แบตเตอรี่กระดาษจากสาหร่าย

แบตเตอรี่กระดาษจากสาหร่าย
       แบตเตอรี่จัดเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่ใช้ พลังงานในชีวิตประจำวันของเรา ตั้งแต่เครื่องคอมพิวเตอร์แบบพกพา โทรศัพท์มือถือ นาฬิกา ของเล่น กล้องภ่ายภาพ แม้กระทั่งไฟฉาย แบตเตอรี่และถ่านที่ให้พลังงานเหล่านี้เป็นสาเหตุหนึ่งของมลพิษในสิ่งแวด ล้อม มีการประมาณการว่าการบ้านหนึ่งหลังใช้แบตเตอรี่ถึง 20 หน่วยต่อปี และผลกระทบที่เกิดขึ้นแบตเตอรี่ที่หมดอายุการใช้งานจำนวนนับแสนตันกลายเป็น ขยะอันตราย เมื่อแบตเตอรี่และถ่านเหล่านี้เสื่อมประสิทธิภาพสารเคมีโลหะหนักที่เป็น อันตรายเช่น ตะกั่ว และแคดเมี่ยม จะไหลออกมาบนปื้นเปื้อนในดิน และแหล่งน้ำใต้ดิน
นักวิจัยได้พัฒนาแบตเตอรี่ที่ไม่มีสารโลหะเป็นองค์ประกอบ โดยใช้สารประกอบโพลิเมอร์ที่ชื่อว่า Polypyrrole ทด แทน แต่ประสิทธิภาพที่ได้ยังไม่ดีเพียงพอที่จะนำมาใช้ในระดับอุตสาหกรรม วิธีการหนึ่งที่จะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่โดยปลอดโลหะ ทำได้โดยการใช้สารโพลิเมอร์ที่มีสมบัติในการนำไฟฟ้ามาใช้เป็นอิเล็กโทรด รวมทั้งการสร้างฟิลม์บางที่เหมาะสม และมีพื้นที่ผิวจำนวนมากบนวัสดุรองรับ Maria Stomme นักวิจัยกล่าวว่า เซลลูโลสเป็นวัสดุรองรับที่ดี เนื่องจากเป็นวัสดุที่หาได้ง่ายในธรรมชาติ และเป็นวัสดุที่ถูกนำมาใช้ในระดับอุตสาหกรรม ยิ่งไปกว่านั้นเส้นใยของเซลลูโลสสามารถใช้ร่วมกับสาร Polypyrrole ทำให้สามารถเคลือบโพลิเมอร์ลงบนเส้นใยได้ดี การใช้สารประกอบแต่งระหว่างเซลลูโลส และโพลิเมอร์นำไฟฟ้านั้นมีความเป็นไปได้สูงในการนำกลับมาใช้ใหม่ มีน้ำหนักเบา และมีความทนทานสูง รวมทั้งมีต้นทุนในการผลิตที่ราคาถูก ทีมวิจัยจาก Uppsala University ได้พัฒนาสารประกอบแต่ง polypyrrole- cellulose ที่สามารถนำไฟฟ้าได้ มีความคงทน น้ำหนักเบา และมีความยืดหยุ่นสูง อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์ยังต้องคำนึงถึงโครงสร้าง ระดับนาโนเมตรของพื้นที่ผิวของเซลลูโลสอีกด้วยโดยนักวิจัยได้ทำการค้นหาพืช ที่สามารถสร้างเซลลูโลสที่มีพื้นที่ผิวมากตามที่ต้องการ

