ผลิตภัณฑ์จากวัสดุนาโนในอนาคต

ผลิตภัณฑ์จากวัสดุนาโนในอนาคต
หน้า 4 จาก 4

เซ็นเซอร์ที่มีความไวสูง
เซ็นเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรหลายชนิด เช่น ความต้านทานทางไฟฟ้า ปฏิกิริยาเคมี ความสามารถในการแผ่ซ่านของอำนาจแม่เหล็ก การนำความร้อน และความจุไฟฟ้า เซนเซอร์ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมต่างๆ ได้โดยอาศัยลักษณะทางกล กายภาพ หรือเคมีของวัสดุที่ใช้ทำเซ็นเซอร์ ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ตรวจจับแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ที่ทำจากเซอร์โคเนียมออกไซด์หรือเซอร์โคเนีย อาศัยความเสถียรทางเคมีเพื่อตรวจจับโมเลกุลของแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ เมื่อโมเลกุลของแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์มากระทบกับเซอร์โคเนีย  อะตอมของออกซิเจนในเซอร์โคเนียมออกไซด์จะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนในคาร์บอนมอนอกไซด์ เป็นผลให้เซอร์โคเนียมออกไซด์ลดลงไปบางส่วน ปฏิกิริยานี้จะกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงของเซ็นเซอร์ เช่น การนำหรือความต้านทานไฟฟ้า และความจุไฟฟ้า ซึ่งอัตราเร็วและขอบเขตของปฏิกิริยานี้จะเพิ่มขึ้นอย่างมากด้วยการลดขนาดเกรนของวัสดุที่ใช้ทำเซนเซอร์ ดังนั้น เซ็นเซอร์ที่ทำจากวัสดุที่มีผลึกระดับนาโนย่อมมีความไวอย่างยิ่งยวดต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม ตัวอย่างของเซ็นเซอร์ที่ทำจากวัสดุนาโน ได้แก่ ตัวตรวจจับควัน ตัวตรวจจับน้ำแข็งบนปีกเครื่องบิน เซ็นเซอร์วัดประสิทธิภาพเครื่องยนต์ เป็นต้น
ยานยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก
วัสดุนาโนที่มีความแข็ง ทนทาน ทนทานต่อการสึกหรอและการกัดกร่อน ได้รับความสนใจในการนำมาทำหัวเทียนในเครื่องยนต์ซึ่งมีขั้วอิเล็กโทรด (electrode) ที่มีอายุการใช้งานยาวนาน ทำให้การเผาไหม้เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพและสมบูรณ์มากยิ่งขึ้น หัวเทียนแบบใหม่ที่เรียกว่า ‘railplug’ นี้ กำลังอยู่ในขั้นการทำต้นแบบ railplug ใช้เทคโนโลยีที่มาจาก railgun ซึ่งเป็นผลผลิตของโครงการสตาร์วอร์ (Star War) ที่โด่งดัง แต่อย่างไรก็ตาม railplug จะทำให้เกิดการจุดระเบิด (spark) ที่มีกำลังมากกว่ามากๆ (ด้วยความหนาแน่นพลังงานอยู่ที่ 1 กิโลจูลต่อตารางมิลลิเมตร) และเนื่องจากว่า รถยนต์มักสูญเสียพลังงานในรูปความร้อนของเครื่องยนต์ที่ปล่อยออกมาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเครื่องยนต์ดีเซล ดังนั้น การเคลือบกระบอกสูบเครื่องยนต์ด้วยวัสดุเซรามิกที่มีผลึกระดับนาโน เช่น เซอร์โคเนียและอะลูมินา จะช่วยรักษาความร้อนไว้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นผลให้มีการเผาไหม้เชื้อเพลิงเกิดขึ้นได้อย่างสมบูรณ์





ดาวเทียมที่มีอายุการใช้งานยาวนาน
ดาวเทียมถูกใช้ในงานด้านการป้องกันภัยทางทหารและกิจการของพลเรือน ดาวเทียมเหล่านี้ใช้ระบบกระสวยขับดันเพื่อให้ลอยอยู่หรือเปลี่ยนวงโคจรได้ในสภาวะปัจจัยหลายอย่างรวมถึงอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของโลก อายุการใช้งานของดาวเทียมถูกกำหนดจากปริมาณเชื้อเพลิงที่มันสามารถบรรทุกขึ้นไปด้วยได้ ซึ่งเชื้อเพลิงมากกว่า 1 ใน 3 จะสูญเสียไปกับการที่กระสวยเปลี่ยนตำแหน่งจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง เช่น ไฮดราซีน (hydrazine) ที่ไม่สมบูรณ์และไม่มีประสิทธิภาพ ซึ่งมีสาเหตุจากตัวจุดระเบิด (ignitors) เกิดการสึกหรออย่างรวดเร็ว ในอนาคต มีความเป็นไปได้ที่จะนำวัสดุนาโน เช่น คอมโพสิตชนิดทังสเตน-ไททาเนียม ไดอะบอไรด์-คอปเปอร์ มาใช้เป็นวัสดุสำหรับตัวจุดระเบิดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและอายุการใช้งาน


