤติปัจจุบันของมนุษยชาติจากนาโนเทคโนโลยี มีดังนี้
  1. พบทางออกที่จะได้ใช้พลังงานราคาถูกและสะอาดเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
  2. มีน้ำที่สะอาดเพียงพอสำหรับทุกคนในโลก
  3. ทำให้มนุษย์สุขภาพแข็งแรงและอายุยืนกว่าเดิม (มนุษย์อาจมีอายุเฉลี่ยถึง 200 ปี)
  4. สามารถเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรได้อย่างพอเพียงกับประชากรโลก
  5. เพิ่มศักยภาพในการติดต่อสื่อสารของผู้คนทั้งโลกอย่างทั่วถึง ทัดเทียม และพอเพียง
  6. เพิ่มศักยภาพในการสำรวจอวกาศมากขึ้น

สาขาย่อยของนาโนเทคโนโลยี

  1. นาโนอิเล็กทรอนิกส์ (Nanoelectronics)
  2. นาโนเทคโนโลยีชีวภาพ (Bionanotechnology)
  3. นาโนเซนเซอร์ (Nanosensor)
  4. การแพทย์นาโน (Nanomedicine)
  5. ท่อนาโน (Nanotube)
  6. นาโนมอเตอร์ (Nanomotor)
  7. โรงงานนาโน (Nanofactory)

ตัวอย่างผลงานจากนาโนเทคโนโลยี

  • คอนกรีตชนิดหนึ่งใช้เทคโนโลยีนาโน ใช้ Biochemical ทำปฏิกิริยาย่อยสลายกับมลภาวะที่เกิดจากรถยนต์ เช่น ไนโตรเจนไดออกไซด์ ในประเทศอังกฤษได้เริ่มมีการใช้เทคโนโลยีนี้ในการสร้างถนนและอุโมงค์ต่างๆ เพื่อลดมลภาวะบนท้องถนน และขณะเดียวกันเทคโนโลยีนาโน ทำให้อนุภาคคอนกรีตมีขนาดเล็กมาก ฝุ่น และแบคทีเรีย ไม่สามารถฝังตัวในเนื้อคอนกรีตได้ ทำให้อาคารที่ใช้คอนกรีตชนิดนี้ ดูใหม่เสมอ และยังคงไม่สะสมเชื้อโรค
  • เสื้อนาโน ด้วยการฝัง อนุภาคนาโนเงิน (silver nanoparticle) ทำให้เกิดปฏิกิริยากับการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย
  • ไม้เทนนิสนาโน ผสม ท่อคาร์บอนนาโน เป็นตัวเสริมแรง ทำให้แข็งแรงขึ้น

       ท่านผู้อ่านคงเคยได้ยินคำว่านาโนเทคโนโลยีบ่อยๆ นาโนเทคโนโลยีเป็นกระแสใหม่ของการพัฒนาเทคโนโลยีในศตวรรษที่ 21 ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการสร้าง การออกแบบวัสดุ หรือผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กมากในระดับ 0.1 ถึง 100 นาโนเมตร เทียบเท่ากับระดับอนุภาคของโมเลกุลหรืออะตอม ซึ่ง 1 นาโนเมตร มีค่าเท่ากับ 1 ในพันล้านส่วนของเมตร

    นอกจากนี้นาโนเทคโนโลยียังรวมถึงการจัดเรียงอะตอมและโมเลกุลในตำแหน่งที่ต้องการได้อย่างแม่นยำและถูกต้อง ทำให้ได้โครงสร้างของวัสดุหรือสสารที่มีคุณสมบัติพิเศษไปจากเดิม ไม่ว่าทางด้านฟิสิกส์ เคมี หรือชีวภาพ ส่งผลประโยชน์ต่อผู้ใช้สอย ถ้าเปรียบแล้วคงเหมือนกับ "การเล่นแร่แปรธาตุ" ในสมัยก่อนที่มีการพยายามเปลี่ยนตะกั่วให้เป็นทอง โดยการใช้สารเคมีและความร้อนมาช่วยในการเปลี่ยนโครงสร้างโมเลกุล สมัยก่อนนักเคมีทดลองโดยขาดความรู้ว่าสสารต่างๆมีการจัดเรียงตัวอย่างไร และธาตุบริสุทธ์มีองค์ประกอบทางเคมีอย่างไร แต่เมื่อเราสามารถทราบถึงการจัดเรียงตัวของอะตอมที่ก่อให้เกิดเป็นธาตุต่างๆและสามารถบังคับควบคุมการจัดเรียงตัวของอะตอมให้เป็นไปตามที่ต้องการ การเปลี่ยนตะกั่วให้เป็นทองหรือการเปลี่ยนถ่านให้เป็นเพชรก็คงไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไป
   
