นักวิจัยจาก California Institute of Technology หรือ Caltech ค้นพบวิธีการผลิตชิ้นงานโลหะแบบ 3 มิติระดับนาโนได้อย่างแม่นยำ สามารถใช้งานได้กับโลหะหรืออัลลอยใดๆ โดยไม่ต้องกังวลเรื่องรูพรุนหรือมีปัญหาซ่อนอยู่ในโครงสร้างแบบไมโครอีกต่อไป เหมาะสำหรับอุปกรณ์การแพทย์ ชิปคอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์ที่ใช้ในอวกาศ
Two Photon Lithography และการเผาสองครั้ง เสริมแกร่งชิ้นงานด้วยการกำจัดส่วนประกอบที่ไม่ใช่!
เทคนิคที่ใช้นั้นเรียกว่า Two-Photon Lithography ที่ทำให้สามารถสร้างวัตถุตามลำดับได้ในระดับ Voxel ซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดในระบบภาพ 3 มิติ ซึ่งเริ่มต้นด้วยการใช้ของเหลวที่อ่อนไหวต่อแสง จากนั้นนักวิจัยได้ใช้แสงเลเซอร์ Femtosecond ที่มีการโฟกัสพลังงาน ซึ่ง Femtosecond นั้นมีขนาด 1 Quadrillion ของวินาที (หรือ 1 ส่วนพันล้านล้านวินาที) เพื่อสร้างรูปทรงจากวัสดุที่เหมือนกับเจลที่เรียกว่า Hydrogel
หลังจากการขึ้นรูป Hydrogel ขนาดจิ๋วได้แล้วด้วยเกลือของโลหะ (Metallic Salt) เช่น Copper Nitrate หรือ Nickel Nitrate จากนั้นจ◌ึงทำการให้ความร้อนโครงสร้างสองครั้งในเตาเผาแบบพิเศษ เพื่อทำให้โลหะหดตัวลงเข้ารูปแบบโมเดลต้นแบบที่ต้องการ
การเผาที่เกิดขึ้นนั้นจะเป็นการทำลายส่วนผสมที่เป็นอินทรีย์สารซึ่งอยู่ใน Hydrogel ทั้งหมด เหลือไว้เพียงออกไซด์ของเหล็ก เช่น Nickel Oxide หรือ Iron Oxide บางครั้งที่นักวิจัยสร้างเลนส์หรือส่วนประกอบด้าน Optical อื่นๆ ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการก็สำเร็จได้ในขั้นตอนการให้ความร้อนขั้นตอนแรก แต่สำหรับวัตถุดิบอื่นๆ นักวิจัยได้ใช้การให้ความร้อนขั้นที่ 2 ด้วยชุดของก๊าซที่แตกต่างกันในเตาเผา เพื่อเอาออกซิเจนออกด้วยการลด Metal Oxide เหลือเพียงแต่โครงสร้างโลหัที่ต้องการ โดยปริมาตรก่อนให้ความร้อนกับปริมาตรหลังผ่านกระบวนการนั้นสามารถแตกต่างกันได้ถึง 90% เลยทีเดียว
ยิ่งเล็กยิ่งแข็งแกร่ง และมี Reliability สูง
ในระหว่างการทดลองนั้นทีมวิจัยได้พบว่ากระบวนการที่เกิดขึ้นนั้นหา่างไกลกับความสมบูรณ์แบบอยู่ไม่น้อย พบข้อบกพร่องเกิดขึ้นหลากหลายกรณี เช่น รูพรุน, ขอบเกรน (Grain Boundary) และความไม่บริสุทธิ์ หากสิ่งเหล่านี้ที่มีโครงสร้างระดับไมโครถูกพบในชิ้นงานโลหะแบบ Macro ชิ้นงานเหล่านี้จะถูกตีว่าไม่ผ่านมาตรฐานทันทีเพราะอาจกลายเป็นความอ่อนแอและมีแนวโน้มว่าจะเกิดความล้มเหลวในการใช้งานได้
แต่สิ่งที่นักวิจัยค้นพบว่า การคาดการณ์ความแข็งแรงที่ใกล้เคียงความจริงสำหรับเทคนิคใหม่นี้มีมากกว่าการผลิตชิ้นงานที่ใช้วัสดุโลหะเดียวกัน มีมิติที่ใหญ่กว่าและมีโครงสร้างขนาดไมโครถึง 50 เท่า บ่งชี้ว่าสิ่งต่างๆ เมื่ออยู่ในระดับนาโนจะมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันได้ หรือที่เรียกว่า ยิ่งเล็กยิ่งแตกต่าง
การค้นพบดังกล่าวทำให้ชิ้นงานที่ถูกสร้างด้วยกรรมวิธีนี้นั้นมี ‘ความน่าเชื่อถือ (Reliability)’ ที่แตกต่างกรรมวิธีอื่นๆ ซึ่งอาจมีทั้งที่ต้องอบหรือไม่อบชิ้นงาน หรือเรื่องของความไม่แม่นยำที่ไม่ถูกคำนึงอีกด้วย
ที่มาข่าว:
Caltech
