ความหวังใหม่ ! เสกกระดาษเป็นวัสดุสุดล้ำด้วยโลหะเหลว

จะเกิดอะไรขึ้นหากเราสามารถเปลี่ยนของรอบตัวให้เป็นอุปกรณ์อัจฉริยะได้ ? ดูเหมือนว่าเราจะเข้าใกล้อนาคตสุดล้ำขึ้นอีกก้าวแล้ว เพราะนักวิจัยจากประเทศจีนพัฒนาวิธีเคลือบสารโลหะเหลว เช่น ปรอท ให้ยึดติดบนพื้นผิวที่ปกติแล้วโลหะเหลวยึดเกาะไม่ค่อยได้ เช่น กระดาษ ได้สำเร็จ โดยไม่ต้องอาศัยตัวกลางช่วยยึดเกาะแบบเดิม ซึ่งทีมวิจัยคาดว่าเทคนิคใหม่นี้ จะสามารถนำไปต่อยอดใช้กับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ เพื่อเปลี่ยนสิ่งของในชีวิตประจำวันให้เป็น "อุปกรณ์อัจฉริยะ" ได้ในอนาคต

โลหะเหลวคืออะไร ?

อันที่จริงแล้ว โลหะเหลวไม่ใช่นวัตกรรมใหม่แต่อย่างใด แต่โลหะเหลว (Liquid metal) คือโลหะหรือโลหะผสม ซึ่งมีสถานะเป็นของเหลวในอุณหภูมิห้อง มีคุณสมบัตินำไฟฟ้า นำความร้อนเหมือนโลหะทั่วไป โดยตัวอย่างโลหะเหลวที่เรารู้จักกันดี คือ ปรอท นั่นเอง 

อย่างไรก็ดี สารปรอทนั้นเป็นโลหะที่เป็นพิษ นักวิทยาศาสตร์จึงเลือกใช้โลหะเหลวชนิดอื่น ที่เป็นโลหะผสมมาใช้งานกันมากกว่า ซึ่งปกติแล้วมีใช้โลหะเหลวในหลากหลายอุตสาหกรรม เช่น ผลิตสวิตช์ไฟฟ้า สีย้อมผ้า หรือนำไปผลิตเป็นสารช่วยระบายความร้อนในเครื่องคอมพิวเตอร์ 

วิธีเดิมต้องใช้ตัวกลางช่วย

ที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์พยายามนำสารโลหะเหลวมาเคลือบวัสดุหลากหลายประเภท เพื่อเสริมความแข็งแรง หรือเพิ่มคุณสมบัตินำไฟฟ้า นำความร้อนให้กับวัสดุต่าง ๆ แต่ตัวโลหะเหลว (Liquid metal) มีแรงตึงผิวสูงมาก ทำให้ยึดติดกับพื้นผิววัสดุส่วนใหญ่ไม่ได้

โดยก่อนหน้านี้ นักวิจัยประยุกต์นำเทคนิคที่เรียกว่า “Transfer printing” หรือการสกรีนแบบทรานเฟอร์ ซึ่งเป็นเทคนิคตกแต่งเครื่องปั้นดินเผา ด้วยการนำลายแกะสลักหรือหมึกที่ต้องการสกรีนลงบนกระดาษก่อน แล้วใช้แรงกดลงบนพื้นผิวเคลือบขณะที่กระดาษยังเปียกอยู่

ซึ่งวิธีดังกล่าวต้องอาศัยวัสดุชนิดอื่น มาเป็นตัวกลางช่วยยึดโลหะเหลวกับพื้นผิวไว้อีกทีหนึ่ง แต่วิธีดังกล่าวยังมีข้อเสียอยู่ดี เพราะยิ่งมีวัสดุขวางระหว่างโลหะเหลวกับพื้นผิวมากเท่าไหร่ คุณสมบัติของโลหะเหลวในการนำไฟฟ้า และความร้อนจะน้อยลงตามไปด้วย อีกทั้งขั้นตอนการติดวัสดุตัวกลางก็ยุ่งยากเกินไป 

ลองผิดลองถูกจนสำเร็จ

ด้วยเหตุนี้ โบ หยวน (Bo Yuan) นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยชิงหวา (Tsinghua University) ประเทศจีนและทีม จึงทดลองนำโลหะเหลวสองชนิด ได้แก่ eGaIn และ BiInS มาเคลือบไว้บนพื้นผิวซิลิโคน และตรายางซิลิโคนโพลิเมอร์ จากนั้นทดลองถูตรายางไปบนพื้นผิวกระดาษโดยใช้ระดับแรงที่แตกต่างกัน 

โดยโลหะเหลวทั้งสองนั้นเป็นโลหะผสมที่มีความปลอดภัย ไม่มีพิษต่างจากสารปรอทซึ่งเป็นพิษต่อระบบประสาท สำหรับตัว eGaIn มีจุดหลอมเหลว 15.5 องศาเซลเซียส ส่วน BiInS มีจุดหลอมเหลว 62 องศาเซลเซียส

