แปลและเรียบเรียง โดย มาริสา คุณธนวงศ์

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

เป็นเรื่องยากที่จะเชื่อว่ารอยแตกขนาดเล็กอาจทำลายโครงสร้างโลหะขนาดมหึมาได้ บางครั้งที่สะพานยุบตัว ท่อแตก หรือ ลำเครื่องบินแยกจากกันนั้นเกิดจากการกัดกร่อนที่ตรวจพบได้ยากในรอยแตก รอยบุบ รอยขูดขีดขนาดเล็กนี่เอง

ภาพจาก : https://www.brecorder.com/2019/02/01/470691/new-metal-coating-self-heals-scratches-cracks-within-seconds/
ภาพจาก : https://tech-news.websawa.com/scientists-have-created-from-graphene-a-self-healing-anti-corrosion-coating/

อย่างไรก็ตาม เมื่อไม่นานมานี้ ทีมจากมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์น สหรัฐอเมริกาได้พัฒนาเทคนิคการเคลือบแบบใหม่สำหรับโลหะที่ซ่อมแซมตัวเองได้ภายในไม่กี่วินาทีเมื่อมีรอยขีดข่วน รอยถลอก หรือรอยแตก วัสดุใหม่นี้สามารถป้องกันจุดบกพร่องขนาดเล็กเหล่านี้ไม่ให้เปลี่ยนไปเป็นการกัดกร่อนเฉพาะจุดซึ่งอาจทำให้โครงสร้างหลักเสียหายได้

การกัดกร่อนเฉพาะจุดเป็นอันตรายอย่างมาก คุณ Jiaxing Huang ผู้นำทีมวิจัย กล่าวว่า มันเป็นไปได้ยากที่จะป้องกัน ทำนาย และตรวจพบได้ แต่มันจะนำไปสู่ความเสียหายที่รุนแรงเลยทีเดียว

เมื่อพื้นผิวที่ได้รับความเสียหายจากรอยขีดข่วนหรือรอยแตก ระบบซ่อมแซมตัวเองที่ทีมคิดค้นขึ้นนี้จะไหลและเชื่อมต่อกันใหม่ได้ในทันทีเพื่อซ่อมแซมตัวเองอย่างรวดเร็วก่อนที่ตาจะมองเห็นเสียอีก

นอกจากนี้ นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าวัสดุนั้นสามารถซ่อมแซมได้หลายครั้ง แม้ภายหลังจากการขูดขีดที่จุดเดิมเกือบ 200 ครั้งติดต่อกัน และสามารถซ่อมแซมขนาดของความเสียหายได้ที่ระดับมิลลิเมตร ในขณะที่สารเคลือบซ่อมแซมตัวเองได้ที่มีอยู่แล้วในปัจจุบันใช้ได้กับขนาดของความเสียหายในระดับเล็กเพียงนาโนเมตรถึงไมครอนเท่านั้น

“เมื่อเรือแล่นตัดผ่านน้ำ น้ำจะไหลย้อนกลับมารวมกัน การตัดทำให้เกิดการซ่อมแซมอย่างรวดเร็วซึ่งเป็นผลจากการไหลของน้ำที่เกิดขึ้นในทันทีทันใด ทีมวิจัยจึงคิดค้นระบบการซ่อมแซมตัวเองนี้จากความรู้ที่เกี่ยวกับของไหล (fluid) อย่างน้ำมันที่เป็นระบบซ่อมแซมตัวเองที่ดีที่สุด

อย่างไรก็ตามน้ำมันธรรมดาก็ไหลลื่นเกินไป ทีมวิจัยจึงพัฒนาระบบให้มีสมบัติที่ไม่ไปในทางเดียวกัน นั่นคือสารเคลือบมีส่วนประกอบสองส่วน ซึ่งมีทั้งส่วนที่มีสมบัติเป็นของไหลเพียงพอที่จะไหลได้เองอัตโนมัติ และมีส่วนที่ไม่เป็นของไหลซึ่งช่วยป้องกันการลื่นไหลไปตามพื้นผิวโลหะ

อย่างไรก็ตาม เมื่อไม่นานมานี้ ทีมจากมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์น สหรัฐอเมริกาได้พัฒนาเทคนิคการเคลือบแบบใหม่สำหรับโลหะที่ซ่อมแซมตัวเองได้ภายในไม่กี่วินาทีเมื่อมีรอยขีดข่วน รอยถลอก หรือรอยแตก วัสดุใหม่นี้สามารถป้องกันจุดบกพร่องขนาดเล็กเหล่านี้ไม่ให้เปลี่ยนไปเป็นการกัดกร่อนเฉพาะจุดซึ่งอาจทำให้โครงสร้างหลักเสียหายได้

การกัดกร่อนเฉพาะจุดเป็นอันตรายอย่างมาก คุณ Jiaxing Huang ผู้นำทีมวิจัย กล่าวว่า มันเป็นไปได้ยากที่จะป้องกัน ทำนาย และตรวจพบได้ แต่มันจะนำไปสู่ความเสียหายที่รุนแรงเลยทีเดียว

