ชอล์กและวัสดุที่ใช้ในถ้วยกาแฟชนิดใช้แล้วทิ้งสามารถนำมาทำเป็นวัสดุชนิดใหม่ที่แข็งแรง

ทีมนักวัสดุศาสตร์และนักเคมีได้แรงบันดาลใจจากเปลือกหอยที่พบได้ ตามชายหาดในการสร้างวัสดุคอมโพสิตที่มีส่วนผสมที่แตกต่างกันระหว่างชอล์กและ โพลิสไตรีนที่ใช้ทำถ้วยกาแฟชนิดใช้แล้วทิ้ง โดยวิธีนี้สามารถนำไปทำเซรามิกที่มีสมบัติต้านทานการแตกร้าวได้สูง ซึ่งต่อไปอาจนำไปใช้เป็นวัสดุสำหรับสร้างบ้านหรือสำนักงานที่สามารถต้านทาน การแตกร้าวหรือใช้แทนกระดูก

ผลงานนี้เป็นของนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ (University of Manchester) และมหาวิทยาลัยลีดส์ (University of Leeds) ซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Materials แบบออนไลน์เมื่อวันที่ 4 มีนาคม 2010 ได้รายงานว่าพวกเขาประสบความสำเร็จในการพัฒนาวิธีที่มีประสิทธิภาพในการรวม ผลึกของแคลไซต์หรือแคลเซียมคาร์บอเนตเข้ากับอนุภาคโพลิสไตรีน เพื่อเป็นการเสริมแรงแก่แคลเซียมคาร์บอเนตซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของชอล์ก ด้วยอนุภาคของโพลิสไตรีนที่ใช้ทำถ้วยกาแฟ จึงทำให้ได้วัสดุชนิดใหม่ที่เหนียวมากกว่าเดิม

เปลือกหอยมีความแข็งแรงและมีสมบัติต้านทานการแตกหัก ทั้งนี้เป็นเพราะแคลไซต์รวมอยู่กับโปรตีนซึ่งทำหน้าที่เชื่อมต่อผลึกเข้า ด้วยกันคล้ายกับอิฐที่ก่อเป็นกำแพง จึงทำให้วัสดุนี้มีความแข็งแรงขึ้นและบางครั้งเหนียวขึ้นอีกด้วย หากพิจารณาเฉพาะแคลเซียมคาร์บอเนตซึ่งมีสมบัติที่เปราะและแตกหักได้ง่ายมาก เมื่อมีแรงมากระทำ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงทำสิ่งที่เหมือนกับโปรตีนในเปลือกหอยโดยใช้โพลิสไต รีนแทน ซึ่งสารนี้จะทำหน้าที่เป็นสารเพิ่มความเหนียว (toughening agent) ช่วยป้องกันการโตของรอยร้าว โดยหากวัสดุชนิดนี้เกิดรอยร้าวโพลิเมอร์นี้ก็จะเข้าไปในรอยแตกเพื่อดูดซับ พลังงานและเสริมสร้างความแข็งแรง วัสดุที่สร้างขึ้นมาใหม่นี้จึงมีความแข็งแรงคล้ายกับเปลือกหอยที่พบตาม ธรรมชาติ

ผลึกของแคลไซต์และอินคลูชันของโพลิเมอร์ (สีเทียม)
เครดิตภาพ: มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์

นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าวิธีของพวกเขาสามารถทำให้เปลี่ยน สมบัติของวัสดุให้เป็นแบบใหม่ได้โดยการเลือกอนุภาคที่ใช้เสริมแรงที่มีรูป ร่าง ขนาด และองค์ประกอบที่แตกต่างกัน

ดร.สตีเฟน อีชออร์นจากภาควิชาวัสดุ (The School of Materials) มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์กล่าวว่า “สมบัติเชิงกลของเปลือกหอยทัดเทียมกับเซรามิกส์ที่มนุษย์พัฒนาขึ้นมาที่ อุณหภูมิและความดันสูง โดยวิธีการของพวกเขาจะทำให้มีการกระจายความเค้นไปทั่วโครงสร้างและช่วยควบ คุมการขยายตัวของรอยร้าว”

การศึกษาวิจัยและทดสอบยังมีความจำเป็น แต่งานวิจัยนี้ก็ได้เสนอวิธีตรงไปตรงมาในการสร้างวัสดุผสมชนิดใหม่ที่ทำจาก ชอล์กที่สามารถนำไปประยุกต์สร้างอะไรได้มากมาย

งานวิจัยนี้ได้รับทุนสนับสนุนจากคณะกรรมการวิจัยวิทยา ศาสตร์ฟิสิกส์และวิศวกรรม (Engineering and Physical Sciences Research Council, EPSRC) และร่วมวิจัยกับศาสตราจารย์ฟิโอนา เมลดรัม (Professor Fiona Meldrum) ภาควิชาเคมี มหาวิทยาลัยลีดส์

แปลและเรียบเรียงโดย
อรวรรณ สัมฤทธิ์เดชขจร
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

แหล่งข่าวและรูปภาพ

• http://www.manchester.ac.uk/aboutus/news/display/?id=5525

• http://www.sciencedaily.com/releases/2010/03/100308095449.htm

• http://www.biomimicrynews.com/research/Strength_is_shore_thing_for_sea_shell_scientists.asp