Aerogel… วัสดุแห่งอนาคต

Aerogels

วิศวกรเคมีและอาจารย์ประจำ College of the Pacific ใน California ชื่อ Samuel Stephens Kistler หรือ Steven Kistler ได้รับคำท้าของเพื่อนอาจารย์คู่ซี้อย่าง Charles Learned เรื่องแข่งกันค้นคว้าวิจัยหาเทคนิคการแทนที่น้ำในเจลเปียก หรือ Wet Gel ด้วยอากาศโดยไม่ทำให้เจลหดตัว… ใครทำได้ก่อนเป็นคนชนะ

Samuel S. Kistler ได้นำเจลเปียกไปผ่านกระบวนการ Supercritical Drying หรือ  Freeze-Drying ซึ่งเป็นการทำแห้งด้วยความเย็นจนโมเลกุลของน้ำในเจลกลายเป็นน้ำแข็ง และเมื่อผ่านความดันเข้าไป เกล็ดน้ำแข็งที่แทรกปนอยู่กับเนื้อเจลก็ถูกแยกออกจากโครงสร้าง จนกลายเป็นรูพรุนโดยไม่เสียรูปทรง… การทดสอบสมมุติฐานแรกของ Samuel S. Kistler ได้ทดลองกับ Silica Gel และประสบความสำเร็จอย่างงดงามในปี 1931

แต่การค้นคว้าวิจัยอย่างต่อเนื่องของ Samuel S. Kistler หรือ Steven Kistler มีการนำวัสดุและธาตุตั้งต้นอื่นมาทดสอบ ทั้ง AluminaChromia และ Tin Dioxide จนมีสิทธิบัตรเกี่ยวข้องกับ Aerogel มากมายก่อนที่ Samuel S. Kistler จะจากไปในวัย 75 ปี ในวันที่ 6 พฤศจิกายน ปี 1975… ก่อนที่การพัฒนา Aerogel จาก Carbon จะประสบความสำเร็จในปี 1980

ปี 1999… องค์การอวกาศสหรัฐ หรือ NASA ได้พัฒนา Silica Aerogel เป็นอุปกรณ์ดักจับฝุ่นอวกาศ ติดตั้งบนยาน Stardust เพื่อขึ้นโคจรทำภารกิจเก็บอนุภาคฝุ่นและ สะเก็ดดาวหาง Wild 2 ในปี 2004… เมื่อยาน Stardust เคลื่อนตัวเข้าถึงเส้นทางโคจรของดาวหาง Wild 2… อนุภาคดาวหางความเร็ว 6 เท่าของความเร็วลูกกระสุนปืนไรเฟิล ซึ่งแม้แต่อนุภาคฝุ่นที่มีขนาดเล็กระดับ PM 1 แต่ด้วยความเร็วที่สูงขนาดนั้น ก็อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและส่วนประกอบทางเคมีเมื่อเกิดการปะทะได้… รวมทั้งอาจสร้างความเสียหายให้กับตัวยานได้ด้วย

ยาน Stardust จึงถูกออกแบบให้ใช้ Aerogel ขนาด 1,000 ตารางเซนติเมตร และ หนา 3 เซนติเมตร ติดตั้งบนยาน เมื่อฝุ่นดาวหางปะทะแผ่น Aerogel ด้วยโมเมนตัมสูง เนื้อ Aerogel จะซับแรงพุ่งชน จนเกิดรูทรงกรวยคล้ายหัวแครอท ซึ่งมีความยาวมากกว่าขนาดของอนุภาคถึง 200 เท่า… และฝังในเนื้อของ Aerogel สามารถเก็บฝุ่นและอนุภาคดาวหางกลับมาส่งฐานได้อย่างสมบูรณ์ในปี 2006

Aerogel ที่ใช้ในยาน Stardust เป็น Silica Aerogel มีค่าความพรุนประมาณ 98% โดยปริมาตร ผลิตโดย JPL หรือ Jet Propulsion Laboratory ได้รับการควบคุมคุมคุณภาพและความบริสุทธิ์ไว้อย่างดี ทำให้ Aerogel ที่ได้มีความหนาแน่นเกือบเท่ากับอากาศ มีความแข็งแรงและทนทานในอวกาศ

ความโดดเด่นอีกประการหนึ่งของ Aerogel ก็คือ ความสามารถในการ “ป้องกันการถ่ายเทความร้อน” ได้ทั้งแบบ Convection หรือ การพาความร้อน…  Conduction หรือ การนำความร้อน และแบบ Radiation หรือการแผ่รังสีความร้อน 

Aerogel จึงถูกจัดให้เป็นฉนวนความร้อนที่ดีที่สุดในโลก และมีการใช้ Silica Aerogels และ Carbon Aerogels มาพัฒนาเป็นวัสดุฉนวนในผลิตภัณฑ์ต่างๆ รวมทั้งวัสดุก่อสร้างและตกแต่งซึ่งจะมีบทบาทอย่างมากในอนาคตอันใกล้

Aerogel ได้รับการบันทึกใน Guinness World Records ว่าเป็นของแข็งที่เบาและเป็นฉนวนที่ดีที่สุดในโลก… การออกแบบส่วนใหญ่จะทำให้โครงสร้างประกอบด้วยอากาศราว 90–99.8% ที่ความหนาแน่น 3–150 มิลลิกรัมต่อตารางเซนติเมตร สามารถรับน้ำหนักได้ 500–4,000 เท่าของน้ำหนักตัวโดยไม่เกิดความเสียหาย

