Previous Next

??‍?ช่วงเดือนมีนาที่ผ่านมา ทุกท่านคงได้รู้จักกับกลุ่มวิจัย SPICE ซึ่งนำทีมวิจัยโดย ดร.เยี่ยมพล นัครามนตรี อาจารย์ประจำภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ ที่มาเล่างานวิจัยเกี่ยวกับสารเติมแต่ง DES (Deep Eutectic Solvent) สำหรับเปลี่ยนสมบัติยางพาราให้นำไฟฟ้าได้ วันนี้อะตอมได้มีโอกาสบุกถึงห้องทำงานของอาจารย์เพื่อสัมภาษณ์ผลงานชิ้นต่อมาเกี่ยวกับการพัฒนายางพาราไทย ???
.
หลายคนคงทราบกันดีอยู่แล้วว่า ยางพาราที่ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ เช่น การผลิตยางล้อ ไม่ว่าจะเป็นรถยนต์ หรือรถจักรยานยนต์ ?????
.
ปัญหาที่ต้องพบเจอนั่นก็คือ การฉีกขาดของแก้มยาง ยางใน หรือการชำรุดเสียหายของ “โครงยางใน” เนื่องจากการถูกของมีคมหรือตะปูเสียบเข้าไปที่ล้อยาง ทำให้เสี่ยงต่อการเกิดอุบัติเหตุบนท้องถนน นอกจากนั้นการฉีกขาดหรือการชำรุดของดอกยางที่เกิดจากการเสียดสีบนท้องถนนยังสร้างมลพิษทางอากาศโดยการปลดปล่อย Rubber Nanoparticles หรือ Micro-Rubber ซึ่งมันจะเกิดการสะสมในอากาศและส่งผลเสียต่อสุขภาพในระยะยาวได้ ???
.
ด้วยเหตุนี้ทีมวิจัยจึงแก้ปัญหาดังกล่าวโดยการพัฒนายางพาราให้มีคุณสมบัติคืนสภาพตัวเองได้ (Self-Healing) แต่ยังคงคุณสมบัติความยืดหยุ่นและความแข็งแรงของยางพาราไว้ได้ โอโหววว!!! ต้องบอกเลยว่า ไม่ง่ายเลยนะครับ อะตอมจะค่อยๆ ขยายความให้ฟังนะครับ ???
.
จุดเด่นของยางพารา คือ ความยืดหยุ่นและความแข็งแรงคงทน ก่อนหน้านี้ทีมวิจัย SPICE ได้ดัดแปลงส่วนผสมของน้ำยางเพื่อให้ยางสามารถนำไฟฟ้าได้และคงสมบัติความยืดหยุ่นและความแข็งแรงได้เป็นอย่างดี ดังนั้นการจะเพิ่มความสามารถ Self-Healing เข้าไปในเนื้อยางพาราก็สามารถทำได้เช่นเดียวกัน ????⚗️
.
?‍? อาจารย์เล่าให้ฟังว่า โดยปกติยางธรรมชาติ (Natural Rubber หรือ NR) จะมีสมบัติ Self-Healing แต่เมื่อนำมาผ่านกระบวนการแปรรูปหรือดัดแปลงโมเลกุลที่เรียกว่า กระบวนการ Crosslink (Vulcanization) มันจะทำให้โมเลกุลของยางสูญเสียความสามารถ Self-Healing ไป ดังนั้นวิธีแก้ไข คือ ต้องเติมสารที่มีประจุบวกและลบเพิ่มเข้าไปเพื่อให้สายโซ่โมเลกุลของยางที่ถูกตัดขาดสามารถคืนสภาพกลับมาได้โดยอาศัยแรงดึงดูดทางไฟฟ้าระหว่างประจุที่อยู่ภายในเนื้อยาง ??⚗️
.
แต่!!!!! ต้องบอกเลยว่ายุ่งยากและไม่คุ้มค่าเลยสำหรับอุตสาหกรรมผลิตยางแปรรูป แล้วทีนี่จะทำอย่างไร ? กลุ่มวิจัย SPICE นำทีมโดยอาจารย์เยี่ยมพล มีทางออกให้กับเรื่องนี้!!! ???
.