     นาโนเทคโนโลยีเข้ามาเกี่ยวข้องในชีวิตประจำวันของเรามากขึ้นเรื่อยๆ ตัวอย่างเช่นผลิตภัณฑ์สิ่งทอเสื้อนาโนซึ่งเริ่มมีการจำหน่ายในบ้านเรา โดยเป็นเสื้อที่ได้ประยุกต์เอาเทคโนโลยีระดับนาโนมาเพิ่มประสิทธิภาพของเนื้อผ้าธรรมดาให้มีคุณสมบัติที่มีประโยชน์หลายประการมากขึ้น เช่นประการแรกคือคุณสมบัติกันน้ำ โดยการเคลือบด้วยสารบางชนิดที่ไม่ชอบน้ำ คุณสมบัติข้อต่อมาคือ กันรังสียูวี โดยเคลือบด้วยซิงค์ออกไซด์ (zinc oxide, ZnO) และไททาเนียมไดออกไซด์ (titanium dioxide, TiO2) ซึ่งสามารถสะท้อนแสงและรังสียูวีได้ดี คุณสมบัติอย่างที่สามคือกันแบคทีเรียโดยเคลือบด้วยอนุภาคเงินนาโนหรือนาโนซิลเวอร์ ซึ่งอนุภาคเงินนี้เมื่อทำปฏิกิริยากับแบคทีเรีย จะขัดขวางการแบ่งตัวของดีเอ็นเอของเซลล์แบคทีเรียและทำให้แบคทีเรียตายลง อีกวิธีหนึ่งคือเคลือบด้วยซิงค์ออกไซด์หรือไททาเนียมไดออกไซด์ ซึ่งมีความสามารถอีกอย่างหนึ่งคือฆ่าเชื้อแบคทีเรียได้เมื่อมีแสงและกำจัดกลิ่นได้ ประการที่สี่คือกันไฟฟ้าสถิตย์ โดยเพิ่มสารที่เพิ่มความชื้นกับเนื้อผ้าและสารที่มีสมบัตินำไฟฟ้า ประการที่ห้าคือ กันยับ ซึ่งหลายคนคงชอบเพราะจะได้ไม่ต้องเสียเวลาในการรีดผ้า โดยเฉพาะผ้าฝ้ายและผ้าไหม โดยมีการพัฒนาใช้ไททาเนียมไดออกไซด์ในผ้าฝ้ายและนาโนซิลิก้าผสมมาเลอิกแอนไฮดรายด์ (maleic anhydride) ในผ้าไหมซึ่งสามารถป้องกันการยับได้
 

     เสื้อนาโนนี้ยังถูกพัฒนาให้ใช้ได้กับข้าราชการตำรวจจราจร โดยทำเป็นชุดตำรวจที่เคลือบเส้นใยด้วยนาโนซิลเวอร์ ที่สามารถป้องกันกลิ่นอับชื้น สวมใส่สบาย เคลื่อนไหวสะดวกและคงทนแข็งแรง ผลิตภัณฑ์ สิ่งทออื่นที่มีนักวิจัยคิดค้นขึ้น คือเสื้อกันฝนซึ่งสามารถกันน้ำและแห้งได้ตลอดเวลา โดยผลิตจากเส้นใย โพลีเอสเตอร์ ที่เคลือบด้วยเส้นใยซิลิกอน (silicon) เล็กๆ เป็นจำนวนนับล้านเส้น ที่มีขนาดระดับนาโน (10-9 m) ที่มีความสามารถในการช่วยป้องกันหยดน้ำจากภายนอกไม่ให้ซึมผ่านเข้าไปในเส้นใยผ้าได้ แม้จะนำผืนผ้านี้ไปแช่ในน้ำนานถึง 2 เดือน เมื่อนำขึ้นมาจากน้ำแล้วผิวสัมผัสยังแห้งสนิท


     นอกจากผลิตภัณฑ์สิ่งทอที่นาโนเทคโนโลยีเข้าไปเกี่ยวข้องแล้ว วัสดุที่ใช้ในครัวเรือนเช่นกระจก ก็ยังมีการนำเอานาโนเทคโนโลยีไปพัฒนาให้เป็นกระจกทำความสะอาดตัวเอง (Self-cleaning glass)  เป็นการนำ คุณสมบัติของอนุภาคนาโนบางชนิดมาประยุกต์ทำให้ไม่ต้องใช้สารเคมีในการทำความสะอาด นักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นกระจกทำความสะอาดตัวเองโดยกระจกนี้ทำจากกระจกธรรมดาแต่นำมาเคลือบผิวด้วยฟิล์มบาง 2 ชั้น ชั้นแรกเป็นสารที่มีคาร์บอนอะตอมต่อเป็นสายโซ่ยาว ปลายข้างหนึ่งยึดติดอยู่กับผิวของกระจก ส่วนปลายอีกข้างหนึ่งออกสู่ภายนอกเป็นหมู่ที่จับกับน้ำได้ดี เมื่อมีน้ำเกาะที่ผิวชั้นนี้จะทำให้โมเลกุลของน้ำกระจายไปทั่วแผ่นกระจกและระเหยไปได้อย่างรวดเร็ว ไม่ทิ้งคราบไว้บนกระจก ส่วนฟิล์มชั้นที่สองเป็นฟิล์มบางของสารไททาเนียมไดออกไซด์ ที่ช่วยย่อยสลายโมเลกุลของสิ่งสกปรกซึ่งเป็นสารอินทรีย์ที่เกาะบนผิวกระจกให้เป็นโมเลกุลเล็กลงและหลุดออกไปจากผิวกระจกเมื่อโดนแสงยูวี และเมื่อโดนน้ำก็ถูกชะล้างออกไปได้ง่ายดาย เมื่อใช้กระจกเหล่านี้กับรถยนต์จะช่วยทำให้มองเห็นการจราจรได้ชัดเจนขณะฝนตก กระจกทำความสะอาดตัวเอง สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ไม่ว่าจะเป็น หน้าต่างประตูของอาคารบ้านเรือน สัญญาณไฟจราจร กระจกในห้องน้ำ รถยนต์ จอคอมพิวเตอร์ รวมถึงเลนส์กล้องถ่ายรูป และเลนส์แว่นตาอีกด้วย
 
