'ผ้าเคลือบกราฟีน' สำหรับชุดทหารอัจฉริยะ

เสื้อผ้าอาภรณ์สมัยใหม่ ไม่เพียงแต่ทำหน้าที่พื้นฐานคือ ปกคลุมร่างกายและเสริมบุคลิกตามแฟชั่นเท่านั้น มันยังมีความสามารถหรือหน้าที่อื่นๆ ตัวอย่างเช่น ช่วยระบายความร้อนได้ดี หรือกักเก็บความร้อนได้ดี ป้องกันแสงยูวี ป้องกันเชื้อโรค มีกลิ่นหอม หรือแม้แต่เป็นอุปกรณ์ตรวจสุขภาพของผู้สวมใส่ เราอาจจะเรียกเทคโนโลยีนี้ว่า เสื้อผ้าอัจฉริยะ หรือ Smart Textile ก็ได้ ซึ่งนำไปใช้อย่างแพร่หลายในหลายด้าน เช่น เสื้อผ้าสำหรับนักกีฬา เสื้อผ้าเครื่องแบบทหารในสงคราม ฯลฯ 

ที่มาภาพ https://www.dagoldinfo.com.ng/graphene-smart-textiles-developed-for-heat-adaptive-clothing/

สำหรับเครื่องแบบทหารนั้นการทำให้ชุดเครื่องแบบทหารมีคุณสมบัติดียิ่งขึ้นก็เป็นเรื่องที่ไม่อาจมองข้ามได้ ไม่ว่าจะเป็นเรื่องการสวมใส่ที่สบาย น้ำหนักที่ไม่มากจนเกินไป ผ้าที่ใช้ในการผลิตเครื่องแต่งกายทหารที่ใช้ในปัจจุบันไม่ได้ถูกออกแบบมาให้สามารถระบายอากาศได้ดีนักเมื่ออยู่ในสภาพอากาศที่ร้อนจัด รวมถึงการกักเก็บความร้อนที่ดีเมื่ออยู่ในสภาพอากาศที่เย็นจัด ถ้าการสวมใส่เสื้อผ้าไม่เหมาะสมกับสภาพอากาศ อาจทำให้รู้สึกไม่สะดวกสบาย และอาจเกิดเป็นอันตรายกับร่างกายได้ 

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ได้มีการออกแบบเสื้อผ้าให้เหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะด้าน ดังเช่น เสื้อผ้านักกีฬาที่มีคุณสมบัติใส่สบายและระบายความร้อนได้ดี ยังรวมถึงเสื้อกันหนาวที่เราจะพบว่ามีเนื้อผ้าที่หนานุ่มและมีคุณสมบัติกักเก็บความร้อนได้ดี เป็นต้น ซึ่งอาจไม่ค่อยสะดวกนักเวลานำมาใช้งานจริง เพราะจำเป็นต้องซื้อเสื้อผ้าหลากหลายชุดให้เหมาะสมตามสถานการณ์ 

ดังนั้น จึงดีไม่น้อยที่มีเสื้อผ้าที่สามารถให้คุณสมบัติทั้งระบายความร้อนและกักเก็บความร้อนได้ดีในเวลาเดียวกัน เมื่อเร็วๆนี้ ทีมนักวิจัยร่วมระหว่างสหรัฐอเมริกาและจีน ได้พัฒนาเส้นใยแบบพิเศษที่สามารถขยายและหดตัวได้ตามย่านรังสีอินฟราเรด (Infrared ray) ซึ่งเมื่อนำเส้นใยไปถักทอเป็นเสื้อผ้าจะทำให้เสื้อผ้าสามารถระบายความร้อนและกักเก็บความร้อนได้โดยอัตโนมัติ 

เส้นใยนี้เป็นเส้นใยพอลิเมอร์ที่ถูกเคลือบด้วยท่อนาโนคาร์บอน (Carbon nanotube) และมีการปรับสัดส่วนการเจือต่าง ๆ เพื่อให้ได้คุณสมบัติทางวัสดุที่เหมาะสม โดยปกติแล้วเมื่อร่างกายเรารู้สึกร้อน ร่างกายจะผลิตเหงื่อและแผ่รังสีอินฟราเรดย่านอุณหภูมิสูงออกมา ซึ่งเส้นใยบนเนื้อผ้าจะเกิดการหดตัว เกิดช่องว่างบนเสื้อผ้ามากขึ้น ทำให้ระบายอากาศได้ดี เราจึงรู้สึกสบายตัว เสมือนเราสวมใส่เสื้อผ้ากีฬา ในทำนองกลับกัน ในสภาพอากาศหนาวร่างกายเราจะแผ่รังสีอินฟราเรดที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งทำให้เส้นใยที่ถักทอเกิดการคลายตัว เนื้อผ้าจะมีช่องว่างน้อยลง ทำให้กักเก็บอุณหภูมิได้ดีขึ้น เราจึงรู้สึกอบอุ่นขึ้น 

ภาพ ดร.อดิสร  เตือนตรานนท์

ล่าสุดนักวิจัยไทยจากศูนย์เทคโนโลยีเพื่อความมั่นคงของประเทศและการประยุกต์เชิงพาณิชย์ สวทช. ร่วมกับบริษัท Haydale Thailand ได้มีแนวคิดพัฒนาเสื้อผ้าเครื่องแต่งกายทหารอัจฉริยะโดยการนำวัสดุกราฟีนที่มีสมบัติในการยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อแบคทีเรีย มาผลิตเป็นหมึกพิมพ์แบบสกรีนที่ผสานวัสดุนาโนคาร์บอนกราฟีน คาร์บอนนาโนทิวป์ และอะเซทิลีนสีดำ เคลือบบนสิ่งทอด้วยเทคนิคการสกรีน กราฟีนเป็นวัสดุนาโนโครงสร้าง 2 มิติ ที่ได้รับความนิยม โดยถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมการบิน พลังงาน และการแพทย์ชีวภาพ 

เครื่องแบบทหารที่ผลิตจากผ้าเคลือบกราฟีนมีประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนและควบคุมอุณหภูมิ มีความสามารถในการยับยั้งเชื้อแบคทีเรีย ป้องกันฝุ่นละออง อากาศซึมผ่านได้ดี และทนทาน แถมยังแห้งเร็ว ซึ่งเป็นผลจากการใช้วัสดุคาร์บอนระดับนาโนของท่อคาร์บอนนาโน และกราฟีน ที่มีประสิทธิภาพเป็นเสมือนมีดนาโน (Nanoknife) จึงไปทำลายผนังเซลล์ของแบคทีเรีย ทำให้มีคุณสมบัติในการยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย ซึ่งเป็นสาเหตุที่ก่อให้เกิดกลิ่นอันไม่พึงประสงค์ และยังเป็นสารที่ไม่เป็นพิษหรือระคายเคืองต่อผิวหนัง ผ่านการรับรองจากองค์กรระดับนานาชาติ เร็วๆนี้ เราคงได้เห็นทหารไทยในชุดเครื่องแบบอัจฉริยะเป็นประเทศแรกในโลกครับ

*บทความโดย ดร.อดิสร  เตือนตรานนท์ ศูนย์เทคโนโลยีเพื่อความมั่นคงของประเทศและการประยุกต์เชิงพาณิชย์ สวทช., เมธีวิจัยอาวุโส สกว., สมาคมวิจัยวัสดุประเทศไทย