Nanotechnology - science.sut.ac.thscience.sut.ac.th/physics/courses/105113/54-T1/nano.pdf · 1 นาโนเทคโนโลยี Nanotechnology นาโน • นาโน

1

นาโนเทคโนโลย

Nanotechnology

นาโน

• นาโน มทมาจากภาษากรก แปลวาคนแคระ

• เปนคาอปสรรค มคาเทากบ 10-9

2

Hornyak et al. Introduction to Nanoscience and Nanotechnology, CRC Press 2009

Hornyak et al. Introduction to Nanoscience and Nanotechnology, CRC Press 2009

3

นาโนเทคโนโลย

• ศาสตรทเกยวของกบอนภาคขนาดนาโนเมตร หรอประมาณ 1-100 นาโนเมตร

• เปนการบรณาการความรในสาขาตางๆ ทงฟสกส เคม ชววทยา คณตศาสตร

แบงได 3 กลมใหญๆ

1. วสดนาโน หมายถง วสดทมโครงสรางการจดเรยงตวในระดบอะตอม โมเลกล หรอ กลมโมเลกล

2. นาโนอเลกทรอนกส คอ การใชนาโนเทคโนโลยเกยวกบการสรางวงจรและอปกรณทางอเลกทรอนกส ตลอดจนโฟโตนกส

3. เทคโนโลยชวภาพนาโน เปนการใชนาโนเทคโนโลยดานชวภาพ

4

http://www.circuitstoday.com/nanoelectronics

http://www.license.umn.edu/Products/Chemical-Synthesis-of-Complex-Protein-Structures-and-Nanomaterials__Z05097.aspx

http://theviewspaper.net/nano-materials-a-health-hazard/

บดาแหง นาโนเทคโนโลย

http://online.wsj.com/article/SB10001424052748703580904574638160601840456.html

รชารด ไฟนแมน (Richard P. Feynman) ไดแสดงวสยทศนถงประโยชนทจะไดจากศกษาและการจดการในระดบอะตอม ในการบรรยายเรอง There’s plenty of room at the bottom ท California Institute of Technology เมอวนท 29 ธนวาคม 1959 (พ.ศ. 2502)

5

การใชคาวา “Nanotechnology”

• ศาสตราจารย โนรโอะ ทานกช (Norio Taniguchi) แหง มหาวทยาลยวทยาศาสตรโตเกยวเปน คนแรกทเรมใชคาวา “Nanotechnology” ในการบรรยาย เรอง "On the Basic Concept of 'Nano-Technology'," ในการประชม Proc. Intl. Conf. Prod. Eng. Tokyo, Part II, Japan Society of Precision Engineering, 1974) (พ.ศ.2517)

http://nanoturkiye.blogspot.com/2008/02/nano-101-nanoteknolojinin-tarihi.html

1981 STM เครองแรกของโลก

• Scanning Tunneling Microscope (STM) เปนเครองมอทใชความตางศกยและกระแสไฟฟาบงคบปลายเขมทแหลมในระดบนาโนนใหเคลอนท โดยการลากผานไปบนพนผวของวตถทเปนโลหะนาไฟฟา และอานสญญาณทางแลวนามาสรางเปนภาพ

http://www.ieap.uni-kiel.de/surface/ag-kipp/stm/stm.htm

6

• ประดษฐโดยเกรด บนนก(Gerd Binnig) และ ไฮนรช โรหเฮอร (Heinrich Rohrer) แหงหองทดลอง IBM

• ไดรบรางวลสาขาฟสกสในป 1986

1985 ฟลเลอรน (Fullerene)

• โมเลกลทมโครงสรางเปนทรงกลมประกอบดวยคารบอน 60 อะตอม C60

• คนพบโดย ฮารโรลด โครโต (Harold Kroto), รชารด สมอลลย (Richard Smalley) และ โรเบรต เครล (Robert Curl) ในป 1985

• ไดรางวลโนเบลสาขาเคมในป ค.ศ. 1996

7

• โมเลกลมชอเปนทางการวา buckminster fullerene และเรยกยอๆวา buckyball เพราะมนมลกษณะกลมคลายโดม geodesic ทสถาปนกชาวอเมรกน R. Buckminster fullerene สรางขนในป 1967

http://aedesign.wordpress.com/2010/03/19/montreal-biosphere-quebec-canada/biosphere-montreal-front/

ฟลเลอรนในธรรมชาต

• ถานหนสดาทมชอวา Shungite มแหลงกาเนดมาจากแถบ Karelia ประเทศรสเซย พบวามประโยชนตอสขภาพ

• หมกดาชนดทผลตขนในประเทศจน

http://healingstoneshungite.com/

8

ประโยชนของฟลเลอรน

• สามารถปองกนเซลลผวหนงไมใหถกทาลายดวยรงสยวบ และจากสภาวะออกซเดชนตางๆ ไดเปนอยางด

• มคณสมบตในการเปนสารตอตานอนมลอสระ

• ยบยงการทางานของเอนไซมโปรตเอส ทาใหเชอไวรสเอชไอว (HIV) ไมเพมจานวน

• ประกอบกบอะตอมของโลหะอลคาไลน จะทาใหกลมโมเลกลบคกบอลมคณสมบตเปนตวนายงยวด (superconductor) ได