หลังจากลองผิดลองถูกอยู่หลายครั้ง ในที่สุดทีมวิจัยค้นพบระดับแรงกดที่เหมาะสม โดยทีมพบว่า หากใช้แรงเพียงเล็กน้อยถูตรายางที่เคลือบด้วยโลหะเหลวไปบนกระดาษ จะทำให้หยดโลหะเหลวยึดเกาะกับพื้นผิวได้เป็นอย่างดี แต่ถ้าใช้แรงกดมากเกินไปกลับทำให้หยดโลหะเหลวยึดเกาะพื้นผิวไม่อยู่

ติดได้ไม่ต้องพึ่งตัวกลาง

“ก่อนหน้านี้ เราไม่คิดว่าโลหะเหลวจะยึดติดกับพื้นผิวที่ไม่เปียกได้ แต่เมื่อเราลองปรับแรงกดดู โลหะเหลวกลับยึดติดกับพื้นผิวต่าง ๆ ได้” โบ หยวนกล่าว 

นอกจากนี้ ทีมวิจัยทดลองนำกระดาษที่เคลือบโลหะเหลว มาพับเป็นนกกระเรียนกระดาษดู พบว่าเทคนิคใหม่นี้ไม่ได้ส่งผลกระต่อคุณสมบัติของตัวกระดาษแต่อย่างใด แถมยังแข็งแรงมากขึ้น และมีคุณสมบัตินำไฟฟ้าและความร้อน ดูดกับแม่เหล็กได้เหมือนโลหะ แถมยังพับกระดาษเป็นรูปทรงต่าง ๆ ได้เหมือนกระดาษปกติ

ติดได้แต่ยังไม่ติดหนึบ

อย่างไรก็ตาม เทคนิคการใช้แรงกดนี้ต้องพัฒนาเพิ่มเติมอีกมาก เพราะทีมวิจัยสังเกตว่าโลหะเหลวที่ยึดติดด้วยแรงกดยังไม่ติดหนึบกับพื้นผิวเท่าที่ควร สามารถเช็ดออกได้ด้วยมือ เหมือนกับเวลาเราเช็ดคราบสกปรกออกจากพื้นโต๊ะ โดยนักวิจัยอธิบายว่า ปัญหานี้ไม่ได้ส่งผลกระทบอะไรต่อคุณสมบัติของโลหะเหลว แต่อาจทำให้เกิดคราบสกปรกเลอะเทอะได้

หวังเปลี่ยนของรอบตัวเป็น ‘อุปกรณ์อัจฉริยะ’

ด้วยความที่โลหะเหลวนำไฟฟ้าได้ และทำให้วัสดุแข็งแรงมากขึ้น นักวิจัยจึงตั้งใจนำคุณสมบัติดังกล่าวมาช่วยเชื่อมต่อระบบวงจร และนำเทคนิคนี้ไปประยุกต์ใช้กับสิ่งของที่มีความยืดหยุ่น ไปจนถึง อุปกรณ์คอมพิวเตอร์สวมใส่ได้ (Wearable device) เพื่อสร้าง ‘อุปกรณ์อัจฉริยะ’ จากสิ่งของรอบตัวต่อไป 

แต่ปัจจุบัน ทีมวิจัยระบุว่า ยังต้องพัฒนาเทคนิคการใช้แรงกดกับพื้นผิวประเภทอื่น ๆ เพิ่มเติม เช่น โลหะและเซรามิก เพื่อให้ในอนาคต สามารถใช้งานโลหะเหลวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ซึ่งส่วนใหญ่ผลิตมาจากโลหะ พลาสติก และเซรามิก ได้ และหวังนำโลหะเหลวมาช่วยลดต้นทุนในการผลิตอุปกรณ์อัจฉริยะ เพราะโลหะที่สามารถนำไฟฟ้า เช่น เงิน ทองคำ มีราคาแพง หากนำสิ่งของรอบตัวมาเคลือบโลหะเหลวใช้แทน จะช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายได้ไม่มากก็น้อย

แม้ว่าเทคนิคการใช้แรงกดยึดโลหะเหลวกับพื้นผิวนี้ยังต้องพัฒนาปรับปรุงอีกมาก แต่งานวิจัยชิ้นนี้นับเป็นความหวังใหม่ในการสร้างวัสดุแบบใหม่ที่มีคุณสมบัติของโลหะเสริม และต่อยอดพัฒนาอุปกรณ์อัจฉริยะจากสิ่งของรอบตัวเราต่อไป ใครจะไปรู้ บางทีกระดาษหรือเสื้อผ้าธรรมดา ๆ อาจจะกลายเป็นอุปกรณ์สุดล้ำให้เราใช้ในอนาคตด้วยพลังจากโลหะเหลวก็ได้

ที่มาข้อมูล Cell, Scitechdaily, Scmp

ที่มาภาพ Cell, Chemistrytalk