นาโน คืออะไรใครรู้บ้าง นาโน คือหน่วยวัดสิ่งต่าง ๆ ซึ่งมีขนาดเล็ก แล้วมันเกี่ยวข้องกับชวิตอย่างไร มาหาคำตอบกันดีกว่า
ใบบัว
" ฝนตกหัวค่ำ ทิ้งหยดน้ำใหญ่บนใบบัว หยดฝน เทิ้มสั่นในแสงดาวสลัวทั้งคืน ลมราตรีโบกไกวก้านบัว หยดฝนกลิ้งตัวดุจน้ำตาหมองต้องขัง หยดฝนหวาดกลัวจนใบบัวรู้สึก... " ( อ่านต่อ.... )
แรงตึงผิวกับหยดน้ำบนใบบัว
แรงตึงผิว ( Surface force ) เป็นแรงที่ผิวของเหลวพยายามยึดผิวหน้าไม่ให้ขาดออกจากกัน มีทิศขนานกับผิวของของเหลว และตั้งฉากกับเส้นขอบภาชนะหรือวัตถุที่ของเหลวสัมผัส
ประเภทของแรงตึงผิว
1.เชื่อมแน่น (Cohesive force ) เป็น แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลชนิดเดียวกัน เช่น น้ำกับน้ำ แอลกอฮอล์กับแอกอฮออล์
2. แรงยึดติด ( Adhesive force) แรงตึงผิวเกิดจากแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล ต่างชนิดกัน เช่น น้ำกับแก้ว น้ำกับใบบัว
สภาพการเปียกน้ำหรือไม่เปียกน้ำของสิ่งต่าง ๆ ขึ้นอยู่กับ แรงยึดติด และแรงเชื่อมแน่น
1. ถ้าแรงเชื่อมแน่น > แรงยึดติด แสดงว่าสารจับตัวกันเอง ได้ดีกว่าจับกับวัสดุ ดังนั้นสารจะไม่เปียกน้ำ
2. ถ้าแรงยึดติด > แรงเชื่อมแน่น แสดงว่าสารจับกับวัตถุดีกว่าจับกันเอง ดังนั้นสารจะเปียกน้ำ
ท่านคงจะได้คำตอบแล้วว่า ทำไมใบบัวไม่เปียกน้ำ ( ใบบัวไม่เปียกน้ำเพราะมีแรงยึดติดมากกว่าแรงเชื่อมแน่น ทำให้น้ำจับกันเองได้ดีกว่าจับกับใบบัว ) แอะ? แล้วทำไมมันจึงน้ำมันจึงจับตัวกันเงได้ดีกว่าจับกับใบบัวละ ในขณะที่พืชส่วนใหญ่มันเปีกน้ำ ท่านมีคำถามแบบนี้อยู่ในใจใช่หรือไม่ เรามาหาคำตอบกันจากวีดีโอกันเถอะ
ใบบัวนั้นเป็นใบไม้ที่สะอาด และไม่เปียกน้ำ เมื่อมีหยดน้ำตกลงบนใบบัว หยดน้ำนั้นจะหยดกลิ้งไหลลงไปรวมกันที่กึ่งกลางใบบัว เมื่อนักวิทยาศาสตร์ศึกษาโดยใช้กล้อง Scanning Electron Microscope (SEM) ส่องดูพบว่า ผิวหน้าของใบบัวประกอบด้วยโครงสร้างขนาดเล็ก คล้ายหนามจำนวนมหาศาล และมีการกระจายตัวอย่างเป็นระเบียบ โดยหนามแต่ละอันมีความเล็กขนาด นาโนเมตร หนามเหล่านี้ส่งผลให้ผิวด้านหน้าของใบบัวมีลักษณะขรุขระ เมื่อหยดน้ำตกลงมากระทบใบบัว ทำให้พื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างน้ำกับใบบัวนั้นน้อยมาก
ปรากฏการณ์น้ำกลิ้งบนใบบัว นักวิทยาศาสตร์ตั้งชื่อว่า Lotus-Effect เกิดขึ้นจากแรงระหว่างหยดน้ำกับพื้นผิว รูปร่างของหยดน้ำจะขึ้นอยู่กับพื้นผิวที่รองรับ ซึ่งแรงที่เกี่ยวข้องมี อยู่ 3 แรงด้วยกัน
