จากนักเรียนฟิสิกส์โอลิมปิกระดับเอเชีย สู่นักศึกษาเกียรตินิยมอันดับหนึ่ง ระดับปริญญาตรีสาขาวิชาฟิสิกส์และเศรษฐศาสตร์ จากมหาวิทยาลัยวอชิงตัน สู่นักศึกษาปริญญาโท-เอกสาขาฟิสิกส์ (นาโนเทคโนโลยี) จากสถาบันการศึกษาที่เก่าแก่และมีชื่อเสียงอันดับที่ ๙ ของโลก (The University of Chicago) ด้วยความสนใจงานวิจัยด้านวัสดุศาสตร์ สู่รางวัลสภาวิจัยแห่งชาติ : รางวัลวิทยานิพนธ์ ประจำปี ๒๕๖๐ ระดับดี จากวิทยานิพนธ์เรื่อง “การประกอบด้วยตัวเองและกลศาสตร์ระดับนาโน จากฟิล์มบางอิสระของอนุภาคนาโน” จากสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ ดร.พงศกร กาญจนบุษย์ ได้แสดงศักยภาพในการสร้างสรรค์สังเคราะห์วัสดุในระดับนาโนที่มีคุณลักษณะเด่นต่างๆ เป็นงานวิจัยพื้นฐาน (platform) ที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้ต่อได้ โดยได้ค้นพบเทคนิคใหม่ๆ จากการทำงานวิจัยดังกล่าวเป็นครั้งแรกของโลก จนได้รับการตีพิมพ์ใน Nano Letters จำนวน 2 ฉบับ วารสารที่มี impact สูง ทั่วโลกให้การยอมรับ
“การสร้างสิ่งต่างๆทำได้สองแบบ หนึ่ง คือ เริ่มจากสิ่งที่ใหญ่ขึ้นมาเป็นสิ่งที่เล็ก ซึ่งกระบวนการในทางวิทยาศาสตร์เรียกว่า Top Down เช่นเรามีไม้ ๑ แท่ง แล้วเรานำไม้ก้อนนั้นมาตัดให้เป็นแก้ว สอง คือ กระบวนการ Bottom Up โดยเริ่มจากชิ้นส่วนเล็กๆ แล้วมาประกอบกันให้ใหญ่ขึ้น ยกตัวอย่าง คือ การนำเอาเลโก้ชิ้นต่างๆ มาประกอบเป็นบ้าน เริ่มจากชิ้นเล็กก่อน อย่างไรก็ตามการเริ่มจากของใหญ่เป็นของเล็ก กระบวนการเริ่มยากขึ้นเรื่อยๆ และราคาแพงขึ้นเรื่อยๆ เพราะว่าการที่เราจะตัดของเล็กๆ เราไม่สามารถใช้มีดคัทเตอร์มาตัดได้ ต้องใช้เลเซอร์ ใช้กระบวนการ nanolithography หรือใช้กระบวนการต่างๆ ที่มีราคาสูงมาเพื่อในการขึ้นรูป งานวิจัยชิ้นนี้เป็นการขึ้นรูปแบบใหม่โดยขึ้นรูปด้วยกระบวนการ Bottom Up จากเล็กไปใหญ่ เหมือนเราต่อเลโก้ขนาดเล็ก แต่ว่าตัวเลโก้ของเราย่อส่วนลง จากขนาด ๑ ซ.ม.กลายเป็นขนาดนาโน หรือมีขนาดเล็กลงสิบล้านเท่า เราเรียกชิ้นส่วนเลโก้เหล่านี้ว่า nanoparticles หรือ nanocrystals”
“ในงานวิจัยนี้เราเอาชิ้นส่วนเลโก้เหล่านี้มาประกอบเป็นฟิล์มบาง โดยตัวเลโก้นี้เหมือนว่าจะมีขนอยู่รอบๆ เหมือนลูกเงาะซึ่งเมื่อนำมาชนกัน จะสามารถเกาะกันเป็นโครงสร้างต่างๆได้ โดยเป็นฟิล์มที่บางมาก มีความหนาเพียงแค่ความหนาของ ๑ ตัวเลโก้ (5-10 nm) ซึ่งฟิล์มบางที่ได้จะมีความเสถียรภาพและความ sensitive สูงมาก สามารถนำมาใช้เป็นตัวเซ็นเซอร์ต่างๆ ได้ ข้อดีของการใช้ตัวเลโก้ขนาดเล็กนี้ คือเลโก้มีให้เลือกหลายแบบหลายทรง