วิธีการ คือ ทีมวิจัยได้นำยางสังเคราะห์ที่รู้จักกันดีในชื่อทางการค้าว่า Bromobutyl Rubber หรือ ยาง BIIR ยางชนิดนี้เมื่อนำมาผสมกับสารที่มีชื่อว่า Imidazole จะทำให้ยางสังเคราะห์มีสมบัติ Self-Healing ที่ดี แต่ยังมีจุดอ่อนตรงที่มีสมบัติเชิงกลในเรื่องของความแข็งแรงและความยืดหยุ่นที่ไม่ดี ด้วยเหตุนี้ทีมวิจัยจึงมีแนวคิดที่จะนำจุดแข็งของยาง BIIR และยาง NR มาพัฒนาร่วมกันเพื่อสร้างสูตรยางตัวใหม่ที่มีคุณสมบัติ Self-Healing แต่ไม่สูญเสียความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของยางไป ???
.
ความยากของงานนี้ คือ การผสมของยางสองชนิดที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่างกันอย่างมาก ในกระบวนการเตรียมยางผสมจะเกิดการแยกเฟสและทำให้ยางทั้งสองชนิดไม่สามารถรวมเข้าเป็นเนื้อเดียวกันได้???
.
ดังนั้นทีมวิจัยจึงทำการปรับปรุงยางทั้งสองให้มีน้ำหนักโมเลกุลที่สมดุลกันก่อนทำการผสมและทำการแปรรูป จนในที่สุดทีมวิจัยได้ประสบความสำเร็จในการผลิตสูตรยางดังกล่าวเพื่อการแปรรูปยางให้มีคุณสมบัติ Self-Healing ในขณะเดียวกันยังคงความแข็งแรงและความยืดหยุ่นไว้ได้เป็นอย่างดีโดยที่ไม่จำเป็นต้องเติมประจุทางไฟฟ้าเข้าไปในน้ำยาง เพื่อลดความยุ่งยากและง่ายต่อการผลิตยางในระดับอุตสาหกรรมได้ในอนาคต ???
.
และนี่คืออีกหนึ่งความภาคภูมิใจในผลงานวิจัยของบุคลากร คณะวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากในการพัฒนาอุตสาหกรรมยางพาราที่จะช่วยเพิ่มขีดความสามารถและมูลค่าของยางพาราไทย ผลงานชิ้นนี้เกิดจากความร่วมมือหลายศาสตร์และได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Polymers ปี 2021 (Q1, Impact factor 3.426) ในชื่อผลงาน “Combination of Self-Healing Butyl Rubber and Natural Rubber Composites for Improving the Stability” ???
.
แต่เดียวก่อนนนน ผลงานของทีมวิจัยนี้ยังมีภาคต่ออีกนะครับ
สามารถติดตามได้จากวารสารที่มีชื่อว่า ???
.
?? "Shape memory thermoplastic natural rubber for novel splint applications" และ
.
??"Piezoresistive carbon-based composites for sensor applications Effects of polarity and non-rubber components on shape recovery"
.
ซึ่งทั้ง 2 ผลงานนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร EXPRESS POLYMER LETTERS ปี 2021 (Q2, Impact factor 3.083) ???

#FSciResearchInnovation #KMUTT

เปลี่ยนบรรยากาศกับช่วง “FSci Q1 Research” มาทางฝั่งฟิสิกส์ทฤษฎีกันบ้างนะฮะ ???
.
ช่วงปลายปีที่แล้ว ทุกท่านคงทราบกันดีว่าหนึ่งในรางวัลโนเบลประจำปี 2020 มาจากสาขาวิชาฟิสิกส์ ซึ่งเป็นเรื่องเกี่ยวกับ “Black Hole” ของ ศ.โรเจอร์ เพนโรส ศ.ไรน์ฮาร์ด เกนเซล และ ศ.แอนเดรีย เกซ ซึ่งการศึกษาในหัวข้อดังกล่าวเป็นที่น่าสนใจและจับตามองเป็นอย่างมากในวงการของนักฟิสิกส์ทฤษฎีทั่วโลก ดังนั้นนักฟิสิกส์ทฤษฎีต่างพยายามศึกษาและคิดค้นสมมติฐานต่าง ๆ เกี่ยวกับ Black Hole ในมุมมองอื่น ๆ เพื่อนำไปสู่การไขความลับของจักรวาลในอนาคต
.
วันนี้อะตอมได้มีโอกาสเข้าไปสัมภาษณ์กับ ดร.ธนภัทร์ ดีสุวรรณ อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มจธ. ซึ่งเป็นหนึ่งในนักฟิสิกส์ทฤษฎีของทีมวิจัยที่ได้นำเสนอผลงานวิจัยเกี่ยวกับ “Thermodynamics and Phase Transition of Spherically Symmetric Black Hole” ต้องขอบอกเลยว่าเป็นอีกหนึ่งองค์ความรู้ของการไขความลับเกี่ยวกับ Black Hole ของจักรวาล
.
