วัสดุ

สิ่งประดิษฐ์: วัสดุ

  • สิ่งประดิษฐ์: วัสดุ // Foto: © David Trood / gettyimages.de สิ่งประดิษฐ์: วัสดุ // Foto: © David Trood / gettyimages.de
    คาร์ล ซีกเลอร์, 1898–1973 นักเคมีและผู้ได้รับรางวัลโนเบล


    ”ผมเริ่มต้นเหมือนนักเดินทางที่ออกไปสู่ดินแดนที่ไม่รู้จัก”


    คาร์ล ซีกเลอร์มักเรียกงานสำคัญที่สุดในชีวิตของเขาว่าเป็นการเดินทางอันยาวนานที่ไม่รู้ทางออกแน่นอน ดินแดนใหม่ที่เขาสำรวจคือเคมีระหว่างโลหะและส่วนประกอบคาร์บอน งานของซีกเลอร์ทำให้สามารถผลิตพลาสติกเช่น โพลีเอธีลีนและโพลีโพรไพลีนได้ทีละเป็นจำนวนมาก ปีค.ศ.1963 ซีกเลอร์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี
    สิ่งประดิษฐ์: วัสดุ // Foto: © David Trood / gettyimages.de


    ยางจากสวน

    ชุดประดาน้ำ ยางรถยนต์ ซีลยาง ของใช้ในชีวิตประจำวันกว่า 40,000 ชิ้นมียางเป็นส่วนประกอบ ปกติน้ำยางต้องสกัดจากต้นยางพารา เนื่องจากต้นไม้ชนิดนี้เติบโตเฉพาะในเขตร้อน ฟริทซ์ โฮฟมันน์ นักเคมีชาวเยอรมันจึงพัฒนายางสังเคราะห์ขึ้นตั้งแต่สมัยสงครามโลกครั้งที่ 1 ปัจจุบันยางพารา รวมไปถึงยางด้วยสามารถผลิตได้จากผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมเป็นส่วนใหญ่

    แต่มีแหล่งอื่นที่สามารถนำมาผลิตยางได้เช่น ดอกแดนดิไลออนรัสเซียที่มีน้ำยางชนิดเดียวกับยางพารา นักวิจัยสถาบันเฟราน์โฮเฟอร์ร่วมกับบริษัทผลิตยางรถยนต์คอนทิเนนตัล ทดลองปลูกสวนดอกแดนดิไลออนเพื่อสกัดน้ำยางจำนวนมาก
    » วิดีโอ: ยางธรรมชาติจากดอกแดนดิไลออน


    ดอกแดนดิไลออนรัสเซีย (Taraxacum koksaghyz) ให้น้ำยางธรรมชาติ

    ยางรถยนต์อาจเป็นผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมชิ้นแรกที่ใช้น้ำยางดอกแดนดิไลออนในไม่ช้า

      เหล็กกล้าตามสั่ง

      เหล็กกล้ายังไม่ใช่เหล็กกล้าทันที กังหันต้องทนทานแรงอื่นต่างจากตัวถังรถหรือเสาสะพาน เพื่อให้โครงสร้างสามารถรองรับความต้องการใช้งานต่าง ๆ ได้ จึงจำเป็นต้องใช้เหล็กกล้าแบบพิเศษ ตอนนี้เรามีเหล็กกล้าถึง 2,500 ชนิด

      ส่วนประกอบหลักมักเป็นเหล็กเสมอ การเติมธาตุแปลกปลอมเช่น แมงกานีส นิเกิลหรือโครเมียมทำให้เหล็กกล้ามีคุณสมบัติพิเศษ เช่น เบา แข็งแรงหรือสามารถยืดขยายได้ดีขึ้น นักวิทยาศาสตร์ใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์จำลองและปรับปรุงคุณภาพเหล็กล่วงหน้า ทำให้กังหันมีอายุใช้งานนานขึ้น เครื่องบินเบาลงและรถยนต์ปลอดภัยมากขึ้น

      เมื่อไม่นานนี้ แม้แต่ผู้เชี่ยวชาญยังเชื่อว่าเหล็กกล้าคงพัฒนาอะไรใหม่แทบไม่ได้แล้ว แต่นวัตกรรมเหล็กกล้าของนักวิจัยวัสดุเยอรมันพิสูจน์ผลออกมาในทางตรงกันข้าม


      การผสมกับโลหะอื่น ๆ ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติของเหล็กกล้า

      ปัจจุบัน เหล็กได้รับการปรับปรุงให้เหมาะกับการใช้งานทุกชนิด เช่น ใบพัดเครื่องบิน

        คาร์บอนในการผลิตเป็นจำนวนมาก

        หมวกกันน็อค จักรยาน ไม้แร็กเก็ต รวมไปถึงเครื่องบินและรถสูตร 1 ต้องเบาและทนทานมากที่สุด พลาสติกเสริมใยคาร์บอน หรือ CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) ทำให้เป็นไปได้ ข้อเสียคือในการผลิตหลายขั้นตอนต้องใช้แรงงานคนและทำให้ผลิตภัณฑ์มีราคาแพง

