ตั้งแต่การยึดกระดูกไปจนถึงการสร้างพื้นผิวต้านเชื้อแบคทีเรีย ไมเคิลอัลเลน พูดคุยกับนักวิจัยด้านการผลิตแก้วที่มีฟังก์ชันและประสิทธิภาพเพิ่มเติม
แก้วมีอยู่ทั่วไปในชีวิตประจำวัน เนื่องจากมีความโปร่งใสสูง เสถียร และทนทาน จึงเป็นวัสดุที่สำคัญสำหรับการใช้งานมากมาย ตั้งแต่หน้าต่างธรรมดาไปจนถึงหน้าจอสัมผัสบนอุปกรณ์ล่าสุดของเรา ไปจนถึงส่วนประกอบโทนิคสำหรับเซ็นเซอร์ไฮเทค
แก้วส่วนใหญ่ทำจากซิลิกา มะนาว และโซดา แต่เป็นเวลาหลายศตวรรษที่มีการเพิ่มส่วนผสมเพิ่มเติมลงในแก้วเพื่อให้คุณสมบัติต่างๆ เช่น สีและการทนความร้อน และนักวิจัยยังคงทำงานเกี่ยวกับกระจก โดยพยายามเพิ่มฟังก์ชันการใช้งานและปรับปรุงประสิทธิภาพสำหรับงานเฉพาะ สร้างกระจกไฮเทคมากขึ้น และสิ่งที่เรียกว่ากระจก “อัจฉริยะ”
วัสดุที่ชาญฉลาดนั้นไม่ง่ายที่จะนิยาม แต่โดยรวมแล้วได้รับการออกแบบมาให้ตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอกในลักษณะเฉพาะ ในแง่ของกระจก แอปพลิเคชั่นที่ "ฉลาด" ที่ชัดเจนที่สุดคือสำหรับหน้าต่าง โดยเฉพาะการควบคุมปริมาณแสงที่ผ่านกระจก ด้วยวิธีนี้ เราจึงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของอาคารใดๆ ได้: ลดความร้อนในฤดูร้อน ในขณะที่รักษาความอบอุ่นในสภาพอากาศที่เย็นกว่า
แรงดันไฟฟ้าของหน้าต่าง
สีหรือความทึบของแก้วอัจฉริยะบางชนิดสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยใช้แรงดันไฟฟ้ากับวัสดุ ซึ่งจะเป็นการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางแสงบางอย่าง เช่น การดูดกลืนแสงและการสะท้อนแสง ในลักษณะที่ย้อนกลับได้ หน้าต่างอัจฉริยะแบบ “อิเล็กโทรโครมิก” ดังกล่าวสามารถควบคุมการส่งผ่านของความถี่แสงบางช่วง เช่น อัลตราไวโอเลตหรืออินฟราเรดได้ตามต้องการ หรือแม้กระทั่งบล็อกแสงทั้งหมด การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้เป็นที่นิยมไม่เพียง แต่ในอาคารเท่านั้น แต่ยังรวมถึงจอแสดงผลอิเล็กทรอนิกส์และกระจกรถยนต์ที่ย้อมสีด้วย
แท้จริงแล้ว กระจกอิเล็กโทรโครมิกล้ำหน้ากว่าเทคโนโลยีอื่นๆ ในสาขานี้ และได้ถูกนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์แล้ว แต่ถึงแม้จะทำงานได้ดี แต่ก็มีข้อเสียที่ชัดเจน ค่อนข้างซับซ้อนและมีราคาแพง และการดัดแปลงให้เข้ากับอาคารเก่าโดยทั่วไปจำเป็นต้องติดตั้งหน้าต่าง กรอบหน้าต่าง และการเชื่อมต่อไฟฟ้าใหม่ พวกเขายังไม่อัตโนมัติ – คุณต้องเปิดและปิด
เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ นักวิจัยกำลังทำงานเกี่ยวกับหน้าต่างเทอร์โมโครมิก ซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิแทนแรงดันไฟฟ้า จุดเด่นประการหนึ่งคือพวกมันเป็นแบบพาสซีฟ เมื่อติดตั้งแล้ว คุณสมบัติของพวกมันจะเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิโดยรอบ โดยไม่จำเป็นต้องป้อนข้อมูลจากมนุษย์ วิธีที่โดดเด่นในการสร้างหน้าต่างเทอร์โมโครมิกคือการเคลือบวานาเดียมไดออกไซด์กับกระจก (จูล 10.1016 / j.joule.2018.06.018) แต่ก็สามารถใช้วัสดุอื่น ๆ เช่น perovskites ได้ (เจแอป พลังงาน 254 113690). วัสดุเหล่านี้ผ่านการเปลี่ยนสถานะ ซึ่งจะมีความโปร่งใสมากหรือน้อยตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ซึ่งเป็นเอฟเฟกต์ที่สามารถปรับให้เข้ากับสภาวะต่างๆ ได้
แม้ว่าวาเนเดียมไดออกไซด์จะมีประโยชน์มากมายสำหรับหน้าต่างอัจฉริยะ แต่ก็มีอุปสรรคที่ต้องเอาชนะ เนื่องจากการดูดซับที่รุนแรง วานาเดียมไดออกไซด์จึงสร้างโทนสีน้ำตาลอมเหลืองที่ไม่พึงประสงค์ และจำเป็นต้องมีการดำเนินการเพิ่มเติมเพื่อรักษาเสถียรภาพของสิ่งแวดล้อม (ผู้ช่วย มานูฟ 6 1). การทบทวนล่าสุดยังชี้ให้เห็นว่าแม้ว่าเทคโนโลยีเหล่านี้จะช่วยประหยัดพลังงานได้มาก แต่ก็จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้งานและผลกระทบในสภาพแวดล้อมจริง ตัวอย่างเช่น ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของหน้าต่างเทอร์โมโครมิกพบว่าแตกต่างกันมากระหว่างเมืองต่างๆ ที่ใช้ฟิล์มประเภทเดียวกัน แต่จะน้อยกว่ามากระหว่างฟิล์มประเภทต่างๆ ที่ใช้ในเมืองเดียวกัน (เจแอป พลังงาน 255 113522).
แต่กระจกไฮเทคไม่ได้จบลงด้วยหน้าต่างอัจฉริยะ นักวิจัยพบว่าหากเพิ่มโลหะที่ผิดปกติลงในกระจก จะสามารถช่วยปกป้องแผงเซลล์แสงอาทิตย์และทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น (ดูกรอบ: การปรับปรุงกระจกครอบแผงโซลาร์เซลล์) ในขณะเดียวกัน แก้วที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพสามารถช่วยเราปลูกกระดูกและเนื้อเยื่ออื่นๆ ได้ (ดูกล่อง: การตรึงกระดูกและเนื้อเยื่ออื่นๆ) ในขณะที่กระบวนการแกะสลักแบบใหม่อาจช่วยให้เราเพิ่มฟังก์ชันหลายอย่างให้กับกระจกโดยไม่ต้องเคลือบพื้นผิว (ดูที่กล่อง: ป้องกันแสงสะท้อน , ทำความสะอาดตัวเองและต้านเชื้อแบคทีเรีย). และแม้ว่าจะไม่ใช่แว่นสายตาแบบดั้งเดิม แต่วัสดุเปลี่ยนเฟสแบบใหม่สามารถช่วยสร้างระบบออปติคอลที่เบาและกะทัดรัดมากขึ้น (ดูกรอบ: การควบคุมแสงแบบไม่ใช้กลไก) ในที่สุด วันหนึ่งแก้วอาจสามารถรักษาตัวเองได้ (ดูกรอบ: แก้วอมตะ)
ปรับปรุงกระจกครอบเซลล์แสงอาทิตย์
อาจดูน่าประหลาดใจ แต่ไม่ใช่ว่าแสงแดดทั้งหมดจะดีต่อเซลล์แสงอาทิตย์ ในขณะที่เซลล์แสงอาทิตย์แปลงแสงอินฟราเรดและแสงที่มองเห็นเป็นพลังงานไฟฟ้า แสงอัลตราไวโอเลต (UV) จะสร้างความเสียหายให้กับพวกมัน เช่นเดียวกับกรณีของการถูกแดดเผา แสงยูวีส่งผลเสียต่อโพลิเมอร์ที่มีคาร์บอนซึ่งใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์แบบอินทรีย์ นักวิจัยพบว่าความเสียหายจากแสง UV ทำให้ชั้นสารกึ่งตัวนำอินทรีย์มีความทนทานต่อไฟฟ้ามากขึ้น ลดการไหลของกระแสไฟฟ้าและประสิทธิภาพโดยรวมของเซลล์