ชิ้นส่วนอากาศยานที่มีสมรรถนะดีขึ้น
บริษัทผู้ผลิตเครื่องบินพยายามที่จะทำชิ้นส่วนของเครื่องบินให้มีความแข็งแกร่ง ทนทาน และมีอายุการใช้งานยาวนาน สมบัติสำคัญข้อหนึ่งที่จำเป็นต่อการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน คือ ความทนทานต่อความล้า (fatigue strength) ซึ่งจะลดลงเมื่ออายุการใช้งานมากขึ้น แต่ค่าความทนทานต่อความล้านี้สามารถเพิ่มขึ้นได้ด้วยการลดขนาดเกรนของวัสดุที่ใช้ทำชิ้นส่วนเครื่องบิน หากใช้วัสดุนาโนซึ่งมีขนาดของเกรนเล็กมากๆ จะทำให้ความทนทานต่อความล้ามีค่ามากกกว่าวัสดุเดิมถึง 200-300 % ยิ่งไปกว่านั้นชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุนาโนยังมีความแข็งแรงและสามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูง ส่งผลให้เครื่องบินสามารถบินได้เร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงที่ดีกว่า สำหรับในยานอวกาศ ความแข็งแรงของวัสดุที่อุณหภูมิสูงเป็นเรื่องที่สำคัญมากเพราะชิ้นส่วน เช่น เครื่องยนต์ของกระสวย ส่วนขับดัน และหัวจรวด ต้องใช้งานที่อุณหภูมิสูงมากกว่าเครื่องบินเป็นอย่างมากและยังต้องใช้ความเร็วสูงมากด้วย วัสดุนาโนจึงเป็นวัสดุชั้นยอดทีเดียวที่จะนำมาใช้เป็นวัสดุสำหรับอากาศยาน



Airbus A380 เครื่องบินโดยสารขนาดใหญ่ในอนาคต ถูกพัฒนาขึ้นบนพื้นฐานเทคโนโลยีระดับสูงหลายๆด้าน รวมถึงเทคโนโลยีด้านวัสดุด้วย


วัสดุเทียมที่มีอายุการใช้งานที่ยาวนาน
ปัจจุบัน วัสดุเทียมที่ฝังในร่างกาย เช่น วัสดุทางออโธปิดิกส์ทดแทนกระดูก และลิ้นหัวใจเทียม มักทำมาจากวัสดุผสมไททาเนียมและเหล็กกล้าไร้สนิม วัสดุผสมนี้ถูกใช้ในร่างกายมนุษย์เพราะมีความเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อ กล่าวคือ ไม่มีปฏิกิริยาต่อต้านเนื้อเยื่อ แต่วัสดุเหล่านี้มักไม่มีรูพรุน ซึ่งวัสดุที่เลียนแบบกระดูกตามธรรมชาติของมนุษย์ได้อย่างแท้จริงนั้น เนื้อเยื่อของร่างกายโดยรอบจะต้องสามารถแทรกซึมเข้าไปในวัสดุได้ เพื่อให้วัสดุมีความแข็งแรง แต่เนื่องจากวัสดุผสมนี้ไม่ยอมให้เนื้อเยื่อซึมผ่านไปได้ และมีการสึกกร่อนอย่างรวดเร็ว บ่อยครั้งที่ต้องเสียค่าใช้จ่ายสูงในการผ่าตัดเปลี่ยน อย่างไรก็ตาม ได้มีการใช้วัสดุเซรามิกเซอร์โคเนีย (เซอร์โคเนียมออกไซด์) ผลึกนาโนที่มีความแข็ง ทนทานการสึกหรอ ทนการกัดกร่อนของของเหลวในร่างกาย มีความเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อในร่างกาย และยังสามารถทำให้มีรูพรุนในรูปของแอโรเจลได้โดยใช้วิธีสังเคราะห์ด้วยเทคนิคโซล-เจล ซึ่งเป็นผลทำให้สามารถผลิตวัสดุฝังในที่ต้องผ่าตัดเปลี่ยนน้อยครั้งกว่าเดิมมาก ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการผ่าตัดลง นอกจากนั้น วัสดุนาโนจากซิลิคอนคาร์ไบด์ก็เป็นอีกวัสดุหนึ่งที่ใช้ทำลิ้นหัวใจเทียม เพราะมีน้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูงมาก มีความแข็งที่เป็นเลิศ ทนทานต่อการสึกกร่อน มีความคงทน ไม่ทำปฏิกิริยากับของเหลวในร่างกาย และทนทานต่อการกัดกร่อน