ภาพสาหร่าย Cladophora

       นักวิจัยค้นพบว่า Cladophora สาหร่าย สายสีเขียว ในทะเลบอลติก สามารถสร้างเซลลูโลส  ที่แตกต่างจากเซลลูโลสที่ได้จากพืช   และฝ้ายทั่ว ๆ ไป ที่ใช้อุตสาหกรรมผลิตกระดาษ เนื่องจากเมื่อเปรียบเทียบโครงสร้างและพื้นที่ผิวแล้วเซลลูโลสธรรมดามี พื้นที่ผิว 1 ตารางเมตรต่อ 1 กรัม แต่โครงสร้างเซลลูโลสของสาหร่ายมีพื้นที่ผิวมากกว่าถึง 100 เท่า
เมื่อทำการเคลือบแผ่นเซลลูโลสจากสาหร่ายด้วย Polypyrrole ที่ มีความหนาประมาณ 50 นาโนเมตร นักวิจัยชาวสวีเดนก็สามารถผลิตแบตเตอรี่ที่มีน้ำหนักเบามาก และสร้างสถิติใหม่ของระยะเวลาในการประจุไฟฟ้า และความความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้า ของแบตเตอรี่ประเภทนี้เลยทีเดียว โดยแบตเตอรี่ชนิดนี้ใช้เวลาในการอัดประจุเพียงแค่ 11 วินาที และมีความจุกระแสถึง 38-50 Ah/kg ซึ่งเป็นค่าสุงสุดของแบตเตอรี่กระดาษที่เคยมีการรายงานก่อนหน้านี้ ในการทดลองได้มีการใช้กระแสไฟในการประจุไฟฟ้า 600 มิลลิแอมแปร์ต่อ 1 ตารางเซนติเมตร และหลังจากการทดลองอัดประจุไฟฟ้า 100 ครั้ง พบว่าแบตเตอรี่มีประสิทธิภาพลดลงเพียงแค่ 6 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น

ภาพแบตเตอรี่กระดาษจากสาหร่าย ภาพทางด้านซ้ายแสดงส่วนต่าง ๆ ของแบตเตอรี่ ส่วนทางด้านขวา คือภาพของแบตเตอรี่กระดาษก่อน และหลังหุ้มด้วยแผ่นอลูมินัม

       แบตเตอรี่กระดาษชนิดใหม่นี้เป็นมิตรต่อ สิ่งแวดล้อม สามารถย่อยสลายได้ มีน้ำหนักเบา มีราคาถูก สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับบรรจุภัณฑ์อัจฉริยะ แผงอิเล็กทรอนิกส์ ผลิตภัณฑ์กระดาษ และสิ่งทอได้อีกด้วย ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จากสาหร่ายนี้สูงกว่าแบตเตอรี่กระดาษที่ได้มีการ วิจัยมาก่อนหน้า และยังมีข้อดีเกี่ยวกับอายุการใช้งานอีกด้วย เนื่องจากสามารถทำการอัดประจุ และคายประจุได้หลายครั้งโดยแทบจะไม่สูญเสียประสิทธิภาพในการเก็บประจุไฟฟ้าเลย

แหล่งข้อมูลอ้างอิงhttp://www.physorg.com
http://www.nanowerk.com
http://www.rsc.org
http://www.thai-nano.com