ปัญหานี้ไม่จำกัดเฉพาะเซลล์อินทรีย์ แสงยูวียังขัดขวางแผงโซลาร์เซลล์ที่ใช้ซิลิกอนทั่วไป ซึ่งประกอบด้วยกองวัสดุต่างๆ ชั้นโฟโตแอกทีฟที่มีส่วนประกอบของซิลิกอนถูกประกบระหว่างโพลิเมอร์ที่ป้องกันไม่ให้น้ำซึมเข้า จากนั้นหน่วยนี้จะถูกปิดทับด้วยฝาครอบแก้ว ซึ่งช่วยปกป้องจากองค์ประกอบอื่นๆ ในขณะที่ให้แสงแดดส่องผ่านได้ ปัญหาของแสงยูวีคือมันทำลายโพลิเมอร์ ทำให้น้ำซึมผ่านและกัดกร่อนอิเล็กโทรดได้
พอล บิงแฮมผู้เชี่ยวชาญด้านกระจกแห่งมหาวิทยาลัย Sheffield Hallam สหราชอาณาจักร อธิบายว่าการปรับปรุงประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ “ทิศทางที่สำคัญของการเดินทางในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมาคือการทำให้กระจกใสขึ้นและใสขึ้น” ซึ่งหมายถึงการขจัดสารเคมีที่ทำให้กระจกมีสี เช่น เหล็ก ซึ่งทำให้เกิดโทนสีเขียว น่าเสียดายที่ Bingham อธิบายว่าสิ่งนี้ทำให้แสง UV ทะลุผ่านได้มากขึ้น ทำให้โพลิเมอร์เสียหายมากขึ้น
ดังนั้น บิงแฮมและเพื่อนร่วมงานของเขาจึงเปลี่ยนทิศทางไปอีกทางหนึ่ง นั่นคือพวกเขาใช้แก้วเจือเคมีเพื่อดูดซับแสง UV ที่สร้างความเสียหาย แต่โปร่งใสต่อแสงอินฟราเรดที่มีประโยชน์และแสงที่มองเห็นได้ เหล็กยังคงไม่ใช่สารเติมแต่งในอุดมคติ เนื่องจากมันดูดซับความยาวคลื่นที่มองเห็นได้และอินฟราเรดบางส่วน และเช่นเดียวกันกับโลหะทรานซิชันแถวที่หนึ่งอื่นๆ เช่น โครเมียมและโคบอลต์
แต่ทีมของบิงแฮมได้ทดลองกับธาตุทรานซิชันแถวที่สองและสามที่ปกติจะไม่เติมลงในแก้ว เช่น ไนโอเบียม แทนทาลัม และเซอร์โคเนียม พร้อมกับโลหะอื่นๆ เช่น บิสมัทและดีบุก สิ่งเหล่านี้สร้างการดูดซับรังสียูวีที่แข็งแกร่งโดยไม่มีสีที่มองเห็นได้ เมื่อนำไปใช้กับฝาครอบแก้ว สิ่งนี้จะช่วยยืดอายุการใช้งานของแผงโซลาร์เซลล์และช่วยรักษาประสิทธิภาพที่สูงขึ้น ดังนั้นจึงผลิตกระแสไฟฟ้าได้นานขึ้น
กระบวนการนี้ยังมีประโยชน์อีกประการหนึ่ง “สิ่งที่เราพบคือสารเจือปนจำนวนมากดูดซับโฟตอน UV สูญเสียพลังงานเล็กน้อย แล้วปล่อยออกมาใหม่เป็นโฟตอนที่มองเห็น ดังนั้นโดยพื้นฐานแล้วการเรืองแสง” บิงแฮมกล่าว พวกมันสร้างโฟตอนที่มีประโยชน์ซึ่งสามารถแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ ในการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าแว่นตาดังกล่าวสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ได้มากถึงประมาณ 8% เมื่อเทียบกับกระจกครอบมาตรฐาน (โปรแกรม ในเซลล์แสงอาทิตย์ 10.1002/pip.3334).
