“เพชร” ที่ขึ้นชื่อว่าแข็งแกร่งที่สุด อาจไม่ใช่เรื่องจริงอีกต่อไป
“เพชร” อัญมณีที่แวววาว ที่ขึ้นชื่อว่าแข็งแกร่งและมีราคาแพงมากนั้น ทำให้ในปัจจุบันมีการค้นคว้าหาวิธีสร้างเพชรเทียมขึ้นมา เพื่อนำมาใช้ประโยชน์หลากหลาย
Daimond/Photo from: popsci.com
การสังเคราะห์เพชรสามารถทำได้จากวัสดุหลายชนิด อาทิเช่น แดน ฟรอสท์ นักธรณีวิทยาชาวเยอรมัน ได้ทดลองสร้างเพชรจากเนยถั่วซึ่งถือเป็นแหล่งที่มีคาร์บอนและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์มาก โดยใช้อุณหภูมิและความดันสูงในการเปลี่ยนแก๊สให้กลายเป็นเพชรได้ นอกจากนี้ยังมีรายงานว่า เหล้าเตกีล่าร์สามารถใช้สร้างเพชรได้ ด้วยวิธีเผาเหล้าภายใต้ความดันจนกลายเป็นเพชรที่สามารถใช้เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีจึงกล่าวได้ว่า เพชรมีประโยชน์มากมายทั้งจากความสวยงาม และความแข็งแกร่ง หากแต่มีราคาแพงและสังเคราะห์ได้ยาก
tequila diamonds/Photo from: modernnotion.com
คำกล่าวที่ว่า “เพชรมีความแข็งมากกว่าทับทิมหรือแซฟไฟร์ถึง 140 เท่า และแข็งมากกว่ามรกตถึง 180 เท่า” “เพชรเป็นอัญมณีที่แข็งที่สุดในโลก” อาจไม่ใช่เรื่องจริงอีกต่อไป เมื่อมีการรายงานว่า นักวิทยาศาตร์ค้นพบ Q-carbon ซึ่งเป็นสารที่มีคุณสมบัติที่แข็งและเบากว่าเพชร อีกทั้งขั้นตอนการผลิตก็ไม่ยุ่งยากอีกด้วย
งานวิจัยนี้ได้ตีพิมพ์ลงในนิตยสาร applied physics ซึ่งได้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับธาตุที่ทุกคนรู้จักดีคือ คาร์บอน ว่า คาร์บอนเป็นธาตุที่เกี่ยวข้องกับการเกิดสภาวะโลกร้อนในรูปของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ เอ้ะ! แล้วคาร์บอนบริสุทธิ์มีหรือไม่? คำตอบคือมี ยกตัวอย่างเช่น แกรไฟต์หรือไส้ดินสอ คาร์บอนนาโนทิวป์ (Carbon nanotubes) และเพชร สิ่งที่เรากำลังคิดค้นหาวิธีสร้างอยู่ในขณะนี้ จากตัวอย่างคาร์บอนบริสุทธิ์ที่กล่าวมาทั้งหมดนั้น เป็นตัวอย่างที่เกิดจากธาตุชนิดเดียวกัน แต่มีการจัดเรียงตัวของอะตอมที่แตกต่างกันจึงส่งผลต่อคุณสมบัติ การประยุกต์ใช้งาน รวมถึงมูลค่าที่แตกต่างกันด้วย
เป้าหมายหลักของงานวิจัยครั้งนี้คือ การสร้างคาร์บอนบริสุทธิ์ที่เป็นของแข็งอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่า Q-carbon ซึ่งมีโครงสร้างที่เหมือนกับเพชร แต่มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ซึ่งวัสดุใหม่นี้มีคุณสมบัติที่แข็งกว่าเพชร และเป็นเฟอร์โรแมกเนติก
(ferromagnetic) นั่นหมายความว่า มันสามารถตอบสนองต่อแม่เหล็กได้อีกด้วย
นักวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยรัฐคาโรริน่าได้สร้างสารซึ่งเบากว่าเพชรนี้โดยเริ่มจาก
1. ใช้ฐานเป็นแก้ว (glass substrate) หลังจากนั้นใช้คาร์บอนที่เป็นอสัณฐาน (amourphous carbon) เคลือบบนแก้ว
2. ยิงเลเซอร์ไปยังคาร์บอนซึ่งใช้เวลาเพียง 200 นาโนวินาที เรียกได้ว่ากระพริบตาเพียงครั้งเดียวสามารถสร้างความร้อนให้แก่คาร์บอนได้ถึง 3,700 องศาเซลเซียส จากนั้นรอให้คาร์บอนเย็นตัวลง เพื่อจัดโครงสร้างเป็นผลึก
ผลลัพธ์ที่ได้คือฟิล์ม Q-carbon ซึ่งเป็นสารใหม่ที่ไม่เคยปรากฏในโลกมาก่อน นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ยังค้นพบว่า ถ้าหากปรับเปลี่ยนอัตราการเย็นตัวของคาร์บอน ก็สามารถที่จะสร้างโครงสร้าง Q-carbon ที่มีลักษณะเหมือนกับเพชรได้
นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า Q-carbon นี้จะเป็นวัสดุตัวใหม่ที่มีประโยชน์อย่างมากมายทั้งในเชิงการแพทย์และอุตสาหกรรม เพราะด้วยคุณสมบัติที่ Q-carbon สามารถให้อิเล็กตรอนได้ง่าย ทำให้สามารถนำไปใช้ในการพัฒนาจอภาพ (electronic display) สำหรับมือถือหรือโทรทัศน์เพื่อเพิ่มความสว่างและคมชัดมากกว่าเดิม และด้วยความสามารถในการสร้าง Q-carbon ให้เป็นเพชรที่มีขนาดและลักษณะต่างๆ นี้ ในอนาคตเราอาจมีการรักษาทางการแพทย์โดยการใช้เพชรขนาดนาโนสำหรับการขนส่งยารักษาโรคมะเร็งสมองก็เป็นได้
ความท้าทายของการค้นหาวัสดุที่จะนำมาใช้งานในอุตสาหกรรมแทนเพชรถือเป็นเรื่องที่น่าสนใจ ประเด็นคือวัสดุนั้นต้องมีความแข็งแรงสูง ผลิตได้ง่ายและราคาถูก ซึ่งดูเหมือนว่า Q-carbon นี้สามารถตอบโจทย์นี้ได้อย่างดี ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงยังคงศึกษา ค้นคว้า การสร้าง Q-carbon เพิ่มเติม ทั้งการปรับเปลี่ยนกระบวนการสร้างต่างๆ หรือการทดสอบคุณสมบัติอื่นๆ เพื่อสามารถนำไปใช้งานได้จริงในเชิงอุตสาหกรรม
แหล่งอ้างอิง
เนื้อหา
-https://news.ncsu.edu/2015/11/narayan-q-carbon-2015/
-Jagdish Narayan, Anagh Bhaumik. Research Update: Direct conversion of amorphous carbon into diamond at ambient pressures and temperatures in air. APL Materials, 2015; 3 (10): 100702 DOI: 10.1063/1.4932622
-http://phys.org/news/2008-11-scientists-tequila-diamonds.html
รูปภาพ
-http://phys.org/news/2015-11-phase-carbon-diamond-room-temperature.html
