ปฏิวัติวงการวัสดุศาสตร์! นักวิจัยสร้าง ‘Structural Color’ เปลี่ยนสีได้ดั่งใจ ไม่พึ่งสารเคมี

ลองจินตนาการถึงเสื้อผ้าที่สามารถเปลี่ยนสีได้ตามอุณหภูมิ หรือชุดพรางตัวของทหารที่กลมกลืนไปกับสภาพแวดล้อมได้ในเสี้ยววินาที ทั้งหมดนี้ไม่ใช่เรื่องเพ้อฝันในนิยาย Sci-Fi อีกต่อไป เมื่อนักวิทยาศาสตร์ค้นพบวิธีควบคุม ‘สีเชิงโครงสร้าง’ หรือ Structural Color ให้สั่งการได้ดั่งใจนึก

ทีมนักวิจัยจาก University user of Florida ได้ตีพิมพ์ผลงานล่าสุดลงในวารสาร Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) เกี่ยวกับการพัฒนาเทคนิคใหม่ที่ทำให้วัสดุเปลี่ยนสีได้โดยไม่ต้องพึ่งพาสีย้อม หรือเม็ดสีแบบเดิมๆ ที่เราคุ้นเคย แต่อาศัยหลักการทางฟิสิกส์และการจัดเรียงตัวของโครงสร้างนาโน

ไม่ใช่แค่สี แต่คือฟิสิกส์ของแสง

โดยปกติแล้ว สีสันที่เราเห็นบนเสื้อผ้าหรือวัตถุต่างๆ เกิดจากสารเคมีที่ดูดซับแสงบางช่วงคลื่นและสะท้อนบางช่วงคลื่นออกมา แต่ ‘Structural Color’ นั้นต่างออกไป มันคือหลักการเดียวกับสีปีกของผีเสื้อหรือขนนกยูง ที่เกิดจากโครงสร้างระดับนาโนที่ไร้สี ทำหน้าที่หักเหและแทรกสอดแสงจนตาเรามองเห็นเป็นเฉดสีต่างๆ

ความท้าทายในอดีตคือ สีเหล่านี้มักจะตายตัว คือผลิตมาสีไหนก็เป็นสีนั้น เปลี่ยนแปลงไม่ได้ หรือถ้าจะทำให้เปลี่ยนได้ก็มีขั้นตอนการผลิตที่ซับซ้อนและแพงหูฉี่ แต่ครั้งนี้ทีมวิจัยได้ปลดล็อกขีดจำกัดดังกล่าวด้วย ‘Vanadium Dioxide’

พระเอกผู้เปลี่ยนสถานะ 'Vanadium Dioxide'

กุญแจสำคัญของความสำเร็จนี้คือการใช้โครงสร้างแบบ Layered Design โดยทีมงานได้เคลือบชั้นฟิล์มบางของ ‘วาเนเดียมไดออกไซด์’ (VO2) ซึ่งเป็นวัสดุอัจฉริยะประเภท Phase-changing material ทับลงบนชั้นอลูมิเนียมสะท้อนแสง

ความเจ๋งของเจ้า VO2 คือ เมื่อมันได้รับความร้อนถึงจุดที่กำหนด มันจะเปลี่ยนสถานะจาก ฉนวนกลายเป็นโลหะทันที การเปลี่ยนสถานะนี้ส่งผลต่อโครงสร้างผลึกและการเดินทางของแสงที่ตกกระทบ ทำให้จังหวะการสะท้อนและการแทรกสอดของแสงเปลี่ยนไป ผลลัพธ์คือสีที่เรามองเห็นจะเปลี่ยนไปทันทีตามการควบคุมอุณหภูมิ

จากห้องแล็บสู่รันเวย์และสนามรบ

สิ่งที่ทำให้นวัตกรรมนี้น่าจับตามองที่สุด คือความง่ายในการผลิตและการประยุกต์ใช้ ทีมวิจัยระบุว่าวิธีการนี้สามารถสร้างสีสันที่สดใส และเปลี่ยนกลับไปมาได้ ไม่ว่าจะอยู่บนพื้นผิวแข็งๆ อย่างป้ายโฆษณา หรือพื้นผิวที่ยืดหยุ่นได้อย่างผ้าและสิ่งทอ

นักวิจัยกล่าวในรายงานว่า ‘วิธีนี้ไม่ต้องใช้การผลิตระดับนาโนที่ซับซ้อนวุ่นวาย เราสามารถปรับแต่งอุณหภูมิที่ต้องการให้เปลี่ยนสีได้ และขยายเฉดสีให้กว้างขึ้นได้ด้วยการควบคุมกระบวนการสร้างวัสดุ’

นี่อาจเป็นจุดเริ่มต้นของเทคโนโลยีใหม่ๆ มากมาย ตั้งแต่เสื้อผ้าแฟชั่นที่เปลี่ยนสีตามอารมณ์ ป้ายเตือนความปลอดภัยอัจฉริยะ ไปจนถึงชุดพรางตัว ที่ปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมได้แบบเรียลไทม์ ซึ่งจะเป็นการพลิกโฉมทั้งอุตสาหกรรมสิ่งทอและการทหารในอนาคตอันใกล้

ที่มา: Phys.org