เครือข่ายส่งเสริมธุรกิจเทคโนโลยีและนวัตกรรม
กปว.#
เทคโนโลยีพร้อมถ่ายทอด
ชื่อ
"แกรฟีน" วัสดุสุดมหัศจรรย์ฝีมือคนไทย
ชม 1,152 ครั้ง
66
เจ้าของ
ศูนย์นวัตกรรมการพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์และอิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์ (TOPIC)
เมล์
-
รายละเอียด
วัสดุคาร์บอนน้องใหม่ที่มีชื่อว่า แกรฟีน ไปแล้ว โดยวัสดุคาร์บอนชนิดนี้มีความหนาเพียง 1 ชั้นอะตอมเท่านั้น และมีการจัดเรียงตัวเป็นรูปตาข่ายของกรงไก่หรือคล้ายกับวงหกเหลี่ยมของโมเลกุลเบนซีนที่เชื่อมต่อกัน แกรฟีนมีความแข็งแรงและมีพื้นที่ผิวที่สูงมาก นอกจากนั้นยังมีสมบัติด้านอื่น ๆ ที่ดีเยี่ยมอีกด้วย ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกต่างให้
ความสนใจต่อแกรฟีนในการนำมาประยุกต์และพัฒนาเพื่อผลิตวัสดุชนิดใหม่ ๆ ที่สามารถตอบสนองความต้องการของมนุษย์ให้ดียิ่งขึ้น
สมบัติของแกรฟีนที่น่าสนใจในด้านต่าง ๆ
สมบัติทางไฟฟ้า
แกรฟีนเป็นสารกึ่งตัวนำที่ไม่มีช่องว่างแถบพลังงาน (band gap) เลย เนื่องจากแถบเวเลนต์ (valence band) และแถบการน า (conduction band) ของแกรฟีนมีการเชื่อมสัมผัสกันไปเป็นจุด ๆ อย่างต่อเนื่อง หรืออาจกล่าวได้ว่าช่องว่างแถบพลังงานของแกรฟีนมีค่าเป็นศูนย์นั่นเอง ดังแสดงในรูปที่ 1 ดังนั้นแกรฟีนจึงมีความคล่องตัวของอิเล็กตรอน (electron mobility) สูงมากซึ่งตามทฤษฎีพบว่ามีค่ามากถึง 1000 เท่าของซิลิคอน และจากการทดลองพบว่ามีค่าสูงถึง 0.25 x 106 cm2/(Vs) [1] ซึ่งมีค่ามากกว่าซิลิคอน 100 เท่า
สมบัติทางความร้อน
แกรฟีนมีค่าการนำความร้อนสูงมากประมาณ 50 W/cmK [3,4] ในขณะที่ทองแดงมีค่าการนำความร้อนประมาณ 4 W/cmK ที่อุณหภูมิห้องแกรฟีนจึงนำความร้อนได้ดีกว่าทองแดงมากกว่า 10 เท่า ดังนั้นแกรฟีนจึงถูกเลือกนำมาใช้เป็นตัวช่วยระบายความร้อนในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ซึ่งให้ผลดีกว่าและราคาถูกกว่าโลหะมาก
สมบัติเชิงกล
แกรฟีนมีความแข็งแรงมากโดยมีค่าความแข็งแรงต้านการแตกหัก (breaking strength) สูงถึง 42 นิวตันต่อเมตร ค่าความเครียดเชิงกลประมาณ 25 เปอร์เซ็นต์ ค่ายังโมดูลัส (Youngs modulus) สูงถึง 1 เทระปาสกาล และค่าความแข็งแรงภายใน (intrinsic strength) สูงถึง 130 กิกะปาสกาล [5,6] แกรฟีนจึงได้รับสมยานามว่าเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงที่สุดในโลก
สมบัติทางแสง
แกรฟีนมีค่าความโปร่งแสงสูงมากถึงเกือบ 98 เปอร์เซ็นต์ในทุกความยาวคลื่น โดยพบว่าจ านวนชั้นชองแกรฟีนที่เพิ่มขึ้น 1 ชั้นจะท าให้ค่าความทึบแสงเพิ่มขึ้นประมาณ 2.3 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นแกรฟีนจึงเป็นวัสดุที่น่าสนใจเป็นอย่างยิ่งในการน ามาประยุกต์ใช้เป็นอุปกรณ์เชิงแสงต่าง ๆ เช่น ขั้วไฟฟ้าโปร่งแสง (transparent conductive electrode) ในจอแสดงผลและเซลล์แสงอาทิตย์
