วงการวัสดุศาสตร์กำลังสั่นสะเทือน หลังทีมนักวิจัยจาก Tsinghua University ประเทศจีน ประกาศความสำเร็จครั้งใหญ่ด้วยการพัฒนา ฉนวนกันความร้อนรุ่นใหม่ ที่บาง เบา และยืดหยุ่นสูง แต่สามารถ ทนอุณหภูมิได้สูงถึง 2,600°C ซึ่งถือเป็นระดับที่ไม่เคยมีวัสดุชนิดใดทำได้มาก่อน
นวัตกรรมนี้อาจกลายเป็นกุญแจสำคัญในการปลดล็อกเทคโนโลยีแห่งอนาคต เช่น ยานอวกาศที่ต้องทนความร้อนขณะกลับสู่ชั้นบรรยากาศโลก, ยานยนต์ความเร็วเหนือเสียง (Hypersonic) ไปจนถึงการใช้งานในเครื่องยนต์เจ็ตหรืออุตสาหกรรมที่ต้องทำงานกับความร้อนระดับมหาศาล
จุดอ่อนของวัสดุฉนวนปัจจุบัน
- ที่ผ่านมา วัสดุฉนวนกันความร้อน (Thermal Insulation Materials – TIMs) มักมีข้อจำกัดสำคัญ 2 ประการ ได้แก่
- ทนความร้อนได้ไม่เพียงพอ – ส่วนใหญ่จะรับได้สูงสุดราว 1,500°C เท่านั้น
- มีน้ำหนักและขนาดใหญ่ – หากต้องการเพิ่มประสิทธิภาพกันความร้อน ต้องทำให้ฉนวนหนาขึ้น ส่งผลให้หนักและเทอะทะ
- ข้อจำกัดเหล่านี้เป็นปัญหาใหญ่สำหรับ อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ซึ่งน้ำหนักเพียง 1 กรัมก็มีความสำคัญต่อสมรรถนะและต้นทุนการขนส่ง
ฉนวนแห่งอนาคตจากคาร์บอนนาโนทิวบ์
ทีมนักวิจัยได้พัฒนา SACNT-SF (Super-Aligned Carbon Nanotube Films) โดยสร้างจากฟิล์มคาร์บอนนาโนทิวบ์บางเฉียบที่เรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบ และซ้อนกันหลายชั้นจนเกิดเป็นโครงสร้างที่ทั้ง เบา, ยืดหยุ่น และทนความร้อนได้สูง
คุณสมบัติเด่นของ SACNT-SF
- ค่าการนำความร้อนต่ำมาก เพียง 0.004 W/m·K ที่อุณหภูมิห้อง และ 0.03 W/m·K แม้ในอุณหภูมิสูงถึง 2,600°C
- ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซ้ำ ๆ โดยไม่เสื่อมสภาพ
- คงรูปได้แม้ในสภาพ 3,000°C ภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน
- บางและยืดหยุ่นสูง สามารถห่อหุ้มพื้นผิวซับซ้อนได้ เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือส่วนโค้งของยานอวกาศ
แม้จะมีคุณสมบัติที่โดดเด่น แต่ SACNT SF ยังมีข้อจำกัดคือ ไม่ทนต่อออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงกว่า 500°C วัสดุจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและถูกเผาไหม้อย่างรวดเร็ว ทำให้ในตอนนี้ยังไม่สามารถใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอากาศทั่วไปได้
ทีมวิจัยกำลังพัฒนา สารเคลือบป้องกันออกซิเจน เพื่อแก้ปัญหานี้ หากสำเร็จ วัสดุชนิดนี้จะพร้อมใช้งานจริงในเครื่องยนต์เจ็ตหรือระบบป้องกันความร้อนของยานอวกาศได้อย่างเต็มศักยภาพ
การถือกำเนิดของ SACNT SF ถือเป็น ความก้าวหน้าครั้งใหญ่ของวัสดุศาสตร์ระดับนาโน และอาจเปลี่ยนโฉมหน้าหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่ การบินและอวกาศ, พลังงาน, ไปจนถึง อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์
นี่คือหนึ่งในตัวอย่างที่ตอกย้ำว่า การควบคุมสสารในระดับนาโน คือกุญแจสำคัญที่จะกำหนดทิศทางเทคโนโลยีของโลกในอนาคต
tags : phys.org