ซ่อมแซมกระดูกและเนื้อเยื่ออื่นๆ
ในปี 1969 Larry Hench วิศวกรชีวการแพทย์จากมหาวิทยาลัยฟลอริดา กำลังมองหาวัสดุที่สามารถยึดติดกับกระดูกได้โดยไม่ถูกปฏิเสธจากร่างกายมนุษย์ ในขณะที่ทำงานกับข้อเสนอสำหรับหน่วยบัญชาการการวิจัยและออกแบบทางการแพทย์ของกองทัพสหรัฐฯ เฮนช์ตระหนักว่ามีความต้องการวัสดุใหม่ที่สามารถสร้างพันธะที่มีชีวิตกับเนื้อเยื่อในร่างกาย โดยไม่ถูกปฏิเสธ เช่นเดียวกับกรณีที่มักเป็นโลหะ และการปลูกถ่ายพลาสติก ในที่สุดเขาก็สังเคราะห์ Bioglass 45S5 ซึ่งเป็นองค์ประกอบเฉพาะของแก้วที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพซึ่งปัจจุบันเป็นเครื่องหมายการค้าของมหาวิทยาลัยฟลอริดา
ส่วนผสมเฉพาะของโซเดียมออกไซด์ แคลเซียมออกไซด์ ซิลิกอนไดออกไซด์ และฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์ ปัจจุบันมีการใช้แก้วที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพในการรักษากระดูกเพื่อฟื้นฟูกระดูกที่เสียหายและซ่อมแซมข้อบกพร่องของกระดูก “แก้วที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพเป็นวัสดุที่คุณใส่เข้าไปในร่างกายและมันจะเริ่มละลาย และมันบอกเซลล์และกระดูกให้ทำงานมากขึ้นและสร้างกระดูกใหม่” กล่าว จูเลียน โจนส์ผู้เชี่ยวชาญด้านเนื้อหาจาก Imperial College London สหราชอาณาจักร
โจนส์อธิบายว่ามีเหตุผลหลักสองประการที่ทำให้แก้วทำงานได้ดี อย่างแรก เมื่อมันละลาย มันจะก่อตัวเป็นชั้นผิวของอะพาไทต์ไฮดรอกซีคาร์บอเนต ซึ่งคล้ายกับแร่ธาตุในกระดูก ซึ่งหมายความว่ามันมีปฏิสัมพันธ์กับกระดูกและร่างกายมองว่ามันเป็นวัตถุพื้นเมืองมากกว่าวัตถุแปลกปลอม ประการที่สอง ขณะที่มันละลาย แก้วจะปล่อยไอออนที่ส่งสัญญาณให้เซลล์สร้างกระดูกใหม่
ในทางการแพทย์ แก้วที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพส่วนใหญ่จะใช้เป็นผงที่ขึ้นรูปเป็นผงสำหรับอุดรูแล้วผลักเข้าไปในข้อบกพร่องของกระดูก แต่โจนส์และเพื่อนร่วมงานของเขากำลังทำงานเกี่ยวกับวัสดุคล้ายนั่งร้านที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับการซ่อมแซมโครงสร้างขนาดใหญ่ สิ่งเหล่านี้คือลูกผสมอนินทรีย์และสารอินทรีย์ของแก้วที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพและพอลิเมอร์ ซึ่งพวกเขาเรียกว่าแก้วชีวภาพที่เด้งได้ สถาปัตยกรรมจากการพิมพ์ 3 มิติให้คุณสมบัติเชิงกลที่ดี แต่ยังเป็นโครงสร้างที่กระตุ้นให้เซลล์เติบโตอย่างถูกวิธี ในความเป็นจริง โจนส์พบว่าการเปลี่ยนขนาดรูพรุนของนั่งร้าน เซลล์ต้นกำเนิดจากไขกระดูกสามารถกระตุ้นให้เติบโตได้ทั้งกระดูกหรือกระดูกอ่อน “เราประสบความสำเร็จอย่างมากกับกระดูกอ่อนไบโอกลาสที่เด้งได้” โจนส์กล่าว
แก้วที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพยังใช้ในการสร้างแผลเรื้อรัง เช่น แผลที่เกิดจากเบาหวาน การวิจัยพบว่าสำลีเหมือนน้ำสลัดแก้วสามารถรักษาบาดแผลได้ เช่น แผลที่เท้าจากเบาหวาน ซึ่งไม่ตอบสนองต่อการรักษาอื่นๆ (ภายใน แผลเจ 19 791).
