18 มกราคม 2551

นาโนคอนกรีต



คอนกรีต เป็นวัสดุที่มนุษย์คุ้นเคยที่สุดอย่างหนึ่ง ทุกๆ ปี มีการผลิตคอนกรีตขึ้นใช้งาน 1 ลูกบาศก์เมตร ต่อ ประชากรโลกหนึ่งคน ในธุรกิจก่อสร้าง คอนกรีตเป็นวัตถุดิบที่ไร้คู่แข่ง การนำนาโนเทคโนโลยีเข้ามาช่วยพัฒนาคอนกรีต ทั้งในด้านความคงทนแข็งแรงรวมไปถึงการตรวจสอบสภาพการใช้งาน เป็นยอดปรารถนาของวิศวกร ถึงแม้คอนกรีตจะเป็นวัสดุหยาบ (Bulk Material) แต่สมบัติของมันขึ้นอยู่กับความเป็นอยู่ของโครงสร้างผลึกหรือเกรน (Grain) ในระดับนาโน องค์ประกอบหนึ่งของคอนกรีตที่ใช้กันมาตั้งแต่สมัยโบราณก็คือซิลิกอนไดออกไซด์ หรือ ซิลิกา ซึ่งมีการค้นพบแล้วว่าคุณสมบัติเชิงกลของคอนกรีตจะดีขึ้นมากหากโครงสร้างของเกรนซิลิกามีขนาดระดับนาโนที่เรียกว่า นาโนซิลิกา (Nano-silica) นอกจากนั้นการเติมนาโนซิลิกาเข้าไปในซีเมนต์ยังจะช่วยให้การเสื่อมสภาพของตัวยึดเกาะเกิดได้ช้าลง ช่วยลดการสูญเสียแคลเซียมในคอนกรีต ทำให้คอนกรีตมีอายุการใช้งานนานขึ้น นอกจากนั้นยังมีการศึกษาการเติมอนุภาคนาโนที่เรียกว่า haematite ลงไปในคอนกรีตเพื่อเพิ่มความแข็งแรง โดยมีผลพลอยได้ประการหนึ่งคือ คอนกรีตสามารถถูกตรวจสอบได้โดยอาศัยคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าของสารชนิดนี้ อีกแนวคิดหนึ่งที่กำลังได้รับความนิยมก็คือการนำท่อนาโนคาร์บอน (Carbon Nanotube) มาผสมกับคอนกรีตซึ่งพบว่าสามารถเพิ่มกำลังอัดของคอนกรีตได้ โดยท่อนาโนคาร์บอนซึ่งมักจะเกาะตัวกันอยู่ในลักษณะของ Bundle ที่แต่ละท่อมีแรงยึดระหว่างกัน จะสามารถสไลด์ผ่านกันได้ หากมีแรงมาดึงหรืออัดคอนกรีต ช่วยทำให้คอนกรีตมีความยืดหยุ่นคล้ายยางได้ อย่างไรก็ตามเนื่องจากท่อนาโนคาร์บอนยังมีราคาสูงอยู่ การนำไปใช้งานจริง ณ ขณะนี้จึงยังไม่เกิด แต่ในอนาคตที่ราคาในการผลิตท่อนาโนคาร์บอนจะต่ำลงมาอีกมาก เราก็มีสิทธิ์ได้เห็นคอนกรีตเสริมใยคาร์บอนมีใช้กันทั่วไปแน่
ภาพด้านบน - คอนกรีตที่ซ่อมแซมตัวเองได้ (ซ้าย-รอยแตกใหม่ๆ) (ขวา-หลังจากซ่อมตัวเองแล้ว) (Picture owned by Microlab, TU-Delft)