        นักวิจัยวัสดุเยอรมันร่วมกับผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมรถยนต์คิดค้นกระบวนการผลิตใหม่ที่ทำให้ CFRP ราคาถูกลงมาก เครื่องจักรสามารถถักและสร้างเส้นใยและเคลือบใยด้วยเรซิน ชิ้นส่วนที่ได้มีน้ำหนักน้อยกว่าเหล็กกล้าครึ่งหนึ่ง รับแรงกระแทกได้มากกว่าและไม่ขึ้นสนิม เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับเครื่องบินและรถยนต์ประหยัดพลังงาน เพราะน้ำหนักเบาช่วยลดการใช้เชื้อเพลิง


        กระบวนการผลิตใหม่ทำให้พลาสติกเสริมใยคาร์บอนมีราคาถูกขึ้น

          โลตัสเอฟเฟ็ค

          ใบบัวสะอาดอยู่เสมอ ดอกบัวจึงเป็นสัญลักษณ์แห่งความบริสุทธิ์ในหลายศาสนา ความเชื่อนี้มีเหตุผลทางวิทยาศาสตร์ เพราะน้ำจะไม่เกาะบนใบบัว แต่จะรวมกันเป็นหยดทันทีและชะเอาความสกปรกไปด้วย เพราะเหตุใด เมื่อทศวรรษที่ 1970 วิลเฮล์ม บาร์ธลอธ นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมันค้นพบว่าพื้นผิวของใบบัวไม่เรียบ แต่เต็มไปด้วยโครงสร้างเล็กมากมาย

          ปัจจุบันนักวิจัยใช้โลตัสเอฟเฟ็คเพื่อพัฒนาพื้นผิวกันน้ำ น้ำมันหรือเลือด เป้าหมายคือการผลิตแผงสุริยะที่ทำความสะอาดตนเองได้ กระจกหน้าต่างที่กันสกปรกและเครื่องหัวใจและปอดเทียมที่มีประสิทธิภาพ


          น้ำไม่สามารถเกาะบนใบบัวได้

          น้ำยาเคลือบแบบนาโนใช้หลักการโลตัสเอฟเฟ็ค น้ำจะรวมเป็นหยดและชะความสกปรกไปด้วย

            เสื้อผ้าคิดเป็น

            แจ็กเกตนักดับเพลิงติดระบบอิเล็คทรอนิกที่ถูกพัฒนาในโครงการวิจัยของรัฐบาลเยอรมัน สามารถทำอะไรได้มากกว่าทนความร้อนได้สูง เสื้อช่วยแจ้งตำแหน่งของนักดับเพลิงอย่างแม่นยำ บอกชีพจรและอุณหภูมิร่างกาย หากจำเป็น เสื้ออัจฉริยะยังแจ้งสัญญาณไปยังหัวหน้าหน่วยให้ส่งความช่วยเหลือมาด้วย

            เสื้ออัจฉริยะมีประโยชน์ไม่เฉพาะยามฉุกเฉิน เสื้อฟิตเนสอัจฉริยะที่นักวิจัยเฟราน์โฮเฟอร์พัฒนายังสามารถวัดลมหายใจและชีพจรได้ ทำให้นักกีฬาสามารถปรับการฝึกให้เหมาะสม


            เสื้อ “อัจฉริยะ” ช่วยชีวิตได้

              พลาสติกทุกที่

              รถเด็กเล่น ถังถูพื้น ท่อ ถุงขยะ การปลูกถ่ายอวัยวะ จากผลิตภัณฑ์ไฮเทคไปจนถึงของใช้ประจำวัน โพลีเอธิลีนเป็นพลาสติกที่มีการใช้งานมากที่สุด เพราะมีความแข็งแรงทนทาน ไม่เสียหายเมื่อถูกวัตถุกระแทกและทนทานความเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้สูง

              เหตุที่สามารถผลิตโพลีเอธีลีนได้ถูกและรวดเร็วเพราะ ปีค.ศ.1953 คาร์ล ซีกเลอร์ นักวิทยาศาสตร์แห่งสถาบันมักซ์ พลังก์ค้นพบว่าก๊าซเอธิลีนสามารถเปลี่ยนเป็นโพลีเอธิลีนในอุณหภูมิห้องและความกดอากาศปกติหากเราเติมส่วนประกอบโลหะบางชนิดเข้าไป นั่นคือ Ziegler-Natta-Catalyst การค้นพบนี้ทำให้สามารถผลิตโพลีเอธิลีนจำนวนมากได้ แต่ความทนทานของโพลีเอธิลีนมีข้อเสียเช่นกัน เพราะถุงพลาสติกได้สร้างภูเขากองขยะที่เติบโตขึ้นเรื่อย ๆ ไปทั่วโลกและทำลายสิ่งแวดล้อม กว่าถุงพลาสติกใบหนึ่งจะย่อยสลายต้องใช้เวลาหลายร้อยปี


              รางวัลโนเบลสาขาเคมี เมื่อปี ค.ศ. 1963: พระเจ้ากุสตาฟที่ 6 แห่งสวีเดนแสดงความยินดีกับคาร์ล ซีกเลอร์ (ขวา)