เราสามารถเปลี่ยนวัสดุที่ทำเป็นเลโก้ได้ เช่น ทอง เงิน เหล็ก ซิลิกอน หรือสารกึ่งตัวนำอื่นๆ ได้ และเราสามารถเลือกชนิดของขนบนเลโก้ได้ ซึ่งการเลือกใช้เลโก้ขนาดจิ๋วที่ต่างกันในการสร้างฟิล์มบางนี้ ฟิล์มบางที่ได้ย่อมมีคุณสมบัติที่เปลี่ยนแปลงไปด้วย จึงทำให้เราสามารถสร้างเซ็นเซอร์ที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันได้ ขึ้นอยู่กับตัวเลโก้ที่เราจะใช้ เราสามารถเลือกเลโก้ที่เหมาะสมไปใช้กับงานต่างๆได้ ทั้งในงานอุตสาหกรรม และทางการแพทย์ เช่น เราอาจใช้เลโก้ที่มีคุณสมบัติในการจับตัวกับเซลล์มะเร็ง งานวิจัยนี้เป็น platform ที่เราสามารถเปลี่ยนสารได้ ทำให้มี application ที่หลากหลาย ขึ้นอยู่กับว่าเราจะประยุกต์อย่างไร กับ application ไหน” ดร.พงศกร กาญจนบุษย์ กล่าว
จากการทำงานวิจัยดังกล่าว ดร.พงศกร กาญจนบุษย์ ได้ค้นพบเทคนิคใหม่ๆ เป็นครั้งแรกของโลก อาทิ เทคนิคใหม่ในการวัดอัตราส่วนปัวซอง (Poisson’s ratio) ของฟิล์มบางอิสระจากอนุภาคนาโนและใช้ฟิล์มบางอิสระจากอนุภาคนาโนเป็นอุปกรณ์สั่นระดับนาโน เกี่ยวกับเรื่องนี้ ดร.พงศกร กาญจนบุษย์ อธิบายว่า เมื่อเราดึงวัสดุ เช่น แผ่นยาง ด้านที่โดนดึงหนึ่งจะขยาย อีกด้านจะหดตัว อัตราส่วนปัวซองจะบอกถึงอัตราส่วนของการหดตัวของด้านที่ไม่ถูกดึงต่อการขยายตัวของอีกด้าน วัสดุต่างๆ จะมีอัตราส่วนปัวซองเป็นหนึ่งในคุณสมบัติพื้นฐานที่มีความสำคัญ เราจำเป็นต้องรู้ว่าวัสดุที่ใช้มีการหดตัว หรือขยายตัวอย่างไรเมื่อมีแรงมากระทำ เพื่อนำวัสดุมาใช้ได้อย่างเหมาะสม ฟิล์มบางอิสระจากอนุภาคนาโนมีขนาดเล็กมาก ซึ่งไม่สามารถนำมาดึงและดูการยืดและหดด้วยวิธีปกติอย่างวัสดุทั่วไป เราต้องทำการคิดค้นการวัดแบบใหม่โดยใช้ผ่านเครื่องมือที่เรียกว่า Focused Ion Beam (FIB) โดยใช้ลำแสงไอออนในการตัดฟิล์มบางให้มีลักษณะที่เจาะจง แล้วใช้ลำแสงอิเล็กตรอนมากระตุ้นให้หดและขยายแทนการดึงแบบปรกติ และวิเคราะห์ต่อเพื่อคำนวณค่าอัตราส่วนปัวซอง ถือเป็นครั้งแรกของโลกที่สามารถวัดค่าปัวซองของวัสดุขนาดจิ๋วนี้ได้ เนื่องจากเป็นสิ่งที่วัดยาก ยังไม่มีใครสามารถทำได้มาก่อน
นอกจากนี้ ยังมีการใช้ฟิล์มบางอิสระจากอนุภาคนาโนเป็นอุปกรณ์สั่นระดับนาโน (nano drum) โดยเราสามารถดูโหมดการสั่นว่าเป็นอย่างไรเป็นครั้งแรกของโลก ซึ่งการสั่น เป็นสิ่งที่ sensitive เช่นถ้าเกิดเรามีตัวกลองที่เราวัดความสั่นอยู่ แล้วมีสารอะไรมาเกาะ ความสั่นก็เปลี่ยนไปด้วย เหมือนเราเอาของมาตั้งบนกลอง ความสั่นก็จะเปลี่ยนไปด้วย ซึ่งหลักการนี้สามารถนำมาประยุกต์ใช้เป็นตัวเซ็นเซอร์ได้ เช่น เซ็นเซอร์ที่ใช้ตรวจจับความดัน เซ็นเซอร์ตรวจจับสารต่างๆ เช่น แอมโมเนีย หรือเซ็นเซอร์ตรวจจับความเป็นแม่เหล็กได้ ขึ้นอยู่กับว่าเราจะเลือกชิ้นส่วนเลโก้ตัวไหนในการสร้างกลองขนาดจิ๋ว เพื่อให้มีคุณสมบัติเจาะจงในการตอบสนองกับสิ่งที่เราต้องการตรวจจับ นอกจากงานวิจัยที่กล่าวมานี้ ดร.