1986 AFM• Atomic Force Microscope (AFM) ถกพฒนาดวยหลกการพนฐาน

เดยวกนกบเครอง STM แตสามารถวด แรงกระทาทปลายแหลม ไดถงแมวาแรงนนจะมขนาดระดบนาโนนวตน นอกจากนยงสามารถใชตรวจวดพนผวทเปนฉนวนไฟฟา และโมเลกลทางชวภาพตาง ๆ

https://sjhsrc.wikispaces.com/AFMhttp://www.nanotech-now.com/Art_Gallery/antonio-siber.htm

9

1989 เขยนดวยอะตอม

• ดอน ไอเกลอร (Don Eigler) นกฟสกสจาก IBM เปนคนแรกทประสบความสาเรจในการเคลอนยายและจดเรยงอะตอมของธาตซนอน (xenon) จานวน 35 อะตอมเปนตวอกษรคาวา IBM

• ทาโดยไดใชหวเขมของ STM เคลอนยายอะตอมผานพนผวดานบนของแผนโลหะนกเกล

http://sites.google.com/site/thaiphysicsnews/nanophysics/ibmchlxngkhrbrxb20pihaengkarkheluxnyayxatxm

การเขยนพระปรมาภไธย (ภ.ป.ร.ดวยโมเลกลของกาซ Carbon Monoxide (CO) ลงบนผวของโลหะทองแดง” รวมกบ ดร.ดอน ไอเกลอร (Dr.Don Eigler) จากศนยวจยไอบเอม

http://dungtrin.com/mag/?14.life

โดย ดร.ธระชย พรสนศรรกษ รองผอานวยการศนยนาโนเทคโนโลย สานกงานพฒนาวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงชาต (สวทช.) กระทรวงวทยาศาสตรและเทคโนโลย ในงานสปดาหวนวทยาศาสตรเมอป 2547

10

1991 ทอนาโนคารบอน (Carbon Nanotubes, CNT)

• คนพบโดยศาสตราจารยชาวญปนชอ ซมโอะ ลจมา ( Sumio Lijima)

• มลกษณะเปนทอหรอหลอด ทเกดจากอะตอมคารบอนทตอกนเปนตาขายหกเหลยม แลวมวนตวเขาหากน

http://blaue-pillen-zollfrei.com/log/sumio-iijima

ทอนาโนคารบอนจดเปนวสดแหงอนาคต

• มความแขงแกรงมากกวาเหลก 10 เทา แตเบากวาเหลก 6 เทา

• นาไฟฟาไดดกวาทองแดง

• สามารถบดงอได

• ทาเปนถงเกบไฮโดรเจน

• ผสมกบโพลเมอรทาเปนตวถงรถยนต เครองบน

11

2004 กราฟน (Graphene)

• คนพบโดย องเดร ไกม (Andre Geim) และคอนสแตนตน โนโวเซลอฟ (Konstantin Novoselov)

• ไดรบรางวลสาขาฟสกสในป 2010

http://www.msnbc.msn.com/id/39522220/ns/technology_and_science-science/t/physicists-win-nobel-carbon-breakthrough/

http://www.twittyonline.com

กราฟน วสดมหศจรรย

• วสดทบางทสด ประมาณ 0.34 นาโนเมตร เกดจากการเรยงตวของอะตอมคารบอนเพยงหนงชนโดยเชอมกนเปนแนวหกเหลยม หรอ รงผง

• มความโปรงใส แสงสามารถสองผานได

• ความแขงมากกวาเหลกกลา 100 เทา

• สามารถนาความรอนไดดกวาทองแดง 10 เทา

• การนาไฟฟาของกราฟนทเจอสารอนแลว (doped graphene) สงกวาทองแดง

• สามารถนาไฟฟาไดดกวาซลคอนถงประมาณ 100 เทา

http://www.nstda.or.th/prs/index.php/graphene?start=2

12

• กราฟนทจะเขามาแทนซลกอนในเครองอเลกทรอนคสตางๆ ในอนาคตชนสวนของคอมพวเตอร เชน ชปประมวลผลความเรวสง

• จอภาพทใชงานดวยการสมผส(touch screens) • แผงโซลารเซล • อปกรณกกเกบพลงงาน โทรศพทมอถอ• แผนกราฟนกลบสามารถบดงอ มวน

หรอพบ ไดอยางงายดายโดยไมทาใหโมเลกลเสยหาย

http://www.ubmthai.com/leksoundsmf3/index.php?topic=77108.0;wap2

http://gajitz.com/grand-graphene-super-thin-nearly-transparent-material/

ผชวยศาสตราจารย ดร.รตตกร ยมนรญ Ph.D. Material Science and EngineeringThe Pennsylvania State University, USA, 2001

ศาสตราจารย ดร. ชกจ ลมปจานงคCondensed Matter Physics (Theory of Materials)Ph.D. Case Western Reserve University, USA (2000)

นกฟสกสทางดานวสด ท มทส.

13

อาจารย ดร.วรวฒน มวาสนาPh.D. in Physics(Experimental Condensed Matter)Stanford University, CA, USA2008

รองศาสตราจารย ดร. สนต แมนศรMaterials ScienceD. Phil. Oxford University, U.K.(2001)

อาจารย ดร. สรโชค จงถาวรรณ Condensed Matter Physics (Theory of Materials)Ph.D. Suranaree University of Technology, Thailand (2008)