อาจารย์เล่าให้ฟังว่า ตั้งแต่ยุคของ สตีเฟน วิลเลียม ฮอว์กิง (Stephen William Hawking) ได้นำทฤษฎี Quantum Field มาคำนวณกับทฤษฎี General Relativity ของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) แล้วพบว่านอกจาก Black Hole ไม่เพียงแต่จะดูดกลืนพลังงาน แต่ยังสามารถคายพลังงานออกมาได้ด้วย เรียกว่า Black Hole Radiation จึงเป็นที่มาให้นักวิทยาศาสตร์หลายท่านมองว่าปรากฎการณ์นี้คล้ายกับระบบของ Thermodynamics ที่ประกอบไปด้วยอุณหภูมิ และ เอนโทรปี ทำให้เกิดคำถามตามมาว่า “หากเราสามารถศึกษา Black Hole ในมุมมองของ Thermodynamics ได้ คุณสมบัติทาง thermodynamics เช่น อุณหภูมิ และ เอนโทรปี จะสัมพันธ์กับลักษณะทางกายภาพของ Black Hole และ จักรวาล อย่างไร และความเชื่อมโยงนี้จะทำให้เราเข้าใจธรรมชาติของ Black Hole มากขึ้นได้อย่างไร?” ด้วยเหตุนี้จึงเกิดสาขาวิชาใหม่ที่เรียกว่า Black Hole Thermodynamics
.
ซึ่งสิ่งที่น่าสนใจประเด็นหนึ่งของสาขาวิชานี้ คือ การศึกษาเสถียรภาพของ Black Hole ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อ Black Hole มีอัตราการดูดกลืนและคายพลังงานที่เท่ากัน ซึ่งจากผลการศึกษาที่มีมาก่อนโดยอาศัยหลักสถิติแบบ Boltzmann-Gibbs ที่ใช้กันโดยทั่วไปดูเหมือนว่า ภายใต้เงื่อนไขที่ค่าคงที่ของจักรวาลมีค่าเป็นบวกเหมือนจักรวาลในช่วงปัจจุบันที่เราอยู่ (หรือที่เรียกว่า de Sitter space) นั้น Black Hole จะไม่สามารถเข้าสู่สมดุลทางความร้อนได้ หรือเรียกว่า ไม่มีความเสถียรภาพทาง Thermodynamics ถ้าไม่สลายตัวจากการคายพลังงานไปจนหมด ก็จะดูดกลืนพลังงานแล้วเพิ่มขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ จนไม่มีที่สิ้นสุด อย่างไรก็ตามข้อสรุปนี้ก็ยังไม่เป็นที่แน่ชัด เนื่องจากปัจจุบันเรายังไม่มีองค์ความรู้เกี่ยวกับ Black Hole Thermodynamics ที่มากเพียงพอ การศึกษาหาเงื่อนไขที่อาจทำให้ Black Hole มีความเสถียรจึงเป็นสิ่งที่นักฟิสิกส์ให้ความสนใจ เพราะอาจนำมาซึ่งความเข้าใจเกี่ยวกับ Black Hole และจักรวาล ในระดับที่ลึกมากยิ่งขึ้น
.
และนี่คือจุดสำคัญของงานวิจัยจากทีมของ ดร.ธนภัทร์ เพราะทางทีมวิจัยได้นำหลักการเชิงสถิติแบบใหม่ที่เรียกว่า Rényi Statistics มาใช้ โดยการพิจารณา Black Hole ใน de Sitter space ที่มีลักษณะอยู่นิ่งไม่มีการหมุนและไม่มีประจุไฟฟ้า ผลการศึกษาพบว่า สามารถหาเงื่อนไขที่ทำให้ระบบ Thermodynamics ของ Black Hole มีความเสถียรภาพทาง Thermodynamics ได้!! โดยสามารถอธิบายพฤติกรรมของ Black Hole ได้ทั้ง 3 กรณี ได้แก่ 1) Black Hole ที่คายพลังคายจนเกิดการสลายตัวไปจนหมด 2) Black Hole ที่ดูดกลืนพลังงานเข้าไปจนขยายตัวขึ้นเรื่อย ๆ และ 3) Black Hole ที่มีความเสถียรภาพหรือสามารถเข้าสู่สมดุลทางความร้อนได้ จากเดิมที่สามารถอธิบายได้เพียงสองกรณีแรกเท่านั้น
.