พงศกร กาญจนบุษย์ ยังรักที่จะเรียนรู้สิ่งใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง เมื่อใดที่เราหยุดเรียนรู้ ก็เหมือนเราเดินถอยหลัง โดยปัจจุบันได้ทำงานวิจัย ๓ ด้านหลัก ด้านแรก คือ ทำเซลล์แสงอาทิตย์แบบใหม่ชนิดเพอรอฟสไกท์ (perovskite solar cells) ด้านสอง คือ ทำ LEDs แบบใหม่ ที่เรียกว่า perovskite LEDs ซึ่งข้อเด่นของสองงานนี้คือ ความสามารถสร้างทั้งโซลาร์เซลล์ และ LEDs ได้จากสารละลาย ทำให้มีราคาถูกและสามารถขึ้นรูปได้ด้วยกระบวนการที่ง่าย เช่น ฉีดสเปรย์ นอกจากราคาที่ถูกลงแล้วยังสามารถพัฒนาต่อให้เป็นโซลาร์เซลล์ที่มีสีต่างๆ หรือยืดหยุ่นได้อีกด้วย ด้านสาม คือ ทำฟิล์มระบายความร้อน เป็นฟิล์มบางเจเนอเรชั่นใหม่ ฟิล์มบางในแบบเดิมเป็นการลดความร้อนที่จะเข้ามาในบ้าน แต่ฟิล์มบางใหม่ที่เราทำจะไม่แค่ลดความร้อนเข้าบ้าน เราสามารถดึงความร้อนจากในบ้านออกมาได้ด้วย โดยใช้ปรากฎการณ์ที่เรียกว่า radiative cooling effect
ปัจจุบัน ดร.พงศกร กาญจนบุษย์ เป็นอาจารย์ประจำหลักสูตรวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมวัสดุ (Materials Science and Engineering) คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล “งานวิจัยในเชิงวัสดุศาสตร์ เป็นการรวมความรู้จากหลายๆ ด้านเพื่อมาศึกษาทางวัสดุ ทั้งฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา และวิศวฯ วัสดุเป็นสิ่งที่อยู่รอบตัวเรา ทุกอย่างเป็นวัสดุหมด ไม่ว่าจะเป็นไม้ เหล็ก สารตัวนำ โซลาร์เซลล์ ต้นไม้ แม้กระทั่งเนื้อมนุษย์ซึ่งเป็นวัสดุทางชีววิทยา ผมชอบทำงานทางด้านวัสดุ เพราะผมต้องการงานที่มี innovation ที่นำไปใช้ได้ เมื่อมีวัสดุดี จะสามารถนำไปประยุกต์ใช้หลากหลายมาก”
ดร.พงศกร กาญจนบุษย์ กล่าว ดร.พงศกร กาญจนบุษย์ ได้กล่าวฝากทิ้งท้ายว่า คนที่จบปริญญาเอกทุกคนต้องสร้างองค์ความรู้ใหม่ให้กับทุกคนบนโลกนี้ ทำให้โลกเรามีองค์ความรู้เพิ่มขึ้น มีขีดความสามารถเพิ่มขึ้น อยากให้ทุกคนตั้งใจทำให้ดีที่สุด เวลาทำงานอย่ามองแค่ตัวงาน เพราะเวลาที่จบไปแล้ว สิ่งที่ได้จากการเรียนปริญญาเอก คือ การฝึกคิดเชิงวิพากษ์ (critical thinking) ซึ่งเป็นสิ่งที่สำคัญมาก และสุดท้ายหากเราทำดี ก็จะส่งผลดีกับตัวเอง ประเทศชาติ และกับโลกด้วย