      นาโนเทคโนโลยี ยังถูกใช้ในการพัฒนาผลิตภัณฑ์อีกมากมายทั้งเครื่องสำอาง ผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีทางการแพทย์และยา อุตสาหกรรมเครื่องกลและคอมพิวเตอร์ ที่ล้วนแล้วแต่มีประโยชน์และเกี่ยวข้องอยู่ในชีวิตประจำวันของเราทุกคนและจะมีอิทธิพลต่อการดำรงชีวิตต่อไปของเราเป็นอย่างมาก อย่างไรก็ตามสิ่งที่มีประโยชน์ก็อาจมีโทษตามมาได้ ได้มีการศึกษาถึงความปลอดภัยของการใช้นาโนเทคโนโลยีและพบตัวอย่างงานวิจัยด้านพิษวิทยาที่แสดงให้เห็นว่าหากอนุภาคนาโนเข้าสู่ร่างกาย เช่น จากการหายใจ การรับประทาน หรือผ่านทางผิวหนัง อนุภาคเหล่านั้นก่อให้เกิดความเป็นพิษต่อสัตว์ทดลองได้ ดังนั้นเพื่อความปลอดภัยในการใช้นาโนเทคโนโลยี การสร้างมาตรฐานความปลอดภัยจึงควรดำเนินไปพร้อมๆ กับการวิจัยด้านนาโนเทคโนโลยีเพื่อไม่ก่อให้เกิดโทษตามมาในภายหลัง

ข้อมูลงานวิจัยด้านนาโนเทคโนโลยี 

งานวิจัยด้านนาโนเทคโนโลยีในประเทศไทยขณะนี้อยู่ระหว่างการวิจัยและพัฒนา ซึ่งมีหลายโครงการ เช่น การผลิต NANO-Clay Membrane สำหรับกระบวนการบำบัดน้ำ , การประดิษฐ์ต้นแบบเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดที่ใช้อนุภาคนาโนเป็นตัวรับอิเล็กตรอน , การควบคุมการปลดปล่อยโปรตีนจากอนุภาคนาโนไคโตซาน เป็นต้น และในปัจจุบันมีผลิตภัณฑ์ที่ใช้เทคโนโลยีนาโนว่างจำหน่ายมีหลากหลาย เช่น ครีมบำรุงผิว ของบริษัทลอรีอัล ปารีส ประเทศฝรั่งเศส , แร็กเก็ตเทนนิส ของบริษัท Babolat ประเทศฝรั่งเศสที่ผลิตจากกราไฟต์ ผสมกับท่อนาโนของคาร์บอน , ลูกเทนนิส ของบริษัท Inmat ในนิวเจอร์ซี สหรัฐฯ ที่มีการเคลือบแกนในของลูกเทนนิสด้วยพอลิเมอร์นาโนคอมพอสิทที่ เป็นต้น สำหรับในประเทศไทย ซึ่งขณะนี้งานวิจัยทางด้านนาโนเทคโนโลยีหลายสาขากำลังอยู่ในช่วงของการทดลอง ในห้องปฏิบัติการณ์ตามมหาวิทยาลัยชั้นนำและ สวทช. โดยงานวิจัยเหล่านี้ครอบคลุมทั้งทางด้าน นาโนอิเล็กทรอนิกส์ วัสดุนาโน และนาโนเทคโนโลยีทางชีวภาพ 
สามารถหาข้อมูลได้ที่ Website : http://www.nanotec.or.th/


แหล่งข้อมูล/ที่มา นาโนเทคโนโลยีในชีวิตประจำวัน  นาโนเทคโนโลยี

ขอบคุณภาพประกอบจากเว็บไซต์




วีดีโอ นาโนเทคโนโลยี จาก YouTube


นาโนเทคโนโลยี

อัปโหลดโดย  เมื่อ 15 พ.ย. 2011