วัสดุสุดล้ำ บิด งอ และเคลื่อนที่ได้ตามการควบคุมของแสง

  ทีมวิศวกรพัฒนาวัสดุชนิดใหม่ เปลี่ยนรูปทรงและเคลื่อนที่อย่างแม่นยำได้เอง โดยอาศัยแสงที่มาตกกระทบ

          ทีมนักวิจัยจากคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัย Turfs ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ประกอบผลึกที่มีสมบัติพิเศษทางแสงแบบตั้งโปรแกรมได้ (programmable photonic crystal)

เข้ากับวัสดุคอมโพสิตที่มีลักษณะเหมือนยาง ทำให้เกิดอุปกรณ์ที่สามารถตอบสนองต่อแสงได้ทั้งในระดับไมโครและนาโน โดยล่าสุด ตัวอย่างของอุปกรณ์ดังกล่าว ได้ถูกตีพิมพ์

ในวารสาร Nature Communications ซึ่งเป็นวัสดุที่มีรูปร่างและคุณสมบัติคล้ายดอกทานตะวัน กล่าวคือ ส่วนกลีบจะมีการโค้งเข้าและออกตามทิศทางและมุมของแสงที่ตกกระทบ

ที่เปลี่ยนแปลงไป ถือเป็นการเปิดช่องทางใหม่ให้กับการพัฒนาระบบอัจฉริยะต่าง ๆ เช่น โซลาร์เซลล์ประสิทธิภาพสูงที่หันไปตามทิศทางและมุมของพระอาทิตย์อย่างอัตโนมัติ

การเปิดปิดของวาล์วเพื่อจัดการของไหลที่มีปริมาณน้อยมาก (microfluidic valves) หรือการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์นิ่ม (soft robots) ตามการกระตุ้นของแสง เป็นต้น

          วัสดุที่ทีมวิจัยได้พัฒนาขึ้นนั้น อาศัยหลักการของการดูดซับและสะท้อนแสงของผลึกที่มีสมบัติพิเศษทางแสง อย่างเช่นที่พบในปีกผีเสื้อหรือพลอยโอปอลตามธรรมชาติ

มุมตกกระทบของแสงบนพื้นผิวผลึกจะเป็นตัวกำหนดความยาวคลื่นของแสงที่จะถูกดูดซับ ซึ่งเป็นการสะสมพลังงานและทำให้เกิดความร้อนในตัววัสดุ โดยทีมนักวิจัยได้นำแผ่นฟิลม์

ที่ผลิตจากเส้นใยไหมชุบทองคำอนุภาคนาโน มีความยืนหยุ่น ทนทาน และมีคุณสมบัติพิเศษทางแสงเหมือนพลอยโอปอล ซึ่งจะหดตัวเมื่อได้รับความร้อน และจะคลายตัวเมื่อถูกทำให้เย็นลง

มาซ้อนทับบนแผ่นซิลิโคนประเภทโพลิไดเมทิลไซลอกเซน (PDMS) ที่ตอบสนองต่อความร้อนในทางตรงกันข้าม คือจะขยายตัวอย่างรวดเร็วเมื่อได้รับความร้อน ดังนั้นเมื่อแต่ละส่วนของวัสดุ

ได้รับความร้อนไม่เท่ากัน ด้านหนึ่งอาจจะมีการขยายตัวในขณะที่อีกด้านหนึ่งมีการหดตัวหรือขยายตัวด้วยอัตราที่ช้ากว่า ส่งผลให้มีการโค้งงอเกิดขึ้น

          นอกจากนี้ ทีมนักวิจัยยังได้โปรแกรมแผ่นผลึก โดยใช้แผ่นฉลุวางบนแผ่นผลึกแล้วนำไปอังกับไอน้ำ เพื่อสร้างลวดลายแพทเทิร์นบนพื้นผิวของผลึก ทำให้มีการดูดซับหรือสะท้อนแสง

ความยาวคลื่นที่เฉพาะเจาะจง และเกิดการโค้งงอ พับ หรือบิดในรูปแบบต่าง ๆ ตามชนิดของแสงที่ต้องการ นักวิจัยคาดว่า วัสดุใหม่ที่นำเสนอจะถูกนำไปประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ที่เคลื่อนที่

ตามการควบคุมของแสง ทำให้ไม่จำเป็นต้องอาศัยระบบการเชื่อมต่อหรือการตั้งค่าที่ซับซ้อน ตลอดจนสายไฟ หรือแหล่งจ่ายไฟฟ้าใด ๆ เหมือนแต่ก่อนอีกต่อไป

ผู้เขียน แก้วนภา โพธิ

ที่มาของภาพ

https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=57504.php

ที่มาของแหล่งข้อมูล (Reference)

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/03/210312084727.htm

ค้นคว้าเพิ่มเติม (แนะนำแหล่งข้อมูลเพิ่มเติม)

https://www.nature.com/articles/s41467-021-21764-6#Bib1

https://www2.mtec.or.th/th/e-magazine/admin/upload/304_29.pdf