เมื่อพื้นผิวที่ได้รับความเสียหายจากรอยขีดข่วนหรือรอยแตก ระบบซ่อมแซมตัวเองที่ทีมคิดค้นขึ้นนี้จะไหลและเชื่อมต่อกันใหม่ได้ในทันทีเพื่อซ่อมแซมตัวเองอย่างรวดเร็วก่อนที่ตาจะมองเห็นเสียอีก

นอกจากนี้ นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าวัสดุนั้นสามารถซ่อมแซมได้หลายครั้ง แม้ภายหลังจากการขูดขีดที่จุดเดิมเกือบ 200 ครั้งติดต่อกัน และสามารถซ่อมแซมขนาดของความเสียหายได้ที่ระดับมิลลิเมตร ในขณะที่สารเคลือบซ่อมแซมตัวเองได้ที่มีอยู่แล้วในปัจจุบันใช้ได้กับขนาดของความเสียหายในระดับเล็กเพียงนาโนเมตรถึงไมครอนเท่านั้น

“เมื่อเรือแล่นตัดผ่านน้ำ น้ำจะไหลย้อนกลับมารวมกัน การตัดทำให้เกิดการซ่อมแซมอย่างรวดเร็วซึ่งเป็นผลจากการไหลของน้ำที่เกิดขึ้นในทันทีทันใด ทีมวิจัยจึงคิดค้นระบบการซ่อมแซมตัวเองนี้จากความรู้ที่เกี่ยวกับของไหล (fluid) อย่างน้ำมันที่เป็นระบบซ่อมแซมตัวเองที่ดีที่สุด

อย่างไรก็ตามน้ำมันธรรมดาก็ไหลลื่นเกินไป ทีมวิจัยจึงพัฒนาระบบให้มีสมบัติที่ไม่ไปในทางเดียวกัน นั่นคือสารเคลือบมีส่วนประกอบสองส่วน ซึ่งมีทั้งส่วนที่มีสมบัติเป็นของไหลเพียงพอที่จะไหลได้เองอัตโนมัติ และมีส่วนที่ไม่เป็นของไหลซึ่งช่วยป้องกันการลื่นไหลไปตามพื้นผิวโลหะ

ภาพจาก : https://marketbusinessnews.com/self-healing-metal-coating/195632/

ภาพ A แสดงให้เห็นการไหลอย่างรวดเร็วของน้ำมันซิลิโคนบนพื้นผิวของแผ่นอลูมิเนียมที่ลาดเอียง

ภาพ B แสดงให้เห็นว่าสารผสมระหว่างน้ำมันและกราฟีนออกไซด์ไม่สามารถไหลได้ เมื่ออยู่บนพื้นผิวของแผ่นอลูมิเนียมที่ลาดเอียงแม้เวลาผ่านไป 6 สัปดาห์

ภาพของแคปซูลกราฟีนในน้ำมัน จากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน
ภาพโครงสร้างร่างแหของแคปซูลกราฟีนจากกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง

ทีมได้ออกแบบสารเคลือบนี้โดยสร้างร่างแหของแคปซูลกราฟีนใส่ลงในน้ำมัน ร่างแหนี้จะตรึงน้ำมันเอาไว้ ป้องกันไม่ให้น้ำมันหยดออกมา จนกว่าร่างแหนั้นโดนทำลายจากการขูดขีด กะเทาะหรือแตกร้าว เมื่อร่างแหโดนทำลาย น้ำมันที่โดนตรึงไว้จะไหลออกมาในทันทีแล้วมาเชื่อมประสานเพื่อซ่อมแซมรอยแตกนั้น นอกจากนี้ คุณ Haung ยังกล่าวต่อว่า นอกจากกราฟีนแล้วยังสามารถใช้วัสดุอื่นที่เป็นอนุภาคกลวงและมีน้ำหนักเบาทดแทนได้

สารเคลือบโลหะที่ทีมทำขึ้นนี้ใช้งานได้ในทุกสภาวะแวดล้อม มันติดผิวโลหะได้เป็นอย่างดี แม้กระทั่งสภาวะที่อยู่ใต้น้ำ ในอ่างกรด หรือในสภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรง

ดังนั้น มันจึงสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับสะพานหรือเรือที่มีโครงสร้างบางส่วนอยู่ใต้น้ำ หรือใช้กับโครงสร้างต่างๆที่อยู่ใกล้กับบริเวณที่มีการรั่วไหลของสารที่มีสมบัติด้านการกัดกร่อนสูง เป็นต้น

รวมทั้ง ยังสามารถทนต่อความปั่นป่วนของน้ำที่รุนแรงและสามารถติดกับมุมที่แหลมๆได้ด้วย

 

 แหล่งข้อมูลอ้างอิง

  1.  https://news.northwestern.edu/stories/2019/01/fluid-inspired-material-self-heals-before-your-eyes/
  2. https://www.techexplorist.com/the-self-healing-coating-to-wipe-out-scratches-and-cracks/20690/
  3. https://marketbusinessnews.com/self-healing-metal-coating/195632/
  4. “Self-Healing Microcapsule-Thickened Oil Barrier Coatings,” Alane Tarianna O. Lim, Chenlong Cui, Hee Dong Jang, and Jiaxing Huang. Research, Volume 2019, Article ID: 3517816. DOI: 10.1155/2019/3517816.
Scroll Up