รายงานงานวิจัยโลก สาขาวัสดุศาสตร์และเทคโนโลยี เป็นรายงานของ Thomson Reuters Global Research Report ที่ให้ความสำคัญในหัวเรื่องมากขึ้นกว่ารายงานฉบับก่อนๆ ที่เคยจัดทำที่เน้นรายงานเฉพาะรายชื่อผู้นำประเทศต่างๆ เท่านั้น บทความนี้เป็นการวิเคราะห์บทความวิจัยในสาขาวัสดุศาสตร์เป็นหลัก ด้วยงานวิจัยสาขาวัสดุศาสตร์มีความสนิทแน่นแฟ้นกับระบบเศรษฐกิจอย่างยิ่ง เหตุผลเพราะว่ามีศัยกภาพที่สามารถส่งต่อให้แก่กระบวนการทำงานของอุตสาหกรรมการผลิตและผลิตภัณฑ์นวัตกรรมต่างๆ
ปี 2011 เป็นปีสากลแห่งเคมีขององค์การยูเนสโก (UNESCO International Year of Chemistry) ซึ่งวัสดุศาสตร์มีความเชื่อมต่อประสานอย่างใกล้ชิดและเมื่อกลางปี 2011 นี้มีการจัดประชุมนานาชาติในเรื่องวัสดุศาสตร์ครั้งที่ 6 ที่ประเทศสิงคโปร์ มีนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงระดับโลก เช่น ผู้ได้รับรางวัลโนเบลเป็นผู้บรรยาย ยิ่งยืนยันถึงอิทธิพลในความสำคัญและการเติบโตของสาขานี้มากยิ่งขึ้น สถานที่จัดงานประชุมก็มีความสำคัญด้วย โดยในรายงานนี้ได้สรุปว่าผลงานวิจัยในสาขาวัสดุศาสตร์ในขณะนี้มีกำเนิดมาจากทวีปเอเชียมากที่สุดของโลก โดยมีหลักฐานที่สนับสนุนเรื่องนี้มาจาก World Science Map
การค้นพบในเรื่องรากฐานของฟิสิกส์ โดดเด่นในช่วงปีแรกๆ ของศตวรรษที่ 20 ในขณะที่ต่อมามีการค้นพบในสาขาชีววิทยาโมเลกุลเช่นโครงสร้างดีเอ็นเอในช่วงศตวรรษที่ 21 ส่วนยุคใหม่ที่ 4 นี้อาจเป็นการปฏิวัติในการค้นพบงานวิจัยด้านวัสดุ สิ่งของ สสารต่างๆ ก็เป็นได้
รายงานชุด Global Research Report ในฉบับนี้ต้องการรายงานแจ้งให้ผู้จัดทำนโยบายทราบถึงการเปลี่ยนแปลงภูมิทัศน์ของงานวิจัยโลก โดยทำการตรวจสอบถึงการเติบโตในระดับโลกและระบุถึงผู้ที่มีบทบาทสำคัญเป็นผู้นำและนำเสนอหัวข้อที่ร้อนแรง 3 เรื่องคือ กราฟีน (Graphene) / Metal-Organic Frameworks, MOFs / Electrospun Nanofibrous Scaffolds used for Tissue Engineering, ENS
งานวิจัยวัสดุศาสตร์ คืออะไร
สาขาเดิมของวัสดุศาสตร์ คือ โลหะ เซรามิก วิศวกรรม ซึ่งอยู่ในภาควิชาต่างๆ ของ มหาวิทยาลัย เช่น สาขาฟิสิกส์ เคมี ชีวเคมี เป็นต้น ฐานข้อมูล Web of Science, WOS ของบริษัท Thomson Reuters รวบรวมวารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 11,500 ชื่อ แบ่งสาขาวิชาออกเป็น 250 หมวดหมู่และแสดงข้อมูลการอ้างอิงที่สัมพันธ์กันไปมา เนื้อหางานวิจัยสาขาวัสดุศาสตร์จัดอยู่ใน 8-12 หมวดหมู่ที่เกี่ยวข้องโดยตรงและเชื่อมโยงกัน
ภูมิภาคประเทศที่มีการผลิตงานวิจัยสาขาวัสดุศาสตร์
พบว่าผลงานวิจัยมีการเติบโตเป็นที่น่าตื่นเต้นในทวีปเอเชียมากที่สุด จีนเป็นผู้นำจากที่ในปี 1981 มีบทความวิจัยสาขานี้น้อยกว่า 50 บทความ กลายมาเป็นประเทศที่มีผลงานบทความตีพิมพ์สาขานี้จำนวนมากที่สุด ไล่แซงไม่เพียงญี่ปุ่น ยังรวมถึงสหรัฐอเมริกา ด้วย สหรัฐอเมริกาเคยเป็นผู้นำในสาขานี้เมื่อปี 1980 จนถึงกลางปี 1990 จากนั้นลดจำนวนลง ส่วนกลุ่มประเทศสหภาพยุโรปเคยมีส่วนแบ่งในสัดส่วนของโลกสูง ในช่วงปี 1990 แต่จากนั้นก็ลดจำนวนลง ปัจจุบันกลุ่มประเทศเอเชียแปซิฟิก มีการผลิตจำนวนบทความวิจัยในสาขาวัสดุศาสตร์นี้ เกือบครึ่งหนึ่งของทั้งโลก โดยจีนเป็นประเทศเดียวที่มีถึงครึ่งหนึ่งในกลุ่มเอเชีย