แต่โจนส์กล่าวว่าการใช้แก้วที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพบ่อยที่สุดคือในยาสีฟันที่บอบบางบางชนิด ซึ่งกระตุ้นให้เกิดแร่ธาตุตามธรรมชาติในฟัน “คุณมีอาการเสียวฟันเพราะคุณมีท่อที่เข้าไปในโพรงประสาทที่อยู่ตรงกลางฟัน ดังนั้นถ้าคุณทำให้ท่อเหล่านั้นเป็นแร่ธาตุ ก็จะไม่มีทางเข้าไปในโพรงประสาทได้” เขาอธิบาย
ป้องกันแสงสะท้อน ทำความสะอาดตัวเอง และต้านเชื้อแบคทีเรีย
ที่มหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอน นักวิจัยได้สลักโครงสร้างระดับนาโนลงบนพื้นผิวกระจกเพื่อให้กระจกทำหน้าที่ต่างๆ ได้หลากหลาย มีการใช้เทคนิคที่คล้ายกันนี้ในอดีต แต่ได้พิสูจน์ให้เห็นถึงความท้าทายและซับซ้อนในการจัดโครงสร้างพื้นผิวกระจกด้วยรายละเอียดที่ละเอียดเพียงพอ วิศวกรนาโน อิออนนิส ปาปาคอนสแตนตินู อย่างไรก็ตาม และเพื่อนร่วมงานของเขาเพิ่งพัฒนากระบวนการพิมพ์หินใหม่ที่ช่วยให้พวกเขาให้รายละเอียดกระจกด้วยความแม่นยำระดับนาโน (Adv มาเตอร์ 33 2102175).
แรงบันดาลใจจากแมลงเม่าที่ใช้โครงสร้างที่คล้ายกันในการอำพรางด้วยแสงและเสียง นักวิจัยได้แกะสลักพื้นผิวกระจกด้วยกรวยขนาดนาโนที่มีความยาวคลื่นย่อยหลายช่วงเพื่อลดการสะท้อนแสง พวกเขาพบว่าพื้นผิวที่มีโครงสร้างนี้สะท้อนแสงได้น้อยกว่า 3% ในขณะที่กระจกควบคุมสะท้อนแสงได้ประมาณ 7% Papakonstantinou อธิบายว่า nanocones ช่วยเชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงระหว่างดัชนีการหักเหของแสงของพื้นผิวแก้วและของอากาศ โดยทำให้การเปลี่ยนผ่านของอากาศสู่แก้วเป็นไปอย่างราบรื่น สิ่งนี้จะช่วยลดการกระเจิงและปริมาณแสงที่สะท้อนออกจากพื้นผิว
พื้นผิวยังกันน้ำได้ดีเยี่ยม ขับไล่หยดน้ำและน้ำมันเพื่อให้กระเด็นออกจากเบาะรองนั่งของอากาศที่ติดอยู่ในโครงสร้างนาโน เมื่อละอองลอยออกมา ก็จะจับสิ่งปนเปื้อนและสิ่งสกปรก ทำให้กระจกทำความสะอาดตัวเองได้ ดังที่ Papakonstantinou อธิบายไว้ และประโยชน์ประการสุดท้ายคือ แบคทีเรียต้องดิ้นรนเพื่อเอาชีวิตรอดบนกระจก โดยกรวยที่แหลมคมจะทิ่มแทงเยื่อหุ้มเซลล์ของพวกมัน มุ่งเน้นไปที่ เชื้อ Staphylococcus aureus – แบคทีเรียที่ทำให้เกิดการติดเชื้อ Staph – กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดได้แสดงให้เห็นว่า 80% ของแบคทีเรียที่อยู่บนพื้นผิวตาย เทียบกับประมาณ 10% บนกระจกมาตรฐาน นักวิจัยกล่าวว่า นี่เป็นการสาธิตพื้นผิวกระจกต้านเชื้อแบคทีเรียเป็นครั้งแรก
