ศูนย์นาโนเทคโนโลยีมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ได้รับการสนับสนุนจากสำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ และสถาบันวิจัยและพัฒนาแห่งมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อการพัฒนาองค์ความรู้ใหม่ด้านนาโนเทคโนโลยี ซึ่งปัจจุบันกำลังมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
โดยมีหน่วยงานในมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ที่เป็นแกนหลักในการศึกษาวิจัย ได้แก่

• ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์
• ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์
• ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิยาศาสตร์
• คณะอุตสาหกรรมเกษตร
• คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์

 

                นาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology) คือการสร้างและการประยุกต์ใช้งานวัสดุ อุปกรณ์ และระบบ โดยการควบคุมโครงสร้างในระดับนาโนเมตร ซึ่งเป็นขนาดที่ใกล้เคียงกับขนาดของอะตอมหรือโมเลกุล

                จุดมุ่งหมายของนาโนเทคโนโลยี คือการเรียนรู้สมบัติของสสารในระดับนาโนเมตร เพื่อนำไปสู่การออกแบบและสร้างวัสดุหรืออุปกรณ์ขึ้นมาจากโครงสร้างพื้นฐานระดับอะตอมหรือโมเลกุล

                นาโนเทคโนโลยีเป็นศาสตร์ที่กำลังได้รับความสนใจเป็นอย่างยิ่งและส่งผลกระทบโดยตรงต่อการศึกษาวิจัยในหลากหลายสาขา ทั้งสาขาเคมี ฟิสิกส์ เกษตรศาสตร์และชีววิทยา รวมถึงวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ เป็นที่คาดกันว่านาโนเทคโนโลยีจะทำให้เกิดวิวัฒนาการทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่สำคัญ รวมทั้งเกิดนวัตกรรมที่เป็นประโยชน์อย่างยิ่งในทางธุรกิจและอุตสาหกรรมในอนาคต

งานวิจัยทางด้านวิทยาศาสตร์นาโนและนาโนเทคโนโลยีของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ มุ่งเน้นกลุ่มวิจัยทางด้าน

• คลัสเตอร์นาโนวัสดุ (Nanomaterials Cluster)
• คลัสเตอร์นาโนไบโอเทคโนโลยี (Nanobiotechnology Cluster)
• คลัสเตอร์นาโนอิเล็คทรอนิกส์ (Nanoelectronics Cluster)

 



                โดยดำเนินการศึกษาทั้งทางด้านทฤษฎีและด้านการทดลองควบคู่กันไป ในการศึกษาเชิงทฤษฎีนั้นจะใช้ระเบียบวิธีการคำนวณทางเคมีควอนตัมร่วมกับเคมีคอมพิวเตอร์ ซึ่งผลงานวิจัยในส่วนนี้สามารถนำไปเป็นแนวทางในการปฏิบัติในห้องทดลองต่อไป ซึ่งจะช่วยลดความผิดพลาดและยังประหยัดเวลาในการทดลองอีกด้วย

 

งานวิจัยหลักที่ทางศูนย์ฯ ได้ดำเนินการศึกษามาอย่างต่อเนื่องได้แก่

• การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวรองรับที่มีโครงสร้างระดับนาโนเมตร สำหรับใช้ในกระบวนการผลิตที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและอุตสาหกรรมปิโตรเคมี
• การศึกษาโครงสร้างคาร์บอนนาโนทิวบ์ และปฏิกิริยาของคาร์บอนนาโนทิวบ์ และการปรับปรุงสมบัติทางเคมีและกายภาพของคาร์บอนนาโนทิวบ์
• การสังเคาระห์ Nanoparticle ด้วยวิธี Rapid Expansion Process
• การออกแบบและการศึกษาสมบัติทางโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของเซรามิกส์ อิเล็กทรอนิกส์และพอลิเมอร์อิเล็กทรอนิกส์
• การศึกษาโครงสร้างและอันตรกิริยาระหว่างสารชีวโมเลกุลยาและผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง

