นาโนเทคโนโลยี

เฟืองขนาดนาโน

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 โดยผลลัพย์ที่ได้ก็คือ จะได้วัสดุชนิดใหม่หรือรู้คุณสมบัติที่แตกต่าง และน่าสนใจ โดยคุณสมบัติเหล่านั้นจะถูกอธิบายด้วยทฤษีทางควอนตัม (quantum theory)

ประวัติ

ริชาร์ด ไฟน์แมน (Richard Feynman) เป็นผู้ที่ได้รับการยอมรับว่า เป็นคนแรกที่แสดงความเห็นถึงความเป็นไปได้ และแนวโน้มของนาโนเทคโนโลยี ในการบรรยายเรื่อง “There’s plenty of room at the bottom” ที่สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย เมื่อปี ค.ศ. 1959 (พ.ศ. 2502) โดยการแสดงความเห็นถึงความเป็นไปได้ และโอกาสของประโยชน์ที่จะได้จากการจัดการในระดับอะตอม

ปี ค.ศ. 1974 (พ.ศ. 2517) ศาสตราจารย์ โนริโอะ ทานิกูชิ (Norio Taniguchi) แห่งมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์โตเกียวเป็นคนแรกที่เริ่มใช้คำว่า “Nanotechnology”

ประโยชน์ของนาโนเทคโนโลยี

ความหวังที่จะฝ่าวิกฤติปัจจุบันของมนุษยชาติจากนาโนเทคโนโลยีมีดังนี้

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

สาขาย่อยของนาโนเทคโนโลยี

คาร์บอนนาโนทูบ ในโครงสร้างสามมิติ

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 (อ่าน วัสดุผสม)
• ชุดนักเรียนปลอดเชื้อและกลิ่น อันเป็นความร่วมมือระหว่างนักวิจัย สวทช. กับบริษัท สยามชุดนักเรียน จำกัด ในการพัฒนาเทคโนโลยีการเคลือบผ้าด้วยอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์ ซึ่งใช้แสงเป็นตัวกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาย่อยสลาย หรือที่เรียกว่า โฟโตแคตลิสต์ (photocatalyst) โดยไทเทเนียมไดออกไซด์ที่โดนกระตุ้นด้วยแสงยูวี จะเกิดการแตกตัวและทำปฏิกิริยากับน้ำ จนได้เป็นอนุมูลอิสระซึ่งจะสามารถไปย่อยสลายโปรตีนหรือสารเคมีต่างๆ จนทำให้เชื้อแบคทีเรียและกลิ่นอับหมดไป จึงมีการนำเทคโนโลยีการเคลือบผ้าด้วยอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์นี้ไปใช้กับกระบวนการผลิตชุดนักเรียนต่อไป

อ้างอิง

• History of the Nanotechnology Meme
• สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ. ผลงานวิจัย สวทช. สู่เชิงพาณิชย์ ปี 2549-2554. ปทุมธานี : สำนักงานฯ, 2554.

ดูเพิ่ม

• ไมโครเทคโนโลยี (MEMS/MST)
• ระบบไฟฟ้าเครื่องกลจุลภาค (MEMS or Microelectromechanical Systems)
• วิศวกรรมวัสดุ - ศึกษาเกี่ยวกับการออกแบบวัสดุ เพื่อการใช้งานในอุตสาหกรรม
• วัสดุนาโน

แหล่งข้อมูลอื่น

• Nano in Thailand Blog สถานภาพความก้าวหน้าของนาโนเทคโนโลยี และ เทคโนโลยีเกิดใหม่ต่างๆ ในโลกและในประเทศไทย โดย ดร. ธีรเกียรติ์ เกิดเจริญ
• How nanotechnology will work
• นาโนเทคโนโลยี คืออะไรกันแน่ ดร.สิรพัฒ ประโทนเทพ วิชาการ.คอม
• ไขปริศนา นาโนเทคโนโลยี บน วิชาการ.คอม โดย ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา
• ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (NANOTEC) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ
• Nanotechnology สถาบันเทคโนโลยีแห่งเอเชีย (ภาษาอังกฤษ)
• Center of Nanoscience and Nanotechnology มหาวิทยาลัยมหิดล
• Nanotechnology - Foresight Institute
• Asia Pacific Nanotechnology Forum เอเชียแปซิฟิก
• Institute of Nanotechnology ยุโรป
• National Nanotechnology Initiative สหรัฐอเมริกา
• Scientific American: Nanotechnology (นิตยสาร)
• Nanotechnology Now
• Nano-Coating
• Nanotechnology