กราฟีนวัสดุใหม่ เปลี่ยนโลก

โดย...โยโมทาโร่

ในงานวันนักประดิษฐ์แห่งชาติ ซึ่งจัดขึ้นที่ศูนย์นิทรรศการและการประชุมไบเทค บางนา เมื่อต้นเดือนที่ผ่านมา มีนวัตกรรมที่น่าสนใจมากมายที่สามารถเข้ามาช่วยให้การใช้ชีวิตของเราดีขึ้นด้วยสิ่งประดิษฐ์เหล่านี้ แต่ในมุมเล็กๆ มุมหนึ่งที่มีคนสนใจไม่มากนัก เพราะมีเพียงแค่ขวดเปล่าบรรจุหมึกสีดำ และเต็มไปด้วยข้อความเชิงวิชาการที่บรรยายถึงความซับซ้อนทางโครงสร้างโมเลกุล แต่หารู้ไม่ว่านี่คือสิ่งที่กำลังจะเข้ามาปฏิวัติวงการอุตสาหกรรมทั้งหมด ต่อจากนาโนเทคโนโลยี ก็คือเทคโนโลยี กราฟีน (Graphene) ที่มาในรูปแบบของหมึกพรินเตอร์นั่นเอง

ผลงานนี้เป็นของหน่วยปฏิบัติการวิจัยนาโนอิเล็กทรอนิกส์และเครื่องกลจุลภาค ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค) ร่วมกับบริษัท เฮเดล สตาร์ทอัพ ที่มีองค์ความรู้ด้านกราฟีนจากประเทศอังกฤษ ใช้เวลา 7 ปีในการวิจัยพัฒนาวัสดุกราฟีนให้อยู่ในรูปแบบที่สามารถนำไปใช้งานได้ทันที และกำลังจะออกสู่ตลาดในปีนี้

กราฟีน คือโครงสร้างคาร์บอนในรูปแบบหนึ่งซึ่งอะตอมของคาร์บอนจะเรียงตัวในรูปแบบหกเหลี่ยมรังผึ้ง กราฟีนที่มีคุณภาพสูง จะมีความแข็งแรงมาก เหนียวทนทาน น้ำหนักเบา เป็นสื่อนำไฟฟ้าที่ดีมากชนิดหนึ่ง หากนึกภาพไม่ออกว่ากราฟีนเป็นอย่างไร? ทำให้บางได้แค่ไหนลองเอาดินสอหรือแท่งถ่านฝนละเอียดบนกระดาษ จากนั้นนำสกอตช์เทปแปะติดลงบนกระดาษที่ฝนดินสอนั้น ดึงสกอตช์เทปออกมาเศษดินสอที่ติดมากับสกอตช์เทป นั่นละคือความหนาของกราฟีนที่สามารถนำไปใช้งานได้และมีความยืดหยุ่นไปตามวัสดุที่กราฟีนนี้ยึดเกาะไว้ ซึ่งจะทำให้บางกว่านี้จนถึงระดับนาโนเมตรก็สามารถทำได้

ในช่วงปี 2547 นักวิจัยทั่วโลกพุ่งเป้าไปที่การศึกษาคาร์บอนนาโนทิวบ์ ซึ่งมีองค์ประกอบของโครงสร้างและคุณสมบัติของกราฟีนรวมอยู่ในนั้น หลังจากนั้นจึงมีการศึกษากราฟีนออกมาต่างหาก จนในปี 2553 แอนเดร เกรม และ คอนสแตนติน โนโวเซลอฟ จากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ได้รางวัลโนเบลในสาขาฟิสิกส์ในปีนั้น ในหัวข้อการเริ่มต้นการทดลองที่เกี่ยวข้องกับวัสดุกราฟีนสองมิติ เท่ากับว่ายุคของกราฟีนได้เริ่มต้นแล้ว

เจ้าหน้าที่ให้เราทดลองความมหัศจรรย์ของกราฟีน หน้าตาของกราฟีนที่นำมาทดลองใช้งานดูเผินๆ เป็นเพียงแค่กระดาษที่มีหมึกพรินต์ติดอยู่ แต่เพียงแค่เอาหลอดไฟต่อกับถ่าน 9 โวลต์ไฟก็ติดขึ้นมาได้ ถัดมาเราได้ทดลองสวิตช์ปิดเปิดไฟที่ทำจากหมึกกราฟีน ก็สามารถใช้งานได้เหมือนกับหน้าจอสัมผัสปกติ

นั่นหมายความว่าหมึกกราฟีนที่เราเห็นบนกระดาษนั้นมีความสามารถเป็นตัวนำสื่อไฟฟ้า ที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการสร้างแผนวงจรที่มีขนาดบางเพียงแผ่นกระดาษ ลองนึกภาพสมาร์ทโฟนในอนาคตที่สามารถโค้งงอได้ จอภาพแสดงผลที่มีความบางกว่าเดิมและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต้นทุนต่ำชนิดที่สามารถใช้แล้วโยนทิ้งได้ทันทีอย่างไม่เสียดาย เช่น สติ๊กเกอร์ที่พิมพ์วงจรไฟฟ้ารับส่งสัญญาณคลื่นวิทยุความถี่ต่ำ (RFID - Radiofrequency identification) สำหรับบอกราคาผลิตภัณฑ์ที่แค่เลื่อนผ่านเครื่องสแกนพร้อมๆ กันหลายชิ้น ก็สามารถคิดราคาของและรู้จำนวนสินค้าทั้งหมดได้ เป็นต้น

อดิสร เตือนตรานนท์ ผู้อำนวยการหน่วยปฏิบัติการวิจัยนาโนอิเล็กทรอนิกส์และเครื่องกลจุลภาค เล่าว่า ผลงานนี้เป็นการนำกราฟีนมาอยู่ในรูปแบบของหมึกนำไฟฟ้าผสมกราฟีนที่สามารถพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ตที่สามารถฉีดพิมพ์ในวัสดุต่างๆ ได้ตามต้องการ แต่คุณสมบัติที่ได้มากกว่าเทคโนโลยีอื่นๆ ก็คือสามารถทำให้อยู่ในรูปแบบการโปร่งแสง และยังโค้งงอได้เหมือนกระดาษ ไม่แตกหักมีความเหนียวและความยืดหยุ่นสูง ซึ่งตอนนี้เทคโนโลยีนี้หลังการพัฒนาสำเร็จได้อยู่ภายใต้ชื่อบริษัท อินโนฟีน และถูกบริษัท เฮเดล เทคโนโลยี ควบรวมกิจการ และตั้งฐานการผลิตในประเทศไทย เพื่อส่งออกขายไปยังต่างประเทศที่มีการนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้งาน

ต่อไปในอนาคตจะมีการพัฒนากราฟีนให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ที่เราจะได้เห็นต่อไปก็คือหน้าจอสัมผัส อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความบางลง แต่ที่นักลงทุนทุกคนให้ความสนใจมากก็คือ เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งกราฟีนสามารถนำไปใช้ผลิตเซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าซิลิกอนที่ใช้กันอยู่ทุกวันนี้ได้ถึง 2 เท่า และนี่ก็คือนวัตกรรมหมึกกราฟีนซึ่งคนไทยเรามีส่วนร่วมกับความสำเร็จในระดับโลก