นาโนเทคโนโลยี จะช่วยเราร่วมมือกับภัยพิบัติได้อย่างไร

 นาโนเทคโนโลยี จะช่วยเราร่วมมือกับภัยพิบัติได้อย่างไร

          ข่าวที่ กำลังครึกโครมอยู่ตอนนี้เห็นจะหนีไม่พ้น ภัยพิบัติที่กำลังเกิดขึ้นทั่วโลกไม่ว่าจะเป็น พายุไซโคลนนากิส ถล่มย่างกุ้งเมืองหลวงเก่าของพม่า ที่ตั้งอยู่ปากแม่น้ำอิรวดี ซึ่งเป็นบริเวณที่มีผู้คนอยู่อย่างหนาแน่น ส่งผลให้เกิดความเดือนร้อนอย่าง แสนสาหัส โดยมีการประมาณการว่ามีผู้ได้รับผลกระทบถึง 2.4 ล้านคน ตายและสูญหายถึง 133,000 คน แผ่นดินไหวรุนแรงระดับ 7.9 ริคเตอร์ที่ประเทศจีน ทำให้เขื่อน 69 แห่งกำลังจะพัง สภาพทางภูมิศาสตร์เปลี่ยนแปลง คาดว่าประชาชนได้รับผลกระทบจากแผ่นดินไหวครั้งนี้ประมาณ 45 ล้านคน ในจำนวนนี้ 5 ล้านคนไม่มีที่อยู่อาศัย บาดเจ็บ 360,058 คน และสูญหาย 23,150 ทอร์นาโดที่ถล่มรัฐไอโอวา ในประเทศสหรัฐอเมริกา แม้จะมีผู้เสียชีวิตโดยประมาณ เพียงแค่ 8 คน แต่ทอร์นาโดก็ได้ทำลายบ้านถึง 50 หลัง และ อีก 150 หลังได้รับความเสียหาย นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ยังมีข้อมูลจาก NOAA (National Hurricane center) ของสหรัฐอเมริกา ว่าในปี 2008 พายุ และทอร์นาโดที่เกิดขึ้นในมหาสมุทร แอตแลนติก และแปซิฟิกจะทวีความรุนแรงและมีจำนวนเพิ่มมากขึ้นกว่าที่เคยมีการคาดการเอาไว้
          การที่จะยับยั้งภัยพิบัติตามธรรมชาติโดยตรงนั้นทำได้ยาก สิ่งที่เราสามารถทำได้ในขณะนี้คงเป็นเพียงระบบการเตือนภัยที่รวดเร็ว และการคาดการณ์ที่แม่นยำเพื่อเตรียมรับมือกับสถานะการที่เกิดขึ้น เช่นการอพยพ การเตรียมอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการช่วยเหลืออย่างทันท่วงที รวมถึงการประสานความร่วมมือจากประเทศข้างเคียง หรือพันธมิตรเพื่อลดการสูญเสียให้น้อยที่สุด จากนั้นก็จะหนีไม่พ้นเทคโนโลยีที่จะช่วยเหลือผู้ประสบภัยได้อย่างทันท่วงที ไม่ว่าจะเป็นด้านอาหาร น้ำดื่ม และยารักษาโรค รวมถึงการดูแลทางด้านจิตใจอีกด้วย จากนั้นจะเป็นการฟื้นฟูสภาพพื้นที่ ไม่ว่าจะเป็นด้านสาธารณูปโภคพื้นฐาน ที่อยู่อาศัย รวมถึงการคมนาคมที่สูญเสียไป
นาโนเทคโนโลยีจะช่วยส่งเสริม และเพิ่มประสิทธิภาพในกระบวนการรับมือภัยพิบัติตามธรรมชาติให้มีประสิทธิภาพ ยิ่งขึ้น โดยสามารถนำไปใช้ได้ในทั้ง 3 กระบวนการข้างต้น ในบทความนี้จะนำเสนอเพียงบางตัวอย่างที่ได้มีการพัฒนาในห้องปฏิบัติการต่าง ๆ เพื่อนำมาประยุกต์ใช้ในการรับมือกับภัยพิบัติที่อาจจะเกิดอย่างรุนแรงมาก ยิ่งขึ้นในอนาคต
           ในด้านของการเตือนภัย หรือการคาดการพยากรณ์ล่วงหน้าเกี่ยวกับภัยพิบัติ ปัจจุบันได้รับการพัฒนาไปอย่างมากทำให้สามารถเตือนภัยก่อนจะเกิดเหตุการณ์ จริงได้เป็นระยะเวลาหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ระยะเวลาการเตือนภัยยังอยู่ในช่วงแคบ และการสื่อสารยังคงไม่ทั่วถึง ผลกระทบจึงยังเกิดขึ้นโดยเฉพาะเมื่อเกิดภัยพิบัติขั้นร้ายแรง เกิดขึ้นในประเทศที่มีการสื่อสารไม่ทั่วถึง นาโนเทคโนโลยี จะเข้าไปช่วยพัฒนาเกี่ยวกับเซนเซอร์ที่ใช้ในการเตือนภัย รวมถึงระบบการประมวลผล และอุปกรณ์สำหรับถ่ายทอด และสื่อสารได้แม้ในพื้นที่ห่างไกล
         ในด้านของการช่วยเหลือผู้ประสบภัยเบื้องต้นเริ่มตั้งแต่ การค้นหาผู้ที่อาจจะติดอยู่ภายใต้ซากปรักหักพัง กรณีของพายุถล่ม หรือแผ่นดินไหว โดยใช้อุปกรณ์ในการช่วยนำทาง รวมถึงการประยุกต์ใช้หุ่นยนต์ขนาดเล็ก ที่สามารถเข้าไปสำรวจในบริเวณที่เจ้าหน้าที่ไม่สามารถเข้าไปได้
เวชภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพสูงในการปฐมพยาบาลเบื้องต้น เช่นการห้ามเลือดอย่างรวดเร็ว พลาสเตอร์ปิดแผลที่มีประสิทธิภาพสูง รวมถึงอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่มีขนาดเล็กสามารถพกพาได้ง่าย และมีความปลอดภัยสูง ลองมาดูตัวอย่างงานวิจัยที่ได้มีใช้นาโนเทคโนโลยีร่วมพัฒนาขึ้นเพื่อรับมือ กับภัยพิบัติ
          มหาวิทยาลัย Leeds ประเทศอังกฤษ ได้ลงทุนถึง 9.5 ล้านยูโร เพื่อพัฒนาผนังบ้านชนิดพิเศษที่มีอนุภาคนาโนโพลิเมอร์ผสมอยู่ภายใน นักวิจัยได้ใช้นาโนเทคโนโลยี และเทคนิค การติดแถบ RFID ในการสร้างบ้านที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ (self-healing) ในประเทศกรีซ โดยผนังของบ้านประกอบด้วยอนุภาคนาโนที่จะกลายสภาพเป็นของเหลวเมื่อถูกบีบอัด หรือภายใต้แรงกดดัน โดยจะไหลไปตามรอยแตกจากนั้นจะเปลี่ยนแปลงกลายเป็นของแข็งเพื่อเชื่อมประสาน รอยแตกเข้าด้วยกัน บ้านประกอบด้วยโครงสร้างเหล็ก และแผ่นคอนกรีตที่มีความแข็งแรงสูงและยังไม่ใช่เพียงเท่านั้นในบ้านหลังนี้ ยังมีเซ็นเซอร์ไร้สาย ไร้แบตเตอรี่ รวมทั้งแถบคลื่นวิทยุสำหรับการระบุตำแหน่งที่ มหาวิทยาลัย Leeds ได้พัฒนาขึ้นเอง เพื่อเก็บข้อมูลต่าง ๆ เกี่ยวกับบ้าน เช่น แรงกดดัน แรงสั่นสะเทือน อุณหภูมิ ความชื้น และระดับก๊าซ