ตารางที่ 1 แสดงรายชื่อประเทศผู้นำที่มีผลผลิตบทความวิจัยสาขาวัสดุศาสตร์ (นับจากประเทศที่มีจำนวนบทความวิจัยมากกว่า 1, 000 เรื่อง ในช่วง 5 ปีล่าสุด)
| Country | Papers | Country | Papers | Country | Papers |
| China | 55,003 | Italy | 5,990 | Portugal | 2,503 |
| USA | 38,189 | Poland | 5,168 | Belgium | 2,299 |
| Japan | 25,473 | Australia | 4,642 | Czech Republic | 2,217 |
| Germany | 16,832 | Turkey | 4,142 | Austria | 2,044 |
| South Korea | 15,261 | Romania | 3,958 | Mexico | 1,961 |
| India | 12,693 | Brazil | 3,891 | Greece | 1,663 |
| France | 12,344 | Ukraine | 3,714 | Egypt | 1,628 |
| UK. | 11,611 | Sweden | 3,176 | Finland | 1,408 |
| Russia | 7,927 | Singapore | 2,958 | Israel | 1,323 |
| Taiwan | 7,410 | Iran | 2,942 | Slovenia | 1,099 |
| Canada | 6,593 | Switzerland | 2,807 | Malaysia | 1,006 |
| Spain | 6,429 | The Netherlands | 2,785 |
ตารางที่ 2 แสดงการจัดอันดับประเทศผู้ผลิตงานวิจัยสาขาวัสดุศาสตร์ตามค่าผลกระทบ ( Impact ) ของการได้รับการอ้างอิง ในช่วงปี 2005-2009
| Country | Papers | Citations | Impact |
| USA. | 38,189 | 222,552 | 5.83 |
| EU-15 | 53,283 | 216,712 | 4.07 |
| Japan | 25,473 | 85,866 | 3.37 |
| Taiwan | 7,410 | 23,303 | 3.14 |
| South Korea | 15,261 | 47,334 | 3.10 |
| China | 55,003 | 143,665 | 2.61 |
| India | 12,693 | 32,411 | 2.55 |
เมื่อวิเคราะห์ลงถึงรายชื่อสถาบัน มหาวิทยาลัย ที่เป็นผู้นำการวิจัยในสาขาวัสดุศาสตร์ โดยวิเคราะห์ในช่วง 10 ปี (2001-2010) แสดงรายชื่อสถาบัน 10 อันดับ ที่มีผลผลิตจำนวนบทความแสดงการได้รับการอ้างอิงดังแสดงในตารางที่ 3
ตารางที่ 3 จัดลำดับชื่อสถาบัน มหาวิทยาลัย 10 อันดับ ตามจำนวนบทความวิจัย การได้รับการอ้างอิง ผลกระทบจากการอ้างอิง จากฐานข้อมูล Web of Science, WOS ในช่วงปี 2001-2011
| Institution | Papers | Rank | Institution | Citations | Rank | Institution | Impact |
| Chinese Academy of Sciences | 14,019 | 1 | Chinese Academy of Sciences | 104,104 | 1 | University of Washington | 30.41 |
| Russian Academy of Science | 6,769 | 2 | Max Planck Society, Germany | 56,720 | 2 | University of California Santa Barbara | 27.41 |
| Tohoku University | 5,511 | 3 | Tohoku University | 40,135 | 3 | University of California Berkeley | 26.58 |
| Tsinghua University | 5,129 | 4 | NIMS, Japan | 36,578 | 4 | University of Groningen | 25.07 |
| Indian Institute of Technology | 4,522 | 5 | MIT, USA | 35,329 | 5 | Harvard University | 24.46 |
| Harbin Institute of Technology | 4,059 | 6 | AIST, Japan | 33,868 | 6 | MIT | 21.61 |
| AIST, Japan | 4,052 | 7 | University of California Berkeley | 33,460 | 7 | University of Southern California | 21.11 |