และนี่คืออีกหนึ่งผลงานวิจัยของบุคลากร คณะวิทยาศาสตร์ ที่เป็นประโยชน์อย่างมากในการศึกษาพฤติกรรม Thermodynamics ของ Black Hole เพื่อใช้เป็นอีกหนึ่งองค์ความรู้ในการไขความลับของจักรวาลต่อไปในอนาคตของวงการฟิสิกส์ทฤษฎี
.
ผลงานชิ้นนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร The European Physical Journal Plus ปี 2020 (Q1, Impact factor 3.228) ในชื่อผลงาน “Thermodynamics and phase transition of spherically symmetric black hole in de Sitter space from Rényi statistics”

#FSciResearchInnovation #KMUTT

Previous Next

สัปดาห์ก่อน “FSci Q1 Research” อะตอมพาไปเปิดโลกกับจักรวาลหลุ่มดำ วันนี้อะตอมจะพาทุกท่านมาพบกับ สุดยอดยางพารากับสารเติมแต่ง DES (Deep Eutectic Solvent) ??
.
อะตอมได้มีโอกาสเข้าไปสัมภาษณ์ ดร.เยี่ยมพล นัครามนตรี อาจารย์ประจำภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ หนึ่งในทีมวิจัยผลงานสารเติมแต่งในยางพาราของกลุ่มวิจัย SPICE อาจารย์เล่าให้ฟังว่า ปัจจุบันในกระบวนการผลิตยางพาราให้มีคุณสมบัตินำไฟฟ้าสามารถทำได้โดยการใช้สารตัวเติมผสมลงไปในยางพารา ได้แก่ การเติมของเหลวไอออนิก (Ionic liquid) สำหรับเพิ่มไอออนบวกและลบ หรือการเติมวัสดุท่อนาโนคาร์บอน (Carbon nanotube) ที่มีอิเล็กตรอนคู่โดนเดี่ยว ?‍??‍?
.
ซึ่งสารตัวเติมทั้ง 2 ชนิดนี้จะช่วยให้ยางพารามีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าได้ แต่อย่างไรก็ตามข้อจำกัดของการใช้สารในกลุ่มนี้ คือ ราคาของ Ionic liquid มีมูลค่าสูงกว่าหนึ่งแสนบาทต่อกิโลกรัม อีกทั้งสารเหล่านี้จะไปลดทอนความสามารถในการยืดหยุ่นของยางพาราทำให้ขาดง่าย หรือเสียสภาพความยืดหยุ่นไป และควบคุมการกระจายตะวของสารในยางได้ยาก ??
.
ด้วยเหตุนี้ทีมวิจัยจึงพัฒนาสารตัวเติมขึ้นมา 2 ชนิด สำหรับใช้ผสมในสูตรยางพารานำไฟฟ้า ตัวแรกเป็นสารตัวเติมจาก Choline chloride และ Urea เรียกว่า DES (Deep Eutectic Solvent) และตัวที่สอง คือ สารตัวเติมที่ผสมซิงออกไซด์ เรียกว่า ZnO-Dissolved ChCl-Urea (mDES) ซึ่งทั้ง 2 ตัวนี้ถูกนำมาผสมกับยางพารา 2 ประเภท ได้แก่ ยางพาราธรรมชาติ (Natural Rubber หรือ NR) เพื่อศึกษาผลของสารตัวเติมกับยางพาราแบบไม่มีขั้ว และยางพาราอีพอกซี่ (Epoxidized NR หรือ ENR) เพื่อศึกษาผลของสารตัวเติมกับยางพาราแบบมีขั้ว ??
.
จากการศึกษาและพัฒนาการวิจัยสารตัวเติมทั้ง 2 ชนิด ทีมวิจัยได้ประสบความสำเร็จในการปรับปรุงคุณภาพยางพาราจากสารตัวเติมสำหรับเปลี่ยนคุณสมบัติน้ำยางพาราให้มีความสามารถในการนำไฟฟ้าแต่ยังคงความยืดหยุ่นที่เป็นจุดเด่นของยางพาราได้ โดยทีมวิจัยได้ใช้สารตัวเติมที่พัฒนาขึ้นแล้วทำการขึ้นรูปผ่านกระบวนการทำให้ยางคงรูป (Vulcanization) จากนั้นนำไปทดสอบคุณสมบัติทางกลและคุณสมบัติทางไฟฟ้าของยางพาราที่อุณหภูมิ -20 ºC และ 60 ºC ??
