ท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotubes) ค้นพบครั้งแรก

เมื่อปี พ.ศ.2534 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่น ชื่อ

สุมิโอะ อีจิมะ (Sumio Iijima) ด้วยคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมทั้งใน

ทางกลและทางอิเล็กทรอนิกส์ กล่าวคือมันมีความแข็งแรงที่

วัดได้ค่ามากว่าเหล็กกล้าถึงร้อยเท่า และอาจพูดได้ว่าสักวันหนึ่ง

มันจะถูกนำเข้าไปใส่แทนที่ซิลิคอนชิป หรือพวกไอซีต่างๆ ใน

วงจรอิเล็กทรอนิกส์ หรืออุปกรณ์ฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ทั้งหลาย

ที่เรากำลังใช้กันอยู่ในปัจจุบันนี้ นั่นก็หมายถึงว่า สักวันหนึ่งมัน

อาจจะทำให้ซิลิคอนชิปกลายเป็นสิ่งที่ล้าสมัยไปเลยทีเดียว

.........คาร์บอนเป็นธาตุที่มีลักษณะพิเศษสามารถพบได้ใน

หลายๆ รูปแบบโครงสร้าง (allotropic forms) ซึ่งแบ่งออกได้

เป็นสี่ชนิดหลักๆ ดังนี้

.....(1) แบบมีโครงสร้างแข็งแรงทั้งสามมิติ โดยที่อะตอมของ

คาร์บอนทั้งหมดจะเกาะยึดด้วยพันธะโควาเลนท์ (covalent

bond) อย่างเดียวกับที่พบได้ในรูปของอัญมณีราคาแพง

คือเพชร ซึ่งมีความสวยงามและมีความแข็งที่สุดในบรรดาวัสดุ

ทั้งหลาย

 

รูปที่ 1. โครงสร้างของท่อนาโนคาร์บอน

 

.......(2) แบบมีโครงสร้างเป็นชั้นๆ หรือเป็นแผ่นสองมิติที่วาง

ซ้อนทับและยึดระหว่างชั้นเข้าด้วยกันด้วยแรงที่ต่ำกว่า คือแรง

แวนเดอร์วาลส์ (van der Waals force) พบว่าเป็นโครงสร้าง

ของแกรไฟต์ เช่นไส้ดินสอที่เรารู้จักกันดี

.......(3) แบบโครงสร้างที่มีลักษณะเป็นแผ่นม้วนตัวเป็นท่อ

ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยมาก เลยทำให้มันดูเหมือนเป็น

เส้นยาวๆ ในแนวหนึ่งมิติ เรียกว่าท่อนาโนคาร์บอน (รูปที่ 1)

ซึ่งเป็นโครงสร้างของคาร์บอนแบบใหม่ที่เพิ่งค้นพบดังกล่าว

ศ

...(4) แบบมีโครงสร้างเป็นก้อนขนาดเล็ก จนอาจถือว่ามันเป็น

จุดที่ไม่มีมิติหรือศูนย์มิติ เรียกว่าฟูลเลอรีนส์ (fullerenes)

ซึ่งส่วนใหญ่ที่พบเป็นคาร์บอนหกสิบ (C₆₀) ที่แต่ละโมเลกุลจะ

ประกอบไปด้วยอะตอมของคาร์บอนจำนวนทั้งหมด 60 อะตอม

มาจับตัวกันด้วยพันธะโควาเลนท์ แล้วได้รูปทรงเป็นแบบก้อน

ทรงกลมกลวงคล้ายๆ ลูกตะกร้อหรือลูกบอลขนาดจิ๋ว (รูปที่ 2)

.......อย่างที่ได้เกริ่นมาตั้งแต่แรกแล้ว ผู้เขียนจะขอพูดถึงเฉพาะ

ท่อนาโนคาร์บอน เพราะมันมีความสำคัญทั้งในแง่ของการวิจัย

เพื่อวิทยาศาสตร์พื้นฐาน และการวิจัยเพื่อพัฒนาเทคโนโลยี

นาโนหรือเทคโนโลยีระดับโมเลกุลไปพร้อมๆ กัน

รูปที่ 2. โครงสร้างของคาร์บอนหกสิบ (C₆₀)

 

การสังเคราะห์

.......ปัญหาที่พบและยังเป็นสิ่งท้าทายต่อนักวิจัยในการสัง-

เคราะห์ท่อนาโนคาร์บอนนั้น ก็คือขั้นตอนการควบคุมการ

ผลิตเพื่อให้ได้ทั้งสมบัติ ขนาด และรูปทรงทางเรขาคณิตที่

แน่นอน กับขั้นตอนการทำให้มีความบริสุทธิ์ คือไม่ให้มีเขม่า

หรือผงเม็ดคาร์บอนหรือมีสิ่งเจือปนอื่น ๆ อย่างไรก็ตามนัก

วิทยาศาสตร์พบว่ามีสี่วิธีหลักๆ ที่สามารถสร้างและควบคุมการ

ผลิตท่อนาโนคาร์บอนให้ได้ตามต้องการในระดับหนึ่งได้

ดังนี้