ทีมนักวิจัยจากศูนย์นวัตกรรมการพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์และอิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์ (TOPIC) ภายใต้เนคเทค สวทช. คือ หนึ่งในทีมนักวิทยาศาสตร์ไทยที่ทุ่มเทศึกษาวิจัยแกรฟีนมาอย่างต่อเนื่อง และประสบความสำเร็จสังเคราะห์และเตรียมหมึกนำไฟฟ้าด้วยวัสดุแกรฟีนได้เป็นทีมแรกของโลก 
ความสนใจต่อแกรฟีนในการนำมาประยุกต์และพัฒนาเพื่อผลิตวัสดุชนิดใหม่ ๆ ที่สามารถตอบสนองความต้องการของมนุษย์ให้ดียิ่งขึ้น
สมบัติของแกรฟีนที่น่าสนใจในด้านต่าง ๆ
สมบัติทางไฟฟ้า
แกรฟีนเป็นสารกึ่งตัวนำที่ไม่มีช่องว่างแถบพลังงาน (band gap) เลย เนื่องจากแถบเวเลนต์ (valence band) และแถบการน า (conduction band) ของแกรฟีนมีการเชื่อมสัมผัสกันไปเป็นจุด ๆ อย่างต่อเนื่อง หรืออาจกล่าวได้ว่าช่องว่างแถบพลังงานของแกรฟีนมีค่าเป็นศูนย์นั่นเอง ดังแสดงในรูปที่ 1 ดังนั้นแกรฟีนจึงมีความคล่องตัวของอิเล็กตรอน (electron mobility) สูงมากซึ่งตามทฤษฎีพบว่ามีค่ามากถึง 1000 เท่าของซิลิคอน และจากการทดลองพบว่ามีค่าสูงถึง 0.25 x 106 cm2/(Vs) [1] ซึ่งมีค่ามากกว่าซิลิคอน 100 เท่า
สมบัติทางความร้อน
แกรฟีนมีค่าการนำความร้อนสูงมากประมาณ 50 W/cmK [3,4] ในขณะที่ทองแดงมีค่าการนำความร้อนประมาณ 4 W/cmK ที่อุณหภูมิห้องแกรฟีนจึงนำความร้อนได้ดีกว่าทองแดงมากกว่า 10 เท่า ดังนั้นแกรฟีนจึงถูกเลือกนำมาใช้เป็นตัวช่วยระบายความร้อนในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ซึ่งให้ผลดีกว่าและราคาถูกกว่าโลหะมาก
สมบัติเชิงกล
แกรฟีนมีความแข็งแรงมากโดยมีค่าความแข็งแรงต้านการแตกหัก (breaking strength) สูงถึง 42 นิวตันต่อเมตร ค่าความเครียดเชิงกลประมาณ 25 เปอร์เซ็นต์ ค่ายังโมดูลัส (Youngs modulus) สูงถึง 1 เทระปาสกาล และค่าความแข็งแรงภายใน (intrinsic strength) สูงถึง 130 กิกะปาสกาล [5,6] แกรฟีนจึงได้รับสมยานามว่าเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงที่สุดในโลก
สมบัติทางแสง
แกรฟีนมีค่าความโปร่งแสงสูงมากถึงเกือบ 98 เปอร์เซ็นต์ในทุกความยาวคลื่น โดยพบว่าจ านวนชั้นชองแกรฟีนที่เพิ่มขึ้น 1 ชั้นจะท าให้ค่าความทึบแสงเพิ่มขึ้นประมาณ 2.3 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นแกรฟีนจึงเป็นวัสดุที่น่าสนใจเป็นอย่างยิ่งในการน ามาประยุกต์ใช้เป็นอุปกรณ์เชิงแสงต่าง ๆ เช่น ขั้วไฟฟ้าโปร่งแสง (transparent conductive electrode) ในจอแสดงผลและเซลล์แสงอาทิตย์
ทีมนักวิจัยจากศูนย์นวัตกรรมการพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์และอิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์ (TOPIC) ภายใต้เนคเทค สวทช. คือ หนึ่งในทีมนักวิทยาศาสตร์ไทยที่ทุ่มเทศึกษาวิจัยแกรฟีนมาอย่างต่อเนื่อง และประสบความสำเร็จสังเคราะห์และเตรียมหมึกนำไฟฟ้าด้วยวัสดุแกรฟีนได้เป็นทีมแรกของโลก
คำสำคัญ
บันทึกโดย