การควบคุมแสงแบบไม่ใช้กลไก
โดยทั่วไปแล้วแสงจะถูกควบคุมในระบบออปติกโดยชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้ เช่น เลนส์ที่สามารถปรับเปลี่ยนเพื่อเปลี่ยนจุดโฟกัสของแสงหรือควบคุมลำแสงได้ แต่วัสดุเปลี่ยนเฟส (PCM) ประเภทใหม่สามารถเปลี่ยนคุณสมบัติของส่วนประกอบออปติคอลได้โดยไม่ต้องมีการแทรกแซงทางกล
PCM สามารถสลับระหว่างการมีโครงสร้างผลึกที่มีการจัดระเบียบเป็นอสัณฐานและคล้ายแก้วเมื่อใช้พลังงานบางรูปแบบ เช่น กระแสไฟฟ้า ถูกนำมาใช้ วัสดุดังกล่าวถูกใช้เพื่อเก็บข้อมูลบนออปติคัลดิสก์มานานแล้ว โดยมีเฟสสองเฟสแทนสถานะไบนารีสองสถานะ แต่วัสดุเหล่านี้ไม่ได้ถูกนำมาใช้จริงๆ ในออปติกนอกเหนือจากการใช้งานดังกล่าว เนื่องจากปกติแล้วเฟสใดเฟสหนึ่งจะทึบแสง
อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้สร้าง PCM ประเภทใหม่ขึ้นจากธาตุเจอร์เมเนียม พลวง ซีลีเนียม และเทลลูเรียม ซึ่งรู้จักกันในชื่อ GSST (การสื่อสารธรรมชาติ 10 4279). พวกเขาค้นพบว่าแม้ว่าสถานะที่เป็นแก้วและผลึกของวัสดุเหล่านี้โปร่งใสต่อแสงอินฟราเรด แต่ก็มีดัชนีการหักเหของแสงที่แตกต่างกันอย่างมาก สิ่งนี้สามารถใช้ประโยชน์เพื่อสร้างออปติกที่กำหนดค่าใหม่ได้ซึ่งสามารถควบคุมแสงอินฟราเรดได้
จือจุนหูนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุแห่งสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์กล่าวว่า แทนที่จะมีอุปกรณ์ออพติคอลที่มีแอปพลิเคชันเดียว คุณสามารถตั้งโปรแกรมให้มีฟังก์ชันต่างๆ ได้หลายอย่าง “คุณยังสามารถเปลี่ยนจากเลนส์เป็นตะแกรงกระจายแสงหรือปริซึม” เขาอธิบาย
คุณสมบัติของ PCM นั้นถูกนำไปใช้อย่างดีที่สุด Hu กล่าว โดยการสร้างวัสดุทางแสงที่มีโครงสร้างระดับนาโนและความยาวคลื่นย่อยอยู่บนพื้นผิว และแต่ละส่วนได้รับการปรับแต่งให้โต้ตอบกับแสงในลักษณะเฉพาะเพื่อสร้างเอฟเฟกต์ที่ต้องการ เช่น การโฟกัส ลำแสง เมื่อใช้กระแสไฟฟ้ากับวัสดุ โครงสร้างนาโนของพื้นผิวที่ทำปฏิกิริยากับแสงจะเปลี่ยนไปเมื่อสถานะของวัสดุและดัชนีการหักเหของแสงเปลี่ยนไป
ทีมงานได้แสดงให้เห็นแล้วว่ามันสามารถสร้างองค์ประกอบต่างๆ เช่น เลนส์ซูมและบานเกล็ดแบบออปติคัลที่สามารถปิดลำแสงได้อย่างรวดเร็ว แคธลีน ริชาร์ดสันผู้เชี่ยวชาญด้านวัสดุออปติกและโฟโตนิกส์ที่มหาวิทยาลัย Central Florida ซึ่งทำงานร่วมกับ Hu เกี่ยวกับวัสดุ GSST กล่าวว่าวัสดุเหล่านี้สามารถลดความซับซ้อนและลดขนาดของเซ็นเซอร์และอุปกรณ์ออปติกอื่นๆ พวกเขาจะทำให้สามารถรวมกลไกออปติคัลหลายตัวเข้าด้วยกัน ลดจำนวนชิ้นส่วนแต่ละชิ้น และขจัดความจำเป็นในการใช้องค์ประกอบเชิงกลต่างๆ “ฟังก์ชันหลายอย่างในส่วนประกอบเดียวกันทำให้แพลตฟอร์มมีขนาดเล็กลง กะทัดรัดขึ้น และน้ำหนักเบาขึ้น” Richardson อธิบาย