1. แรงระหว่างพื้นผิวกับหยดน้ำ (S,L)
2. แรงระหว่างพื้นผิว กับอากาศ (S,V)
3. แรงระหว่าง หยดน้ำกับอากาศ (L,V )
ซึ่งมุมสัมผัสระหว่างหยดน้ำกับผิว จะมีผลต่อแรงทั้งสาม โดยถ้าหากมุมสัมผัสระหว่างหยดน้ำกับผิวใบบัวเข้าใกล้ 180 องศา จะส่งผลให้หยดน้ำมีลักษณะกลม ไม่สามารถกระจายตัวออกได้ นอกจากนี้ผิวด้านบนของใบบัวยังเคลือบด้วย สารซึ่งมีลักษณะคล้ายแว็กซ์ ซึ่งมีคุณสมบัติเกลียดน้ำ(Hydrophobic) ทำให้น้ำไม่กระจายตัวออก คุณสมบัติทั้งสองประการนี้ส่งผลให้ใบบัวแสดงคุณสมบัติเป็น Super hydrophobic surface หากมีฝุ่นผงและสิ่งสกปรกต่างๆ ติดอยู่ที่ใบบัว เมื่อหยดน้ำตกลงมาหยดน้ำจะกลิ้งพาให้สิ่งสกปรกติดไปกับหยดน้ำ เนื่องจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่างหยดน้ำ กับสิ่งสกปรกมีค่าสูงกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างสิ่งสกปรกกับใบบัวจึงทำให้ใบบัวสะอาดอยู่เสมอ (self-cleaning surface)
จากหยดน้ำบนใบบัวสู่นวัตกรรม
การใช้นาโนเทคโนโลยีสังเคราะห์สารที่มีคุณสมบัติ “เกลียดน้ำ” เพื่อใช้ในการเคลือบพื้นผิวของวัสดุต่าง ๆ เช่น
1.การผลิตสีทาบ้านที่มีการผสมสารที่มีคุณสมบัติเกลียดน้ำลงไปเพื่อช่วยป้อง กันคราบสกปรก เพราะว่าน้ำที่กลิ้งไปกลิ้งมาโดยไม่เปียกพื้นผิวจะเป็นตัวช่วยในการนำพาสิ่งสกปรกนั้นออกไปเองโดยไม่ต้องเปลืองแรงขัดในการทำความสะอาด
2. การสร้างเสื้อผ้าที่กันน้ำได้ โดยเส้นใยที่นำมาผลิตเสื้อผ้ามาเคลือบด้วยสารที่เกลียดน้ำทำให้น้ำและของเหลวต่าง ๆ ไม่ซึมลงบนเสื้อผ้าที่สวมใส่ ทำให้เสื้อผ้าสะอาดอยู่ได้นาน
3.พัฒนาฟิล์มกันน้ำ ที่มีคุณสมบัติโปร่งแสง และมีอายุการใช้งานยาวนาน ฟิล์มแบบใหม่น้ีสามารถทำความสะอาดตัวเองได้ เคล็ดลับก็คือ ผสมไทเทเนียมออกไซด์ เพื่อ
ประเด็นเพื่อนำไปสู่การเรียนการสอน
1. เหตุใดพืชบางชนิดจึงเปียกน้ำแต่บางชนิดไม่เปียกน้ำ
2. แรงยึดติดและแรงเชื่อมแน่นมีความสัมพันธ์กันอย่างไร
3. ใบบัวสัมพันธ์กับนาโนเทคโนโลยีอย่างไร
4. หารูปภาพที่เกี่ยวข้องกับการใช้ประโยชน์จาก Lolust effect
อ้างอิง
https://www.thaigoodview.com
https://www.atom.rmutphysics.com
https://www.electron.rmutphysics.com
https://www.dailynews.co.th/web
https://www.nanotec.or.th
https://www.vcharkarn.com
ที่มา : https://www.sahavicha.com/?name=knowledge&file=readknowledge&id=503