Aerogel จึงมีรูปร่างลักษณะเหมือนฟองน้ำเนื้อแข็ง บางครั้งจะเรียกว่า Frozen Smoke บ้าง Solid Smoke หรือ Blue Smoke มีสมบัติโปร่งแสงแต่ไม่โปร่งใส และถือเป็นวัสดุจากวิทยาการนาโนที่กำลังจะเข้ามาอยู่ในชีวิตประจำวันของพวกเราอีกหนึ่งสิ่ง… Aerogel อยู่ในรายการวัสดุก่อสร้างแห่งอนาคตที่มุ่งหวังจะใช้เป็นชิ้นส่วนก่อสร้างทั้งบนโลกและอสังหาริมทรัพย์ในวงโคจรโลก รวมทั้งนิคมบนดวงจันทร์และนอกดาวโลกด้วย

ท่านที่สนใจนำ Aerogel ไปวิจัยทดลองรวมทั้งพัฒนาสินค้าต้นแบบ และอยากชวนผมไปร่วมสนุกด้วย หรือแค่แลกเปลี่ยนข้อมูลกันก็ยินดี… ขอทางไลน์ส่วนตัวที่ ID: dr.thum ครับผม

References…

Share this post

Add Properea's Friend

เพิ่ม Properea.com เป็นเพื่อนทาง Line
ท่านจะได้ Link บทความใหม่ส่งตรงให้อย่างสม่ำเสมอโดยรบกวนแต่น้อย

Related Post

AVAC

Clean Room Technology

จริงๆ แล้ว… มนุษย์สร้างที่อยู่อาศัยก็เพื่อต่อสู้กับธรรมชาติ เราออกแบบบ้านให้มีหลังคาเพื่อกันแดดกันฝนกันลมกันหิมะหรือแม้แต่น้ำค้าง… บ้านในเขตหนาวก็สร้างเตาผิงใส่ไว้ในบ้าน… บ้านเขตร้อนก็เจาะฝาบ้านทำหน้าต่างมันทุกด้านเพื่อถ่ายเทอากาศ

Trimble MR

Mixed Reality for Construction Technology และ HoloLens

ปัญหาหนึ่งในวงการก่อสร้างคือการเคลียร์แบบระหว่างผู้รับเหมากับวิศวกรโครงการ รวมทั้งงานติดตั้งระบบต่างๆ ในอาคารตามแบบแปลนที่ส่วนใหญ่ จะมีผู้รับเหมาและช่างติดตั้งหลายชุดเข้ามาดำเนินการ โดยเฉพาะอาคารใหญ่ๆ หรือโรงงานที่งานระบบภายในซับซ้อน และมีแบบแปลนหลายชุด ที่วิศวกรโครงการจะปวดหัวในการบริหารตารางงาน สเปคงานและอะไรอีกมากมาย บ่อยครั้งที่งานติดตั้งต้องรื้อย้ายแก้ไขซ้ำซาก จนหลายโครงการล่าช้าและสิ้นเปลืองต้นทุนจนงบประมาณบานปลายกันบ่อยๆ… ที่ผ่านมาผู้รับเหมาและวิศวกรควบคุมโครงการจะใช้แบบแปลนสื่อสารกัน แต่ความผิดพลาดก็ไม่ได้ลดน้อยลงเท่าใดนัก กระทั่งมีการเปิดตัวอุปกรณ์ MR หรือ Mixed Reality นาม HoloLens จาก MicroSoft Hololens เป็นแว่นตาที่พัฒนาขึ้นจากความร่วมมือของ NASA

Engulfing Candlestick… แท่งเทียนยืนยันการกลับตัวของราคา

Candlestick Patterns หรือ รูปแบบแท่งเทียน ที่นักลงทุนทุกคนต้องเจอะเจอนั้น… โดยส่วนตัวจะมองคู่แท่งเทียน Engulfing หรือ Engulfing Candlestick ก่อนอื่น… เพราะ Engulfing Candlestick คือคู่แท่งเทียนที่เกิดเมื่อราคาหลักทรัพย์เกิดการ “กลับตัว” ซึ่งถือเป็นสัญญาณการซื้อขายที่เชื่อถือได้มากที่สุดสัญญาณหนึ่ง และ Engulfing Candlestick จะปรากฏให้เห็นทั้งการกลับตัวจากแนวโน้มลดลงเป็นเพิ่มขึ้น หรือ Bullish Engulfing ซึ่งจะสะท้อนสัญญาณซื้อ… และจะปรากฏอีกครั้งเมื่อแนวโน้มราคาที่กำลังเพิ่มขึ้น เกิดกลับตัวลดลง หรือ Bearish Engulfing ก็จะสะท้อนสัญญาณขายออกมา

น้ำมันแพง 2022… ผลกระทบและแนวโน้มในบางฉากทัศน์

เมื่อราคาน้ำมันในตลาดโลกข้ามราคาจิตวิทยาที่ 100 ดอลลาร์สหรัฐต่อบาเรลเมื่อใด พฤติกรรมการบริโภคน้ำมันก็จะเปลี่ยนแปลงเพื่อหาพลังงานทางเลือกอื่นๆ เสมอ… ท่านที่โตทันราคาน้ำมันทะลุไปถึง 170-180 ดอลลาร์สหรัฐต่อบาเรลช่วงกลางปี 2008 คงจะจำได้ดีว่า… เจ้าของรถยนต์ในเมืองไทยส่วนหนึ่งได้หันไปดัดแปลงเครื่องยนต์เพื่อใช้ LPG และ NGV หลีกเลี่ยงราคาน้ำมันสุดโหดกันไม่น้อย… ในขณะเดียวกันก็เกิดการผลักดันนโยบายรถยนต์ประหยัดพลังงาน หรือ อีโคคาร์ หรือ ECO Car เพื่อลดอัตราการสิ้นเปลืองน้ำมันของรถใช้งานประจำวันลง