.
ผลการวิจัยพบว่า สารตัวเติมที่พัฒนาขึ้นสามารถเพิ่มความสามารถในการนำไฟฟ้าฟ้าได้สูงกว่าการใช้สารตัวเติมจาก Ionic liquid และเพิ่มประสิทธิภาพของสมบัติทางกล เช่น ทำให้ความสามารถในการยืดหยุ่น (Elasticity) สูงขึ้น และที่สำคัญสารตัวเติม DES ที่ถูกพัฒนาขึ้นสามารถช่วยลดระยะเวลาในการอัดขึ้นรูปยางพาราที่อุณหภูมิ 160 ºC จากเดิมจะใช้ระยะเวลาประมาณ 6 – 10 นาที แต่ทีมวิจัยสามารถลดเวลาเหลือเพียง 1 – 2 นาที เท่านั้น ซึ่งในอุตสาหกรรมการผลิตยางแปรรูปถือว่ามีผลอย่างมากในกระบวนการผลิตที่สามารถลดเวลาและพลังงานที่ใช้ในกระบวนการผลิตลงได้ ??
.
หลายคนอาจตั้งคำถามว่า การเปลี่ยนคุณสมบัติยางที่เป็นฉนวนให้กลายเป็นยางนำฟ้าจะมีประโยชน์อย่างไร? ยางที่นำไฟฟ้าได้จะมีความแตกต่างกับวัสดุนำไฟฟ้าทั่วไปหรือไม่ อย่างไร? จากการสัมภาษณ์กับอาจารย์เยี่ยมพล ทำให้รู้เลยว่าประโยชน์ของยางนำไฟฟ้ามันคือจุดเปลี่ยนของการเพิ่มมูลค่าให้กับอุตสาหกรรมยางพาราไทยที่จะทำให้น้ำยางพาราธรรมดากลายเป็นน้ำยางที่มีคุณค่าต่อการพัฒนาเทคโนโลยีต่าง ๆ ???
.
ยางนำไฟฟ้าจะเป็นตัวทำลายข้อจำกัดของการใช้วัสดุนำไฟฟ้าที่ไม่สามารถยืดหยุ่นได้เพื่อตอบโจทย์การสร้างเทคโนโลยีที่หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นการนำยางไฟฟ้ามาใช้ในการสร้าง “หุ่นยนต์นิ่ม (Soft Robot)” ที่อาศัยการออกแบบวงจรและสายตัวนำไฟฟ้าที่ต้องการความยืดหยุ่นสูงและมีความแข็งแรงแต่สามารถนำไฟฟ้าได้ดี หรือแม้แต่การทำ Motion Sensor จากเส้นยางพารานำไฟฟ้าที่อาศัยหลักการเปลี่ยนสัญญาณทางไฟฟ้าจากการเคลื่อนไหวในลักษณะยืดหดของยางพารา ??
.
และการประยุกต์อีกด้านที่สำคัญ คือ การพัฒนายางรถยนต์สำหรับเทคโนโลยีการสร้างกระแสไฟฟ้าผ่านการเคลื่อนที่ทางกลของล้อยางเพื่อตอบโจทย์อุตสาหกรรมยานยนต์ที่ขับเคลื่อนโดยมอเตอร์ไฟฟ้าแทนการใช้เครื่องยนต์ (Electric Vehicle) ได้ในอนาคต ???
.
และนี่คืออีกหนึ่งความภาคภูมิใจในผลงานวิจัยของบุคลากร คณะวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากในการพัฒนาอุตสาหกรรมยางพาราที่จะช่วยเพิ่มขีดความสามารถและมูลค่าของยางพาราไทย ???
.
ผลงานชิ้นนี้เกิดจากความร่วมมือหลายศาสตร์และได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Polymer Testing ปี 2021 (Q1, Impact factor 3.275) และได้รับรางวัล Best Research Award จาก NESIN 2021 Awards (International Research Awards on New Science Inventions) for the Contribution and Honorable Achievement in Innovation Research ในชื่อผลงาน “Positive Synergistic Effects on Vulcanization, Mechanical and Electrical Properties of Using Deep Eutectic Solvent in Natural Rubber Vulcanizates”

#FSciResearchInnovation #KMUTT