ตัวอย่างงานวิจัย

                ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโครงสร้างระดับนาโนเมตร (Nanostructured Catalysts)
นาโนซีโอไลต์ (NanoZeolites) ซีโอไลต์เป็นสารประกอบอะลูมิโนซิลิเกต ที่มีความเป็นผลึกและมีโครงสร้างเป็นรูพรุนที่มีขนาดจำเพาะในระดับไมโครพอร์ (Microporous, 2-20 Å) ซีโอไลต์มีความสำคัญมากในอุตสาหกรรม โดยเฉพาะใน อุตสาหกรรมปิโตรเลียมและปิโตรเคมี ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ใช้ในกระบวนการแยก และใช้เป็นตัวดูดซับ นอกจากนั้นแล้วในอุตสาหกรรมผลิตผงซักฟอกใช้ซีโอไลต์ เป็นปริมาณมากในการแลกเปลี่ยนไอออนเพื่อลดความกระด้างของน้ำ แม้ว่าซีโอไลต์ จะสามารถประยุกต์ใช้งานได้หลากหลายแต่ก็มีข้อจำกัดเนื่องจากขนาดรูพรุนที่เล็กมาก ดังนั้นในโครงการวิจัยนี้จะศึกษาพัฒนาซีโอไลต์ให้มีรูพรุนขนาดใหญ่ขึ้น ด้วยการ สังเคราะห์เป็นผลึกขนาดนาโนเมตรและด้วยการดัดแปลงผลึกเพิ่มรูพรุนขนาดนาโนเมตร นาโนซีโอไลต์นี้จะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีกว่าซีโอไลต์ปกติมาก อัตราการเร่งปฏิกิริยา สูงขึ้นและมีความจำเพาะในการเกิดปฏิกิริยาสูงขึ้น ขนาดรูพรุนที่ใหญ่ขึ้นยังทำให้ โมเลกุลขนาดใหญ่สามารถเข้าทำปฏิกิริยาได้มากขึ้น ทำให้สามารถใช้เร่งปฏิกิริยาที่หลากหลายได้อย่างมีประสิทธิภาพดีขึ้น

                ซิลิกาเมโซพอร์ และอะลูมิโนซิลิเกตเมโซพอร์ (Mesoporous Aluminosilicate Materials) เป็นสารประกอบที่ คล้ายกับซีโอไลต์แต่ไม่มีโครงสร้างผลึก มีความเป็นรูพรุนสูงและมีพื้นที่ผิวมากและที่สำคัญมีรูพรุนขนาดใหญ่กว่าซีโอไลต์ เป็น วัสดุที่เป็นประโยชน์มากในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี โดยเฉพาะในปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับสารโมเลกุลใหญ่ งานวิจัยนี้ศึกษา การสังเคราะห์วัสดุประเภทนี้ให้มีรูพรุนอย่างน้อย 2 ขนาด โดยศึกษาการสังเคราะห์ซิลิกาเมโซพอร์ชนิด SBA-15 โดยใช้เถ้าแกลบ เป็นสารตั้งต้น และใช้ไคโตซานเป็นสารแม่แบบธรรมชาติเพื่อให้เกิดรูพรุนตามที่ต้องการ ทดแทนการใช้สารแม่แบบในกลุ่มสาร ลดแรงตึงผิวที่มีราคาแพง จึงเป็นการลดต้นทุนในการผลิตและเป็นการนำของเสียทางการเกษตรและอุตสาหกรรมอาหาร กลับมาใช้ใหม่อีกด้วย

M. Chareonpanich, et al., Mater. Lett. 2008, 62, 1476	P. Puntu, et al., Chem Eng Commun, 2008, 195, 1477.

 

