ท่อนาโนคาร์บอน

ท่อนาโนคาร์บอน
เทคโนโลยีแห่งศตวรรษที่ 21

ท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotubes) ค้นพบครั้งแรก
เมื่อปี พ.ศ.2534 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่น ชื่อ
สุมิโอะ อีจิมะ (Sumio Iijima) ด้วยคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมทั้งใน
ทางกลและทางอิเล็กทรอนิกส์ กล่าวคือมันมีความแข็งแรงที่
วัดได้ค่ามากว่าเหล็กกล้าถึงร้อยเท่า และอาจพูดได้ว่าสักวันหนึ่ง
มันจะถูกนำเข้าไปใส่แทนที่ซิลิคอนชิป หรือพวกไอซีต่างๆ ใน
วงจรอิเล็กทรอนิกส์ หรืออุปกรณ์ฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ทั้งหลาย
ที่เรากำลังใช้กันอยู่ในปัจจุบันนี้ นั่นก็หมายถึงว่า สักวันหนึ่งมัน
อาจจะทำให้ซิลิคอนชิปกลายเป็นสิ่งที่ล้าสมัยไปเลยทีเดียว
คาร์บอนเป็นธาตุที่มีลักษณะพิเศษสามารถพบได้ใน
หลายๆ รูปแบบโครงสร้าง (allotropic forms) ซึ่งแบ่งออกได้
เป็นสี่ชนิดหลักๆ ดังนี้
1) แบบมีโครงสร้างแข็งแรงทั้งสามมิติ โดยที่อะตอมของ
คาร์บอนทั้งหมดจะเกาะยึดด้วยพันธะโควาเลนท์ (covalent
bond) อย่างเดียวกับที่พบได้ในรูปของอัญมณีราคาแพง
คือเพชร ซึ่งมีความสวยงามและมีความแข็งที่สุดในบรรดาวัสดุ
ทั้งหลาย

(2) แบบมีโครงสร้างเป็นชั้นๆ หรือเป็นแผ่นสองมิติที่วาง
ซ้อนทับและยึดระหว่างชั้นเข้าด้วยกันด้วยแรงที่ต่ำกว่า คือแรง
แวนเดอร์วาลส์ (van der Waals force) พบว่าเป็นโครงสร้าง
ของแกรไฟต์ เช่นไส้ดินสอที่เรารู้จักกันดี
3) แบบโครงสร้างที่มีลักษณะเป็นแผ่นม้วนตัวเป็นท่อ
ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยมาก เลยทำให้มันดูเหมือนเป็น
เส้นยาวๆ ในแนวหนึ่งมิติ เรียกว่าท่อนาโนคาร์บอน (รูปที่ 1)
ซึ่งเป็นโครงสร้างของคาร์บอนแบบใหม่ที่เพิ่งค้นพบดังกล่าว

(4) แบบมีโครงสร้างเป็นก้อนขนาดเล็ก จนอาจถือว่ามันเป็น
จุดที่ไม่มีมิติหรือศูนย์มิติ เรียกว่าฟูลเลอรีนส์ (fullerenes)
ซึ่งส่วนใหญ่ที่พบเป็นคาร์บอนหกสิบ (C60) ที่แต่ละโมเลกุลจะ
ประกอบไปด้วยอะตอมของคาร์บอนจำนวนทั้งหมด 60 อะตอม
มาจับตัวกันด้วยพันธะโควาเลนท์ แล้วได้รูปทรงเป็นแบบก้อน
ทรงกลมกลวงคล้ายๆ ลูกตะกร้อหรือลูกบอลขนาดจิ๋ว (รูปที่ 2)

รูปที่ 2 ฟลูเลอรีน

อ้างอิงข้อมูลและภาพจาก http://physics.science.cmu.ac.th/staff/pisith/carbon1.html