แก้วอมตะ
“คุณสามารถหักล้างกฎของฟิสิกส์ได้ แต่คุณไม่สามารถทำลายกฎเหล่านั้นได้” Paul Bingham ผู้เชี่ยวชาญด้านแก้วและเซรามิกแห่งมหาวิทยาลัย Sheffield Hallam สหราชอาณาจักรกล่าว “โดยพื้นฐานแล้ว แก้วเป็นวัสดุที่เปราะบาง และถ้าคุณใช้แรงมากพอกับส่วนที่เล็กพอของแก้ว แก้วก็จะแตกได้” ยังคงมีหลายวิธีที่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของพวกเขาได้
พิจารณาโทรศัพท์มือถือ หน้าจอสมาร์ทโฟนส่วนใหญ่ทำจากกระจกที่ผ่านการชุบแข็งทางเคมี กระจก Gorilla. พัฒนาโดย Corning ในช่วงปี 2000 กระจกที่แข็งแรง กันรอยขีดข่วนแต่บางนี้สามารถพบได้ในสมาร์ทโฟน แท็บเล็ต และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ประมาณ XNUMX พันล้านเครื่อง แต่แก้วที่เสริมความแข็งแกร่งทางเคมีนั้นไม่สามารถแตกหักได้ทั้งหมด อันที่จริง หน้าจอโทรศัพท์ของบิงแฮมแตก “ผมทำมันหล่น XNUMX ครั้ง แล้วก็ทิ้งอีกครั้ง และมันก็ตกลงที่จุดเดิมพอดี และเกมก็จบลง” เขากล่าว
เพื่อปรับปรุงความทนทานของตะแกรงแก้วให้ดียิ่งขึ้น บิงแฮมได้ทำงานในโครงการชื่อ “การผลิตอมตะ” ร่วมกับนักวิทยาศาสตร์โพลิเมอร์ที่มหาวิทยาลัยนอร์ธัมเบรีย ซึ่งนำโดยนักเคมี จัสตินเพอร์รี่ซึ่งได้พัฒนาโพลิเมอร์ที่สามารถรักษาตัวเองได้ หากคุณตัดโพลิเมอร์ที่รักษาตัวเองได้ครึ่งหนึ่งแล้วดันชิ้นส่วนเข้าด้วยกัน พวกมันจะกลับมารวมกันได้ทันเวลา นักวิจัยได้ทดลองใช้การเคลือบวัสดุดังกล่าวกับกระจก
หากคุณใช้แรงมากพอ ตะแกรงเหล่านี้จะยังคงแตกได้ แต่ถ้าคุณทำตกและทำให้ชั้นโพลิเมอร์แตก มันสามารถรักษาตัวเองได้ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิห้อง แม้ว่าการทำให้ร้อนขึ้นเล็กน้อย เช่น การทิ้งไว้ในที่อุ่นๆ ก็อาจเร่งกระบวนการได้ “มันเกี่ยวกับการปรับปรุงอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ ทำให้ผลิตภัณฑ์มีความยั่งยืนมากขึ้น และทำให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้น” บิงแฮมกล่าว และอาจเป็นประโยชน์กับผลิตภัณฑ์จำนวนมากที่ใช้กระจกเป็นชั้นป้องกัน ไม่ใช่แค่สมาร์ทโฟนเท่านั้น