คาร์บอนที่มีรูพรุนระดับนาโนเมตรและคาร์บอนนาโนทิวบ์ (Carbon Nanostructures)
ท่อนาโนคาร์บอน (Carbon  nanotubes) เป็นวัสดุที่ได้รับความสนใจอย่างมาก เนื่องจาก มีคุณสมบัติเฉพาะที่โดดเด่น ทำให้สามารถนำไปประยุกต์ในนาโนเทคโนโลยีได้หลากหลายโดยเฉพาะเป็นอุปกรณ์นาโนอิเล็กโทรนิกส์ที่มีขีดความสามารถสูง โครงการวิจัยนี้ ศึกษาพัฒนา และปรับปรุงโครงสร้างของท่อนาโนคาร์บอน และวัสดุคาร์บอนอื่นๆ ให้สามารถใช้ประโยชน์ได้อย่างหลากหลายมากขึ้น โดยทำการศึกษาทั้งทางด้านการคำนวณทางทฤษฎีควบคู่กับการทดลองในห้องปฏิบัติการ เพื่อนำไปสู่การประยุกต์เข้ากับงานทางภาคอุตสาหกรรมเป็นอุปกรณ์ตรวจจับโมเลกุลของสาร (Molecular Sensors) โครงการวิจัยนี้มีเป้าหมายที่จะศึกษาสมบัติทางเคมีและทางไฟฟ้าของท่อนาโนคาร์บอนหลังทำการดัดแปลงโครงสร้างด้วยเทคนิคต่างๆ เช่น การดัดแปลงโครงสร้างทางเคมีของท่อนาโนคาร์บอนโดยการเติมอนุภาคของโลหะหรือโมเลกุลของสารชีวภาพไปที่โครงสร้างของท่อ เป็นต้น และพัฒนาความรู้เหล่านี้ไปสู่การสร้างอุปกรณ์ตรวจจับสารที่มีประสิทธิภาพสูงต่อไปในอนาคต

ท่อนาโนคาร์บอนต่อกับอนุภาคทอง C. Warakulwit, et al., Nano Letters, 2008, 8, 500.

                การผลิตอนุภาคนาโนด้วยเทคโนโลยีการขยายตัวอย่างรวดเร็ว ของสารละลายเหนือวิกฤต (Rapid Expansion of Supercritical Solutions)
                อนุภาคนาโนของสารอินทรีย์และพอลิเมอร์ชีวภาพ สามารถผลิตได้ด้วยเทคโนโลยีการขยายตัวอย่างรวดเร็วของสารละลายเหนือวิกฤต โดยมีการขยายตัวของสารละลายเหนือวิกฤต ซึ่งประกอบด้วยตัวถูกละลายและตัวทำละลาย (ทั่วไปนิยมใช้คาร์บอนไดออกไซด์) ไปในอากาศ (RESS) หรือในสารละลายรองรับ (RESOLV) กระบวนการที่กล่าวถึงนี้สามารถผลิตได้ทั้งอนุภาคนาโนจากสารเดี่ยวและอนุภาคนาโนคอมโพสิต ตัวอย่างเช่น อนุภาคนาโนของโคเอนไซม์คิวเทนและอนุภาคนาโนพอลิ (แอล-แลคไทด์) ห่อหุ้มวิตามินเอ อนุภาคนาโนที่เตรียมได้จากกระบวนการขยายตัวอย่างรวดเร็วของสารละลายเหนือวิกฤตมีความบริสุทธิ์ซึ่งเป็นผลมาจากอนุภาคเกิดในสภาวะที่ระบบมีความอิ่มตัวสูง และถูกทำให้เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว ทั้งนี้เนื่องจากการเปลี่ยนเฟสอย่างฉับพลันจากของไหลเหนือวิกฤตเป็นแก๊สที่สภาวะปกติ กระบวนการ RESS และ RESOLV นั้น สามารถนำไปใช้ในการผลิตอนุภาคนาโนในรูปของผงแห้งและสารแขวนตะกอนที่เสถียรได้โดยตรงโดยไม่ต้องผ่านกระบวนการแยกและทำให้บริสุทธิ์ ดังนั้นทั้งสองกระบวนการนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการผลิตอนุภาคนาโนจากยาและการห่อหุ้มสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ เพื่อนำไปใช้ประโยชน์ทางด้านการนำส่งยา และยังจัดว่าเป็นกระบวนการที่สามารถขยายกำลังการผลิตไปสู่เชิงพาณิชย์ได้



A. Sane, et al., J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 19688