ภาพทีมวิจัย กับการพัฒนาเซนเซอร์ไร้สาย

ถ้าหากมีปัญหาหรือความผิดปกติเกิดขึ้นภายในบ้าน เครื่อข่ายเซ็นเซอร์อัจฉริยะที่ติดตั้งไว้ภายใน จะส่งเสียงเตือนขึ้นทำให้ผู้ที่อาศัยอยู่ในบ้านสามารถอพยพออกจากบ้านได้ทัน
หัวหน้าทีมวิจัย ดร. Roger Gregory กล่าวว่า Leeds เป็นผู้นำในการออกแบบเครื่อข่ายไร้สายในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง และสถานที่ที่ยากต่อการเข้าถึง ซึ่งถึงแม้ว่าบ้านจะพังลงมา เซ็นเซอร์ภายในก็จะแจ้งคุณได้ว่าจุดใดบ้างที่เป็นสาเหตุของการถล่ม อุปกรณ์เหล่านี้ยังสามารถทำงานร่วมกับ งานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มประสิทธิภาพเทคโนโลยีการช่วยชีวิต นอกจากนี้มหาวิทยาลัยยังมีแผนการผลิตอนุภาคโพลิเมอร์นาโนจำนวนมาก เพื่อนำมาผสมในแผ่นยิปซัม โดยในกระบวนการผลิตนั้นใช้อนุภาคนาโนปริมาณเพียงเล็กน้อย ก็สามารถทำให้แผ่นยิปซัมมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นอย่างมาก มหาวิทยาลัย Leeds ได้ร่วมกับกลุ่มวิจัยอีก 25 ทีม โดยมีผู้นำคือ Knauf บริษัทก่อสร้างจากเยอรมัน ซึ่งโครงการนี้จะเสร็จสมบูรณ์ในปี 2010
การ นำนาโนเทคโนโลยีมาใช้ในการพัฒนาระบบสื่อสารไร้สายทำให้อุปกรณ์ตรวจวัดมีขนาด เล็ก เคลื่อนย้ายได้ง่าย และมีประสิทธิภาพสูงในการเชื่อมต่อกับเครือข่าย จะช่วยทำให้ประบบการตรวจวัด และการเตือนภัยมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น แม้มนุษย์จะไม่สามารถยับยั้งภัยพิบัติทางธรรมชาติได้ แต่การรู้ล่วงหน้า และการเตรียมความพร้อมในการเผชิญหน้ากับพลังธรรมชาติ จะช่วยรักษาความสูญเสียของชีวิต และทรัพย์สินต่าง ๆ ได้อย่างมาก การซ่อม แซมและฟื้นฟูภายหลังจากภัยพิบัติ ความช่วยเหลือในระดับนานาชาติ ก็จะทำให้ผู้ประสบภัยผ่านช่วงเวลาแห่งความยากลำบากได้อย่างเข้มแข็ง

