จำเมลามีนได้ไหม? มันคือ "สารเติมแต่งนมผง" ที่มีชื่อเสียงโด่งดัง แต่น่าแปลกใจที่มันสามารถ "เปลี่ยนรูป" ได้

เมื่อวันที่ 2 กุมภาพันธ์ บทความวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature วารสารวิทยาศาสตร์นานาชาติชั้นนำ โดยอ้างว่าเมลามีนสามารถนำมาผลิตเป็นวัสดุที่แข็งกว่าเหล็กและเบากว่าพลาสติกได้ ซึ่งสร้างความประหลาดใจให้กับผู้คนเป็นอย่างมาก บทความวิจัยนี้ตีพิมพ์โดยทีมวิจัยที่นำโดยไมเคิล สตราโน นักวิทยาศาสตร์วัสดุชื่อดัง ศาสตราจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมเคมี สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ และผู้เขียนคนแรกคือ อวี้เว่ย เจิง นักวิจัยหลังปริญญาเอก

มีรายงานว่าพวกเขาตั้งชื่อว่าวัสดุในระบายออกจากเมลามีน 2DPA-1 ซึ่งเป็นโพลิเมอร์สองมิติที่ประกอบตัวเองเป็นแผ่นเพื่อสร้างวัสดุคุณภาพสูงที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าแต่แข็งแรงเป็นพิเศษ ซึ่งได้รับการจดสิทธิบัตรไปแล้ว 2 ฉบับ

เมลามีน หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า ไดเมทิลามีน เป็นผลึกโมโนคลินิกสีขาวที่มีลักษณะคล้ายนม

เมลามีนไม่มีรสชาติและละลายได้เล็กน้อยในน้ำ แต่ยังละลายได้ในเมทานอล ฟอร์มาลดีไฮด์ กรดอะซิติก กลีเซอรีน ไพริดีน ฯลฯ ไม่ละลายในอะซิโตนและอีเธอร์ เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ ทั้งจีนและองค์การอนามัยโลกได้กำหนดไว้ว่าเมลามีนไม่ควรนำมาใช้ในกระบวนการแปรรูปอาหารหรือสารเติมแต่งอาหาร แต่ในความเป็นจริง เมลามีนยังคงมีความสำคัญอย่างยิ่งในฐานะวัตถุดิบทางเคมีและวัตถุดิบสำหรับการก่อสร้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสี แล็กเกอร์ แผ่นโลหะ กาว และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่มีการนำไปใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวาง

ไทย สูตรโมเลกุลของเมลามีนคือ C3H6N6 และน้ำหนักโมเลกุลคือ 126.12 จากสูตรเคมี เราสามารถทราบได้ว่าเมลามีนประกอบด้วยธาตุสามชนิด ได้แก่ คาร์บอน ไฮโดรเจน และไนโตรเจน และมีโครงสร้างของวงแหวนคาร์บอนและไนโตรเจน นักวิทยาศาสตร์ที่ MIT ค้นพบในการทดลองของพวกเขาว่าโมโนเมอร์ของโมเลกุลเมลามีนเหล่านี้สามารถเจริญเติบโตได้ในสองมิติภายใต้สภาวะที่เหมาะสม และพันธะไฮโดรเจนในโมเลกุลจะยึดติดกัน ทำให้พันธะไฮโดรเจนในโมเลกุลคงที่ พันธะไฮโดรเจนในโมเลกุลจะยึดติดกัน ทำให้ก่อตัวเป็นรูปดิสก์ที่ซ้อนกันคงที่ เช่นเดียวกับโครงสร้างหกเหลี่ยมที่เกิดจากกราฟีนสองมิติ และโครงสร้างนี้มีความเสถียรและแข็งแรงมาก ดังนั้นเมลามีนจึงถูกเปลี่ยนเป็นแผ่นสองมิติคุณภาพสูงที่เรียกว่าโพลีเอไมด์ในมือของนักวิทยาศาสตร์

Strano กล่าวว่าวัสดุดังกล่าวผลิตได้ไม่ยาก และสามารถผลิตได้เองในสารละลาย จากนั้นจึงสามารถลอกฟิล์ม 2DPA-1 ออกในภายหลังได้ ทำให้สามารถผลิตวัสดุที่มีความเหนียวและบางเป็นพิเศษในปริมาณมากได้อย่างง่ายดาย

นักวิจัยพบว่าวัสดุชนิดใหม่นี้มีโมดูลัสความยืดหยุ่น ซึ่งเป็นหน่วยวัดแรงที่ต้องใช้ในการเสียรูป ซึ่งสูงกว่ากระจกกันกระสุนถึง 4-6 เท่า พวกเขายังพบอีกว่าแม้จะมีความหนาแน่นเพียงหนึ่งในหกของเหล็ก แต่โพลิเมอร์ชนิดนี้มีจุดคราก (yield strength) หรือแรงที่ต้องใช้ในการหักวัสดุเป็นสองเท่า

คุณสมบัติสำคัญอีกประการหนึ่งของวัสดุนี้คือความแน่นหนาของอากาศ ในขณะที่พอลิเมอร์ชนิดอื่นประกอบด้วยสายโซ่บิดเกลียวที่มีช่องว่างให้ก๊าซสามารถไหลออกมาได้ วัสดุชนิดใหม่นี้ประกอบด้วยโมโนเมอร์ที่ยึดติดกันเหมือนตัวต่อเลโก้ และโมเลกุลไม่สามารถแทรกผ่านระหว่างโมโนเมอร์ได้

วิธีนี้ช่วยให้เราสร้างสารเคลือบบางพิเศษที่ทนทานต่อการซึมผ่านของน้ำหรือก๊าซได้อย่างสมบูรณ์” นักวิทยาศาสตร์กล่าว สารเคลือบกั้นชนิดนี้สามารถใช้ปกป้องโลหะในรถยนต์และยานพาหนะอื่นๆ หรือโครงสร้างเหล็กได้

ปัจจุบันนักวิจัยกำลังศึกษาว่าพอลิเมอร์ชนิดนี้สามารถขึ้นรูปเป็นแผ่นสองมิติได้อย่างละเอียดมากขึ้นอย่างไร และพยายามเปลี่ยนองค์ประกอบโมเลกุลของมันเพื่อสร้างวัสดุประเภทใหม่ๆ อื่นๆ

เป็นที่ชัดเจนว่าวัสดุนี้เป็นที่ต้องการอย่างมาก และหากสามารถผลิตได้จำนวนมาก ก็จะนำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญในอุตสาหกรรมยานยนต์ อวกาศ และการป้องกันขีปนาวุธ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านยานยนต์พลังงานใหม่ แม้ว่าหลายประเทศมีแผนที่จะยุติการผลิตยานยนต์พลังงานเชื้อเพลิงหลังปี 2035 แต่รถยนต์พลังงานใหม่ในปัจจุบันยังคงเป็นปัญหา หากวัสดุใหม่นี้สามารถนำมาใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ได้ หมายความว่าน้ำหนักของรถยนต์พลังงานใหม่จะลดลงอย่างมาก แต่ยังช่วยลดการสูญเสียพลังงาน ซึ่งจะช่วยเพิ่มระยะวิ่งของรถยนต์พลังงานใหม่ทางอ้อมอีกด้วย