เทคโนโลยีในอนาคตที่สร้างสรรค์พลังงานไฟฟ้าให้เกิดขึ้นขณะที่เราเคลื่อนไหวร่างกาย.....สายไฟนาโน
ภาพจาก https://www.rmutphysics.com
หนังสือพิมพ์ข่าวสดได้รายงานข่าวว่านักวิจัยชาวอเมริกาได้พัฒนาต่อยอด สร้างวัสดุที่จ่ายกระแสไฟฟ้าระดับ 1.26 โวลต์ ทำให้สามารถชาร์จไฟอุปกรณ์มือถือ เครื่องเล่นเพลง mp3 โดยวัสดุดังกล่าวอยู่ในรูปแบบของ "สายไฟจิ๋ว" หรือสายไฟนาโนที่เมื่อนำมาต่อกัน แล้วออกแรงจะทำให้สายไฟทั้งหมดเคลื่อนไหว เกิดกระแสไฟฟ้าสะสมขึ้นมาโดยอัตโนมัติ ใช้ป้อนให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ตั้งแต่โทรศัพท์มือถือยันคอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊ก ซึ่งคาดว่า 3-5 ปีข้างหน้า สายไฟจิ๋วนี้จะกลายเป็นวัสดุที่ถักทอเข้ากับเสื้อผ้าหรือรองเท้า เมื่อผู้สวมใส่เคลื่อนไหวก็จะเป็นการประจุกระแสไฟฟ้าไปในตัว (หนังสือพิมพ์ข่าวสด วันที่ 27 เมษายน พ.ศ. 2553 ปีที่ 20 ฉบับที่ 7089 ข่าวสดรายวัน)
จากข่าวจะเห็นได้ว่าปัจจุบันนาโนเทคโนโลยีได้มีการนำไปใช้ในชีวิตประจำวันอย่างแพร่หลาย ทั้งในต่างประเทศและในประเทศไทยเอง แล้วนาโนเทคโนโลยีที่ว่านี้คืออะไร เราลองมาศึกษากันดีกว่านะคะ
เนื้อหาสำหรับกลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ระดับชั้น ม.1 - ม.3
นาโนเทคโนโลยี คืออะไร
นาโน เป็นหน่วยการวัดระดับ ขนาดหรือความยาวของวัตถุหนึ่งๆ ตามระบบมาตราเมตริก ซึ่ง 1 นาโนเมตร จะเท่ากับ 10-9ของ 1 เมตร หรือ หนึ่งในพันล้านส่วน
เทคโนโลยี คือ วิทยาการที่นำเอาความรู้ทางวิทยาศาสตร์มาใช้ให้เกิดประโยชน์ในทางปฏิบัติและอุตสาหกรรม
ดังนั้น "นาโนเทคโนโลยี" จึงหมายถึง การนำเทคโนโลยีซึ่งเกี่ยวกับกระบวนการสร้าง การสังเคราะห์วัสดุหรือผลิตภัณฑ์ซึ่งมีขนาดเล็กมากในระดับนาโนเมตร (10-9 ของ 1 เมตร) เทียบเท่ากับระดับอนุภาคโมเลกุลหรืออะตอม รวมถึงการออกแบบ การใช้เครื่องมือสร้างวัสดุที่อยู่ในระดับเล็กมาก การเรียงอะตอมและโมเลกุลในตำแหน่งที่ต้องการได้อย่างแม่นยำและถูกต้อง ซึ่งทำให้โครงสร้างของวัสดุหรือสสารมีคุณสมบัติพิเศษ ไม่ว่าทางด้านฟิสิกส์ เคมี หรือชีวภาพ ส่งให้มีผลประโยชน์ต่อผู้ใช้สอย
นาโนเทคโนโลยีนั้นใช่ว่าจะมีแค่มนุษย์สร้างขึ้นเท่านั้น แต่ยังมีอยู่ในธรรมชาติิ ซึ่งบางครั้งเราเองก็อาจคิดไม่ถึง หรือไม่รู้ว่าสิ่งที่ธรรมชาติให้มานั้น นั่นก็คือนาโนเทคโนโลยีที่มนุษย์นำมาเลียนแบบเพื่อใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวัน เช่น
- ตีนตุ๊กแก - จิ้งจก ที่สามารถปีนกำแพงหรือเกาะติดผนังที่ราบเรียบและลื่นได้อย่างมั่นคง เพราะ สปาตูเล่ (spatulae) เส้นขนที่มีขนาดเล็กประมาณ 200 นาโนเมตร ที่ส่วนปลายของขนซีเต้ (setae) (ขนขนาดเล็กบริเวณใต้อุ้งตีนของตุ๊กแก-จิ้งจก)
