สหรัฐฯ พัฒนาวัสดุใหม่ เปลี่ยนโปร่งใสเป็นทึบแสงเมื่อร้อนขึ้น

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยไรซ์ พัฒนาเทอร์โมโครมิกแบบใหม่ เมื่อร้อนขึ้นจะเปลี่ยนจากโปร่งใสเป็นทึบแสง ทำให้บ้านเย็นลง และในอนาคตอาจถูกนำมาสร้างบ้านจนช่ววยลดอุณหภูมิในบ้านได้

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยไรซ์ ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้พัฒนาวัสดุอัจฉริยะแบบใหม่ ที่มีคุณสมบัติสามารถปรับความโปร่งใสได้เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง และมีความโดดเด่นกว่าวัสดุประเภทเดียวกันในแง่ของความความทนทาน ความโปร่งใส และการตอบสนอง คาดว่าสามารถนำไปสร้างเป็นบางส่วนของอาคารได้ และช่วยทำให้อาคารเย็นลงได้

สหรัฐฯ พัฒนาวัสดุใหม่ เปลี่ยนโปร่งใสเป็นทึบแสงเมื่อร้อนขึ้น

ทั้งนี้ปัจจุบันมีการใช้งานเครื่องปรับอากาศเพื่อช่วยให้อาคารสำนักงานต่าง ๆ เย็นขึ้น จนทำให้เครื่องปรับอากาศทั่วโลกเป็นต้นเหตุในการปล่อยก๊าซเรือนกระจกประมาณร้อยละ 3.2 ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั้งหมดทั่วโลก ตามข้อมูลขององค์การพลังงานระหว่างประเทศ (IEA)

ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงพยายามที่จะพัฒนานวัตกรรมปรับอุณหภูมิโดยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก หนึ่งในวิธีการนั้นคือการเคลือบหน้าต่างด้วยวัสดุกันความร้อน ที่ยังคงคุณสมบัติปล่อยให้แสงผ่านเข้ามาได้ วัสดุประเภทหนึ่งที่มีคุณสมบัติเช่นนี้คือ เทอร์โมโครมิก (Thermochromics) แต่ในปัจจุบันวัสดุนี้ยังมีราคาแพง และมีอายุการใช้งานต่ำ ดังนั้นจึงไม่นิยมนำมาใช้งานในการก่อสร้างอาคาร

แต่ล่าสุด ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยไรซ์ นำโดย ปุลิคเกล อาจายัน (Pulickel Ajayan) ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมศาสตร์ ได้พัฒนา ระบบพอลิเมอร์เบลนด์ (นำพอลิเมอร์ 2 ชนิดขึ้นไปมาผสมกัน จนได้พอลิเมอร์ชนิดใหม่) แบบเติมเกลือ (Salted Polymer Blend System) ซึ่งใช้ส่วนประกอบทั้งอินทรีย์ (สารประกอบที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบ มักพบในสิ่งมีชีวิต) และอนินทรีย์ (สารประกอบที่ไม่ต้องมีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบ มักพบในสิ่งไม่มีชีวิต) จึงทำให้มีราคาถูกลงและมีอายุการใช้งานสูงขึ้น โดยมีอายุการใช้งานประมาณ 60 ปี มากกว่าวัสดุประเภทเทอร์โมโครมิก ที่ใช้ในผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ เช่น สีเคลือบหรือวัสดุอื่น ๆ ซึ่งมักมีอายุการใช้งานประมาณ 1 - 5 ปีเท่านั้น

สำหรับการพัฒนานี้ นักวิจัยสังเคราะห์วัสดุ โดยผสมพอลิเมอร์ 2 ชนิด เข้ากับเกลือ 1 ชนิด จากนั้นปรับปรุงองค์ประกอบต่าง ๆ ให้เหมาะสมที่สุด จนทำให้วัสดุสามารถเปลี่ยนจากสถานะโปร่งใส ไปเป็นทึบแสงได้เมื่ออุณหภูมิมีการเปลี่ยนแปลง

นักวิจัยได้ผสมผสานทั้งวิธีการทดลอง และการสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อให้เข้าใจพฤติกรรมของวัสดุภายใต้สภาพแวดล้อมและสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกัน เช่น สร้างแบบจำลอง เพื่อประเมินว่าวัสดุที่สร้างขึ้นใหม่นี้จะเป็นอย่างไร เมื่อถูกนำไปใช้งานในที่ต่าง ๆ ทั่วโลก เพื่อทำให้รับรู้ถึงผลกระทบเมื่อมีการนำไปใช้งานจริง

อานันท์ ภูติรัตน์ (Anand Puthirath) หนึ่งในทีมวิจัย กล่าวว่า “แนวทางของเราไม่เหมือนใคร เพราะในการพัฒนาต้องสร้างสมดุลระหว่างวัสดุและเทคนิคอย่างแม่นยำที่สุด ซึ่งแนวทางนี้ไม่เคยมีมาก่อน ทำให้เรานำเสนอแนวทางพัฒนาวัสดุอัจฉริยะแนวทางใหม่ เราได้ทำการทดลองอย่างครอบคลุมเพื่อระบุคุณสมบัติของวัสดุ เช่นการทดสอบความทนทาน รวมถึงมีการทดสอบความเสถียรของสิ่งแวดล้อม แสดงให้เห็นว่าส่วนผสมของเรามีประสิทธิภาพเหนือกว่าเทอร์โมโครมิกที่มีอยู่แล้ว”

ศรีหะริ ซาจู (Sreehari Saju) นักศึกษาปริญญาเอกสาขาวิทยาศาสตร์วัสดุและวิศวกรรมนาโน หนึ่งในทีมวิจัยกล่าวว่า “ลองนึกภาพหน้าต่างที่เมื่ออุณหภูมิร้อนขึ้น มันสามารถที่จะปรับเปลี่ยนตัวเองให้ทึบขึ้น และทำให้ภายในห้องเย็นสบายโดยไม่ใช้พลังงาน เราคิดว่าหน้าต่างอัจฉริยะที่ทำจากวัสดุที่เราพัฒนาขึ้น จะช่วยลดการใช้พลังงานในอาคารได้อย่างมาก ส่งผลให้ต้นทุนด้านพลังงานและปริมาณการปล่อยคาร์บอนลดลงอย่างเห็นได้ชัด”

ปุลิคเกล อาจายัน กล่าวเพิ่มเติมว่า “งานวิจัยนี้ถือเป็นการสร้างมาตรฐานใหม่ในด้านความทนทานและประสิทธิภาพของเทอร์โมโครมิก ทั้งนี้งานของเรามุ่งแก้ปัญหาสำคัญในด้านสถาปัตยกรรมที่ยั่งยืน โดยนำเสนอโซลูชันที่ใช้งานได้จริงและปรับขนาดได้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพด้านพลังงานในอาคาร”

สหรัฐฯ พัฒนาวัสดุใหม่ เปลี่ยนโปร่งใสเป็นทึบแสงเมื่อร้อนขึ้น