National Science and Technology Development Agency | National Nanotechology Center
การคำนวณเคมีเชิงคอมพิวเตอร์ภายใต้กลุ่มวิจัย NCAS (ตอนที่ 1)
การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีใหม่ๆ เพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการเคมี โดยหลักการนั้นไม่ต่างจากการออกแบบรถยนต์ ที่ต้องอาศัยความรู้ความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับการทำงานของเครื่องยนต์ แต่ในกรณีของตัวเร่งปฏิกิริยาเคมี เครื่องยนต์กลไกที่เป็นหัวใจของการเกิดปฏิกิริยานั้น เป็นผลมาจากแรงอันตรกิริยาที่เป็นแรงดูดหรือแรงผลักระหว่างพื้นผิวของตัวเร่งและโมเลกุลของสาร ซึ่งปรากฎการณ์ดังกล่าวนั้นเกิดขึ้นในระดับนาโนเมตรหรือเล็กกว่า การวิเคราะห์วัสดุที่มาตราส่วนดังกล่าวนั้นมีความซับซ้อนและมักมีข้อกำจัดด้านเครื่องมือ หรือในบางกรณีสมบัติที่สำคัญนั้นยังไม่สามารถวัดได้โดยเครื่องมือที่มีอยู่ในปัจจุบัน ทางเดียวที่นักวิจัยจะทำความเข้าใจคุณสมบัติของวัสดุเชิงลึกได้ คือผ่านการคำนวณเคมีเชิงคอมพิวเตอร์ ในบทความนี้ เราจะมาเล่าถึงงานวิจัยใน NCAS ที่นำการคำนวณเคมีเชิงคอมพิวเตอร์มาใช้แก้โจทย์ที่สำคัญเชิงเคมีและวัสดุ เพื่อนำไปสู่องค์ความรู้เชิงลึกที่ประยุกต์ใช้จริงได้ในอุตสาหกรรม การคำนวณเคมีเชิงคอมพิวเตอร์ เป็นศาสตร์ซึ่งเกิดจากวิชาพื้นฐานของทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม (Quantum Mechanics) และทฤษฎีกลศาสตร์สถิติ (Statistical Mechanics) โดยการคำนวณเชิงคอมพิวเตอร์จะเป็นการจำลองโครงสร้างวัสดุในสามมิติและการคำนวณเคมีควอนตัมผ่านซอฟต์แวร์การคำนวณ ซึ่งสามารถใช้อธิบาย และทำนายคุณสมบัติทางโครงสร้าง คุณสมบัติเชิงแสง สมบัติทางอุณหพลศาสตร์ (thermodynamics) พลังงานจลน์ พลังงานความร้อน ความว่องไวในการเกิดปฏิกริยาเคมี ของวัสดุที่สนใจ ซึ่งจะทำให้นักวิจัยเข้าใจจากรากฐานถึงแรงอันตรกิริยาระหว่างอะตอม โมเลกุล องค์ประกอบของวัสดุ ตลอดจนโครงสร้างและปัจจัยที่มีผลต่อสมบัติในด้านต่างๆ เช่น…