แหล่งข้อมูลอ้างอิง
- http://www.nanoweb.com
- University of Leeds Reporter
- http://www.thai-nano.com

นาโนเทคโนโลยีคืออะไร

นาโนเทคโนโลยีคืออะไร
          “นาโนเทคโนโลยี” หมายถึงเทคโนโลยีประยุกต์ซึ่งเกี่ยวข้องกับการจัดการ การสร้าง การสังเคราะห์วัสดุหรืออุปกรณ์ในระดับของอะตอม โมเลกุลหรือชิ้นส่วนที่มีขนาดเล็กในช่วงประมาณ 1 ถึง 100 นาโนเมตร ซึ่งจะส่งผลให้วัสดุหรืออุปกรณ์ต่างๆ มีหน้าที่ใหม่ๆ และมีคุณสมบัติที่พิเศษขึ้นทั้งทางด้านกายภาพ เคมี และชีวภาพ ทำให้มีประโยชน์ต่อผู้ใช้สอยและเพิ่มมูลค่าทางเศรษฐกิจได้




        คำว่า “นาโน (Nano)” เป็นคำที่มีรากศัพท์มาจากคำในภาษากรีกว่า Nanos ซึ่งแปลว่าแคระหรือเล็ก

        เมื่อนำคำว่า นาโน มาใช้นำหน้าหน่วยวัดทางวิทยาศาสตร์หรือคณิตศาสตร์ จะหมายถึงขนาดเศษหนึ่งส่วนพันล้านส่วนของหน่วยวัดนั้น
คำว่านาโนเมตร มาจากคำ 2 คำมารวมกัน คือ คำว่า “นาโน” กับ “เมตร” ดังนั้นคำว่านาโนเมตรจึงหมายถึงหน่วยวัดที่มีขนาดเท่ากับ “เศษหนึ่งส่วนพันล้านส่วนของหนึ่งเมตร” นั่นคือ

หนึ่งนาโนเมตร (1 nm) = เศษหนึ่งส่วนพันล้านส่วนของหนึ่งเมตร

                                      =           1             = 0.000 000 001 เมตร
                                         1 000 000 000

                                       = 10^-9

ขนาด 1 นาโนเมตรนั้นมีขนาดเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมมนุษย์ประมาณ 8 หมื่นถึง 1 แสนเท่า โดยขนาดสิ่งของที่เล็กที่สุดที่มนุษย์สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่านั้นมีขนาดประมาณ 10,000 นาโนเมตร
ดังนั้นขนาดหนึ่งนาโนเมตรจึงเป็นสิ่งที่เราไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า หรือแม้แต่การใช้กล้องจุลทรรศน์ธรรมดา ดังนั้นการที่นักวิทยาศาสตร์จะสามารถมองเห็นขนาดเล็กระดับหนึ่งนาโนเมตรได้นั้นจะต้องให้กล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังขยายสูงมาก เช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน หรือ กล้องจุลทรรศน์ชนิดใหม่ๆที่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อใช้ในการศึกษาและวิจัยทางด้านนาโนเทคโนโลยีโดยเฉพาะ

องค์ประกอบและประโยชน์ของนาโนเทคโนโลยี

องค์ประกอบของนาโนเทคโนโลยี
     1.ขนาดเล็กในระดับ 1 – 100 นาโนเมตร
     2. มีหน้าที่ใหม่ๆ เกิดขึ้นหรือมีสมบัติที่พิเศษขึ้น
     3. ถูกต้อง แม่นยำ และควบคุมได้

ประโยชน์ของนาโนเทคโนโลยี
                ประโยชน์ของนาโนเทคโนโลยีคือ  การเพิ่มมูลค่าให้กับผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่เดิมให้มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น และสร้างนวัตกรรมใหม่ๆที่ยังไม่เคยมีมาก่อน เพื่อตอบสนองต่อความต้องการของตลาดและผู้บริโภค

ประเภทของนาโน

การนำนาโนเทคโนโลยีมาประยุกต์ใช้นั้น สามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ด้วยกันคือ

1. นาโนเทคโนโลยีชีวภาพ (Nanibiotechnology)
2. วัสดุนาโน (Nanomaterial)
3. นาโนอิเล็กทรอนิกส์ (Nanoelectronic)