ความรู้พื้นฐานด้านความปลอดภัยนาโน
ว่าโดยพยัญชนะ นาโน (nano) แปลว่าหนึ่งในพันล้าน (1/1,000,000,000) เมื่อใช้กับขนาด นาโนเมตร เท่ากับหนึ่งในพันล้านเมตร แต่ความสำคัญของวัสดุนาโน มีมากกว่าการมีขนาดที่เล็กมาก จากนิยามขององค์การระหว่างประเทศว่าด้วยมาตรฐาน (ISO) ขนาดนาโน (nanoscale) หมายถึงขนาดตั้งแต่ประมาณ 1 นาโนเมตรขึ้นไปจนถึงประมาณ 100 นาโนเมตร (size range from approximately 1 nm to 100 nm) การที่ต้องกำหนดขนาดขั้นต่ำไว้ว่าประมาณ 1 นาโนเมตร ก็เพื่อไม่ให้รวมถึงอะตอม (ซึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลางอยู่ระหว่างประมาณ 0.1 ถึง 0.2 นาโนเมตร) และกลุ่มเล็กๆ ของอะตอม หรือโมเลกุลขนาดเล็ก ซึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลาง ไม่ถึงประมาณ 1 นาโนเมตร สาเหตุที่ต้องกำหนดขนาดขั้นสูงไว้ว่าประมาณ 100 นาโนเมตร ก็เนื่องจากว่า ถ้าขนาดใหญ่กว่าประมาณ 100 นาโนเมตร สมบัติพิเศษที่แสดงความเป็น “นาโน” ของสารนั้นจะเริ่มหายไป กลายเป็นสารธรรมดาๆ (bulk material) เนื่องจาก “เส้นแบ่งพรมแดน” ระหว่างสารธรรมดาๆ กับสารที่มีสมบัติพิเศษเนื่องจากมีขนาดนาโน ไม่ชัดเจนนัก สารบางชนิดมีสมบัติพิเศษเกิดขึ้นที่ขนาด 100 นาโนเมตร สารบางอย่างถึงจะใหญ่ถึง 150 นาโนเมตรแล้วก็ยังมีสมบัติพิเศษอยู่ เราจึงถือว่าขนาด 100 นาโนเมตรเป็นค่าโดยประมาณ
สมบัติพิเศษของสารที่มีขนาดนาโน ไม่ว่าจะเป็นสารเคมีชนิดใด พอจะสรุปได้เป็นสามกลุ่ม ได้แก่
มีพื้นที่ผิวต่อปริมาณเพิ่มขึ้นอย่างมาก การที่เนื้อสารเท่ากันเพิ่มพื้นที่ผิวขึ้นอย่างมาก ทำให้ความว่องไวของปฏิกิริยาเคมี (ซึ่งเกิดขึ้นเฉพาะที่ผิว) เพิ่มมากขึ้นด้วย เช่น สารหลายอย่างปกติไม่ไวไฟหรือไม่ติดไฟด้วยซ้ำ แต่เมื่อมีขนาดนาโนกลับเป็นสารไวไฟได้ หรืออนุภาคไทเทเนียม ไดออกไซด์ ที่มีขนาดนาโน สามารถย่อยสลายสารเคมีในคราบสกปรกได้ภายใต้แสงอาทิตย์ ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์เคลือบผิวแล้วทำความสะอาดตัวเองได้ เช่น สีที่ทาแล้วสะอาดอยู่เสมอ เป็นต้น สารที่มีขนาดนาโน สามารถขึ้นรูปได้โดยการจับมาเรียงกันทีละอะตอม โดยกรรมวิธีที่เรียกว่า “bottom-up” ซึ่งถ้าหากให้ข้อมูลและวิธีการเรียงตัวกัน อยู่ในตัวของอะตอมเลย เราก็จะได้อะตอมที่สามารถขึ้นรูปตัวเอง (self-assemble) ออกมาเป็นผลิตภัณฑ์ได้ นอกเหนือจากสมบัติพิเศษเนื่องมาจากพื้นที่ผิวต่อปริมาตรที่เพิ่มขึ้นตามข้อ 1 แล้ว สารที่มีขนาดนาโน ยังมีสมบัติพิเศษอีกมากมายหลายอย่าง ที่มีที่มาจากปรากฎการณ์ทางควอนตัมฟิสิกส์ ไม่ว่าจะเป็น สี การนำไฟฟ้า จุดหลอมเหลว ฯลฯ
เอกสารอ้างอิง
Fillipponi, L. and D. Sutherland. 2010. Introduction to Nanoscience and Nanotechnologies. NANOYOU Teachers Training Kit in Nanoscience and Nanotechnologies.
http://nanoyou.eu/attachments/188_Module-1-chapter-1.pdf
Horiba. 2012. A Guidebook to Particle Size Analysis. Horiba Scientific.
http://www.horiba.com/fileadmin/uploads/Scientific/Documents/PSA/PSA_Guidebook.pdf