โลหะใหม่ "เบาที่สุดในโลก" เบากว่าโฟม "100 เท่า"

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการ เอชอาร์แอล ในเมืองมาลิบู รัฐแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา ซึ่งมีบริษัทโบอิ้ง และเจเนอรัล มอเตอร์ สองยักษ์ใหญ่ในอุตสาหกรรมการบินของสหรัฐอเมริกาเป็นเจ้าของร่วมกัน ค้นพบวิธีการผลิตวัสดุในรูปแบบใหม่ที่ทำให้มันกลายเป็นโลหะที่เบาที่สุดใน โลกในเวลานี้

วัสดุใหม่ที่ว่านี้เรียกว่า "ไมโครแลทไทซ์" มีน้ำหนักเบากว่าโฟมที่เราคุ้นเคยกันถึง 100 เท่า เบาจนสามารถนำไปวางไว้บนดอกหญ้าเดนดิไลออนได้สบายๆ เลยทีเดียว

โซเฟีย หยาง นักเคมีแห่งห้องปฏิบัติการ เอชอาร์แอล ระบุว่า คนทั่วไปมักเข้าใจว่า "ไมโครแลทไทซ์" เป็นอัลลอยที่ถูกคิดค้นขึ้นใหม่ จริงๆ แล้วโลหะใหม่นี้ทำขึ้นจากโลหะที่รู้จักกันดีอยู่แล้วคือ นิกเกิล-ฟอสฟอรัส แต่ปรับโครงสร้างของแผ่นโลหะเสียใหม่ให้คงรูปอยู่ได้ด้วยตัวเอง แต่ในขณะเดียวกันก็มีน้ำหนักน้อยมาก โดยอาศัยหลักการเดียวกับการสร้างหอไอเฟล ที่สูงเท่ากับตึกระฟ้าแต่มีน้ำหนักเพียงแค่เสี้ยวเดียวของตึกระฟ้าที่มีความสูงเท่ากันนั่นเอง

ไมโครแลทไทซ์ สร้างขึ้นจากโครงข่ายของท่อโลหะกลวงที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกันเป็นโครงสร้างคล้ายกับโครงสร้างเหล็กที่รองรับสะพาน แต่ย่อขนาดให้เล็กลงมาก กล่าวคือผนังของท่อกลวงที่ใช้ในการสร้างเป็นแผ่นไมโครแลทไทซ์นั้น มีความหนาเพียง 100 นาโนเมตร หรือบางกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางโดยเฉลี่ยของเส้นผมคนเราถึง 1,000 เท่า ซึ่งนั่นหมายความว่าไมโครแลทไทซ์แต่ละชิ้นที่ผลิตขึ้นได้จะเป็นโลหะที่มีอากาศเป็นส่วนประกอบอยู่ภายในถึง 99.99 เปอร์เซ็นต์

กระบวนการสร้างไมโครแลทไทซ์นั้นก็ถูกคิดค้นขึ้นใหม่เช่นเดียวกัน โดยหลักการแล้วกระบวนการผลิตไมโครแลทไทซ์ขั้นต้นนั้นคล้ายคลึงกับหลักการทำงานของพรินเตอร์ 3 มิติ แตกต่างกันตรงที่ ในขณะที่เครื่องพิมพ์ 3 มิติพิมพ์วัสดุออกมาโดยเรียงเป็นชั้นหรือเลเยอร์ซ้อนขึ้นไปเรื่อยๆ แต่ในกระบวนการผลิตไมโครแลทไทซ์นั้น เอชอาร์แอล แล็บ ใช้ โพลีเมอร์พิเศษซึ่งทำปฏิกิริยากับแสงมาใช้เป็นวัสดุต้นแบบ

การผลิตเริ่มต้นด้วยการฉายแสงอัลตราไวโอเลตผ่านฟิลเตอร์กรองแสงที่ทำเป็นแพทเทิร์นรูปโครงข่ายไปยังโพลีเมอร์ซึ่งอยู่ในรูปของเหลว ผลลัพธ์ที่ได้ก็คือโครงตาข่ายสามมิติตามที่ต้องการในเวลาเพียงไม่กี่วินาที โครงข่ายต้นแบบที่ทำด้วยโพลีเมอร์นี้จะถูกนำไปใช้เป็นโครงต้นแบบ แล้วนำไปเคลือบด้วยโลหะชนิดต่างๆ หรือวัสดุอื่นๆ อาทิ เซรามิก หรือ สารประกอบอื่นๆ ซึ่งขึ้นอยู่กับความต้องการในการประยุกต์ใช้ จากนั้นก็ละลายโพลีเมอร์ทิ้งไป หลงเหลือเพียงโครงสร้างท่อกลวงขนาดจิ๋วที่เชื่อมต่อกันเป็นโครงข่ายตามแพทเทิร์นนั่นเอง

ทีมวิจัยสามารถปรับเปลี่ยนความแข็งแกร่งของโครงสร้างตาข่ายนี้ได้ 2 แบบ คือถ้าไม่ปรับเปลี่ยนส่วนผสมทางเคมีของโพลีเมอร์ ก็ปรับเปลี่ยนรูปแบบของโครงสร้างตาข่ายเสียใหม่ ความสามารถในการปรับเปลี่ยนความแข็งแรงนี้ได้หมายความว่าเราสามารถสร้างโครงสร้างตาข่ายได้ตั้งแต่ชนิดที่อ่อนหยุ่น ดูดซับแรงกระแทกได้ดี เรื่อยไปจนถึงโครงสร้างตาข่ายที่แข็งแกร่งมากๆ เพื่อใช้เป็นโครงรองรับแผ่นโลหะหรืออื่นๆ ได้ด้วยวิธีการเดียวกันนี้

ด้วยน้ำหนักเบาของมันทำให้ "ไมโครแลทไทซ์" สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้หลากหลายมาก ตั้งแต่การนำไปใช้เป็นส่วนประกอบชั้นกลางของผิวโลหะที่มีโครงสร้างแบบ "แซนด์วิช" ซึ่งอาจกลายเป็นมาตรฐานสำหรับการออกแบบเครื่องบินที่มีน้ำหนักเบาในอุตสาหกรรมเครื่องบิน เรื่อยไปจนถึงการนำไปใช้กับยานอวกาศและเครื่องบินไฮเปอร์โซนิค

เพราะไม่เพียงน้ำหนักจะเบาลงมากเท่านั้นแต่ยังสามารถเพิ่มความแข็งแกร่งของโลหะใหม่ได้ตามต้องการอีกด้วย

ที่มา : นสพ.มติชน