นักวิทย์สร้างวัสดุแห่งอนาคต ค่าความทนทานเกือบเทียบเท่าเพชร และสามารถสร้างระเบิดได้

เมื่อพูดถึงเพชร หลายคนอาจจะนึกถึงเครื่องประดับหรูหราที่มีราคาแพง แต่เพชรยังเป็นแร่ที่มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมอีกด้วย คือเป็นแร่ที่แข็งที่สุดในโลก ความทนทานของเพชรวัดค่าได้ระหว่าง 70 - 150 กิกะปาสคาล (GPa) ทำให้เป็นส่วนประกอบที่นำไปใช้สว่านที่ใช้กับงานหนัก ๆ เครื่องมือทันตแพทย์ และอุปกรณ์ป้องกันในยานอวกาศ

แต่น่าเสียดายที่โลกเราไม่ได้มีเพชรมากพอที่จะนำมาใช้ได้ตามต้องการ ดังนั้นนักวัสดุศาสตร์จึงพยายามสังเคราะห์วัสดุขึ้นมาเพื่อใช้ทดแทนเพชร เรียกว่า คาร์บอนไนไตรด์ มานานแล้วแต่ที่ผ่านมาก็ยังไม่ประสบความสำเร็จ แต่ล่าสุด หลังจากที่ใช้เวลาลองผิดลองถูกมานานกว่า 3 ทศวรรษ ความก้าวหน้านี้ก็เหมือนจะเป็นรูปเป็นร่างขึ้นมาแล้ว ด้วยความร่วมมือของนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเอดินบะระในสก็อตแลนด์ มหาวิทยาลัยไบรอยท์ของเยอรมนี และมหาวิทยาลัยลินเชอปิงของสวีเดน

งานวิจัยล่าสุดนี้ชี้ว่า นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างคาร์บอนไนไตรด์ได้สำเร็จ มีค่าความทนทานอยู่ที่ประมาณ 78 - 86 GPa โดยได้ทดสอบจากคาร์บอนไนไตรด์ที่มีขนาดความกว้าง 5 ไมโครเมตร และสูง 3 ไมโครเมตร ค่าความทนทานนี้ถือว่าแข็งกว่าวัสดุที่มีความแข็งอันดับ 2 ของโลก คือ คิวบิกโบรอนไนไตรด์ (Cubic Boron Nitride) ที่มีค่าความทนทานอยู่ที่ 50 - 55 GPa แต่ทั้งนี้ยังไม่สามารถเอาชนะค่าความทนทานของเพชรได้

โดมินิค ลาเนียล (Dominique Laniel) นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเอดินบะระบอกว่า วัสดุเหล่านี้ถือเป็นวัสดุที่นักวิจัยใฝ่ฝันที่จะสร้างมาตลอด 3 ทศวรรษ และถือเป็นความก้าวหน้าที่จะนำไปใช้งานในอุตสาหกรรมต่าง ๆ 

นอกจากนี้ หลังจากคำนวณและทดลองเพิ่มเติมแล้ว นักวิจัยเชื่อว่าคาร์บอนไนไตรด์สังเคราะห์อาจมีโฟโตลูมิเนสเซนส์ (photoluminescence เป็นกระบวนการที่วัสดุดูดซับโฟตอน (พลังงานแสง) แล้วปล่อยโฟตอนอีกครั้งที่ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น เปลี่ยนไปสู่สถานะพลังงานที่สูงขึ้นได้) ควบคู่ไปกับความหนาแน่นของพลังงานสูง ซึ่งหมายความว่าคาร์บอนไนไตรด์ปริมาณเพียงเล็กน้อย ก็สามารถกักเก็บพลังงานได้มาก ซึ่งหมายความว่าคาร์บอนไนไตรด์อาจทำให้เกิดระเบิดที่ทรงพลังได้

ทั้งนี้ วัสดุใหม่นี้อาจยังไม่พร้อมใช้งานในปัจจุบัน เพราะมันมีต้นทุนการผลิตที่สูงมาก แต่แน่นอนว่ามันถือเป็นอีกความก้าวหน้าด้านวัสดุของโลก วันหนึ่งคาร์บอนไนไตรด์สังเคราะห์อาจกลายเป็นวัสดุทางวิศวกรรมขั้นสูงที่สามารถแข่งขันกับเพชร ซึ่งสามารถใช้งานได้ในหลากหลายด้าน 

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร แอดวานซ์ แมททีเรียล (Advanced Materials) เมื่อวันที่ 11 ตุลาคม 2023

ที่มาข้อมูล Popsci, Onlinelibrary.Wiley

ที่มารูปภาพ Onlinelibrary.Wiley