สำนักงานราชบัณฑิตยสภา

วารสารราชบัณฑิตยสภา ปีที่ ๔๑ ฉบับที่ ๓ ก.ค.-ก.ย. ๒๕๕๙ 125 กระบวนการสังเคราะห์ท่อนาโนคาร์บอน ตั้งแต่อิจิมะและอิชิฮาชิ ( Iijima and Ichihashi, 1993 ) รายงานว่า ได้พบท่อนาโนคาร์บอนจาก งานวิจัยที่ต้องการสังเคราะห์เส้นใยคาร์บอนด้วยเทคนิคการอาร์กด้วยไฟฟ้า ซึ่งต้องใช้อุณหภูมิสูงถึง ๓,๐๐๐ องศาเซลเซียส กระแสไฟฟ้าตรงขนาด ๕๐ ถึง ๑๒๐ แอมแปร์ แรงดันไฟฟ้า ๓๐ โวลต์ ใช้ขั้วไฟฟ้าที่ท� ำด้วย แท่งแกรไฟต์ ภายในอุปกรณ์ควบคุมด้วยแก๊สเฉื่อยเพื่อป้องกันการเผาไหม้ ท่อนาโนคาร์บอนเกิดขึ้นที่ ขั้วแกรไฟต์ได้ทั้งชนิดท่อผนังชั้นเดียวและท่อผนังหลายชั้นในเวลาเดียวกัน กระบวนการผลิตข้างต้นมีความล� ำบากในการควบคุมอุณหภูมิ ต่อมา ค.ศ. ๑๙๙๕ กัวและคณะ ( Guo et al., 1995 ) รายงานว่า มีนักวิทยาศาสตร์ที่คิดค้นกระบวนการผลิตท่อนาโนคาร์บอนแบบใช้แสง เลเซอร์ขึ้น ทอสเทนสันและคณะ ( Thostenson et al., 2001 ) สามารถผลิตท่อนาโนคาร์บอนด้วยการฉาย แสงเลเซอร์ไปที่แผ่นแกรไฟต์ในบรรยากาศของแก๊สอาร์กอนหรือฮีเลียม Ffp ควบคุมอุณหภูมิไว้ที่ ๑,๒๐๐ องศาเซลเซียส ท่อนาโนคาร์บอนถูกรวบรวมไว้บนแผ่นหล่อเย็น (แผ่นทองแดง) ท่อนาโนคาร์บอนที่ผลิตได้ เป็นท่อชนิดผนังชั้นเดียว มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยประมาณ ๑.๔ นาโนเมตร กระบวนการผลิตทั้งแบบการอาร์กด้วยไฟฟ้าและแบบใช้แสงเลเซอร์นั้น ถ้าต้องการขยายขนาด ของอุปกรณ์การผลิตเพื่อให้ได้ผลผลิตขั้นอุตสาหกรรมจะท� ำได้ยาก และอุณหภูมิที่ใช้ควบคุมก็สูงมาก ค่าใช้จ่ายในการด� ำเนินงานจึงสูงมาก นักวิทยาศาสตร์ได้คิดดัดแปลงกระบวนการผลิตที่ใช้กับการผลิต แผ่นวัสดุกึ่งตัวน� ำมาประยุกต์ โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาใส่ไว้ในห้องของอุปกรณ์ที่ควบคุมด้วยแก๊สเฉื่อยและ คงอุณหภูมิไว้ที่ ๑,๐๐๐ องศาเซลเซียส ค่อย ๆ ผ่านแก๊สไฮโดรคาร์บอนเข้าไปในห้องควบคุม ท่อนาโน คาร์บอนที่ผลิตได้จะไหลออกมานอกอุปกรณ์และเก็บไว้ในภาชนะควบคุม กระบวนการนี้กระท� ำได้อย่าง ต่อเนื่อง จึงมีโอกาสที่จะขยายขนาดได้ เพียงแต่ต้องหาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้อุณหภูมิท� ำปฏิกิริยาต�่ ำกว่านี้ กลไกการเกิดท่อนาโนคาร์บอน กลไกการเกิดท่อนาโนคาร์บอนยังเป็นข้อถกเถียงกันมากในปัจจุบัน มีแนวคิดของการเกิดของท่อ ดังกล่าวหลายแนวทาง แม้แต่การแตกตัวของแก๊สไฮโดรคาร์บอนออกเป็นแก๊สไฮโดรเจนกับอะตอมคาร์บอน ก็มีหลายแนวคิดเช่นกัน การเคลื่อนที่ของคาร์บอนอะตอมไปหาตัวเร่งปฏิกิริยาแล้วก่อตัวเป็นท่อยังมีแนวคิด แยกออกเป็น ๒ แนวดังนี้ แนวทางแรกได้บรรยายไว้ว่า แก๊สไฮโดรคาร์บอนที่อยู่เหนือตัวเร่งปฏิกิริยาแตกตัวเป็นแก๊ส ไฮโดรเจนกับอะตอมคาร์บอน จากนั้นอะตอมคาร์บอนแยกตัวเร่งออกจากวัสดุรองรับ ตัวเร่งที่อยู่เหนือท่อ นาโนคาร์บอนนั้นท� ำหน้าที่เป็นตัวเร่งให้เกิดการแตกตัวของแก๊สไฮโดรคาร์บอนที่อยู่ใกล้ต่อไป ส่วนอะตอม สมศักดิ์ ด� ำรงค์เลิศ, สมโภช ภู่พีระสุพงษ์, บริจิต โกซัท