- พื้นผิวของใบบัว มีปุ่มเล็กๆ ที่มีขนาดในช่วงระดับนาโนเมตรในหนามขนาดเล็กจำนวนมหาศาลเรียงตัวกระจายอยู่อย่างเป็นระเบียบและเป็นสารที่มีคุณสมบัติคล้ายขี้ผึ้ง จึงทำให้น้ำที่ตกลงมาบนใบบัวไม่สามารถซึมผ่านหรือกระจายตัวแผ่ขยายออกในแนวกว้างบนใบบัวได้
- เปลือกหอยเป๋าฮื้อ มีการจัดเรียงตัวของโมเลกุลแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) มีลักษณะคล้ายเป็นกำแพงอิฐก่อที่เรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบโดยที่ก้อนอิฐขนาดนาโนแต่ละก้อนนี้จะเชื่อมติดกันด้วยกาวที่เป็นโปรตีน
- ปีกของผีเสื้อบางชนิด จะมีรูพรุนขนาดในช่วงนาโนจำนวนมหาศาลเรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบซึ่งทำหน้าที่เป็นเสมือนผลึกโฟโต้นิกส์ในธรรมชาติ โดยปีกของผีเสื้อบางชนิดนี้จะเปลี่ยนสีเพื่อดึงดูดเพศตรงข้ามหรือหลบหนีศัตรู โดยอาศัยหลักการหักเหและการสะท้อนของแสงแดดที่มาตกกระทบลงบนปีก ซึ่งสีที่ปรากฎบนปีกผีเสื้อจะแตกต่างกันถ้ามุมที่แสงตกกระทบมีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย
- ใยแมงมุม เกิดจากการที่แมงมุมหลั่งโปรตีนที่ละลายได้ในน้ำที่ชื่อว่า ไฟโบรอิน (Fibroin) ซึ่งมีคุณสมบัติพิเศษคือ สามารถเปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปเป็นของแข็งที่มีความแข็งแรงและเหนียวมาก สามารถหยุดแมลงที่บินด้วยความเร็วสูงสุดได้โดยไม่ขาด
สนุกคิดกับวิทยาศาสตร์
1. นาโนเทคโนโลยีมีประโยชน์ต่อเราอย่างไร
2. ยังมีนาโนเทคโนโลยีในธรรมชาติอะไรอีกบ้างนอกเหนือจากที่ยกตัวอย่างในสาระการเรียนรู้
3. ในปัจจุบัน ประเทศไทยมีผลิตภัณฑ์อะไรบ้างที่พัฒนามาจากนาโนเทคโนโลยี
4. การนำนาโนเทคโนโลยีไปใช้จะก่อให้เกิดผลเสียอย่างไรในอนาคตหรือไม่ อย่างไร
ลองทำดู
ให้นักเรียนใช้จินตนาการทดลองออกแบบสิ่งประดิษฐ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ใช้นาโนเทคโนโลยีมา 1 ชิ้น พร้อมทั้งอธิบายเหตุผล กลไกการทำงานของสิ่งประดิษฐ์ชิ้นนั้น และบอกประโยชน์ของสิ่งประดิษฐ์นาโนเทคโนโลยีชิ้นนี้
การบูรณาการกับกลุ่มสาระการเรียนรู้อื่นๆ
กลุ่มสาระศิลปะ - การออกแบบ
กลุ่มสาระคณิตศาสตร์ - การคำนวณ ความกว้าง ความยาว ความสูง มุม ของสิ่งประดิษฐ์
แหล่งที่มาของข้อมูล
1. หนังสือพิมพ์ข่าวสด
2. ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ
3. พจานานุกรม ฉบับราชบัณฑิตสถาน พ.ศ. 2542 ออนไลน์
4. https://www.spufriends.com/blog/
ภาพจาก https://www.rmutphysics.com
ที่มา : https://www.sahavicha.com/?name=knowledge&file=readknowledge&id=2132