| NIMS, Japan | 3,952 | 8 | National University of Singapore | 31,740 | 8 | University of California Los Angeles | 19.23 |
| Osaka University | 3,618 | 9 | Tsinghua University | 31,698 | 9 | Stanford University | 18.34 |
| Central South University | 3,464 | 10 | University of Cambridge | 27,909 | 10 | University of Minnesota | 17.35 |
งานวิจัยแนวหน้าในสาขาวัสดุศาสตร์
การวิเคราะห์บรรณานุกรม (Bibliometric analysis) สามารถอธิบายได้มากกว่าการแสดงเพียงศักยภาพด้านการวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ องค์กร ประเทศ ยังสามารถเปิดเผยแสดงถึงโครงสร้างและความสัมพันธ์ของสาขาวิจัยด้วย ดังในรูปภาพ 1
ตารางที่ 4 แสดงงานวิจัยแนวหน้า 20 อันดับแรกในสาขาวัสดุศาสตร์ ในช่วงปี 2006 – 2010 เรียงลำดับตามจำนวนรวมการได้รับการอ้างอิงคัดเลือกมาจากงานวิจัยใน 438 หัวข้อ คิดเป็นร้อยละ 6.6 ของงานวิจัยแนวหน้าทั้งหมด 6,641 หัวเรื่อง
| Rank | Field description within materials science | Core papers | Citations | Citation impact | Average year of core |
| 1 | Electronic properties of graphene | 6 | 9,524 | 1587.3 | 2005 |
| 2 | Polymer solar cells | 15 | 6,656 | 443.7 | 2007 |
| 3 | Multiferroic and magnetoelectric materials | 31 | 6,509 | 210.0 | 2006 |
| 4 | Titanium dioxide nanotube arrays in dye-sensitized solar cells | 47 | 5,645 | 120.1 | 2007 |
| 5 | ATRP and click chemistry in polymer synthesis | 34 | 5,129 | 150.85 | 2006 |
| 6 | Graphene oxide sheets | 16 | 4,815 | 300.9 | 2007 |
| 7 | Superhydrophobic surfaces | 47 | 4,732 | 100.7 | 2007 |
| 8 | High-Tc ferromagnetism in zinc oxide diluted magnetic semiconductors | 48 | 4,667 | 97.2 | 2006 |
| 9 | Highly selective fluorescent chemosensor | 46 | 4,581 | 99.6 | 2007 |
| 10 | Electrospun nanofibrous scaffolds for tissue engineering | 45 | 4,577 | 101.7 | 2006 |
| 11 | Ductile bulk metallic glasses | 41 | 4,267 | 104.1 | 2006 |
| 12 | Single-molecule magnet | 47 | 4,013 | 85.4 | 2007 |
| 13 | Self-assembling supramolecular nanostructured gel-phase materials | 33 | 3,810 | 115.4 | 2007 |
| 14 | Mesoporous silica nanoparticles for drug delivery and biosensing applications | 34 | 3,693 | 108.6 | 2007 |
| 15 | Mechanical properties of nanocrystalline metals | 45 | 3,682 | 81.8 | 2007 |
| 16 | Discotic liquid crystals for organic semiconductors | 30 | 3,637 | 121.2 | 2006 |
| 17 | Gold nanorods for imaging and plasmonic photothermal therapy of tumor cells | 21 | 3,506 | 166.9 | 2006 |
| 18 | Highly ordered mesoporous polymer and carbon frameworks | 25 | 3,362 | 134.5 | 2006 |
| 19 | Upconversion fluorescent rare-earth nanocrystals | 49 | 3,351 | 68.4 | 2007 |
| 20 | Molecular logic circuits | 47 | 3,315 | 70.5 | 2008 |
หัวข้องานวิจัยที่พิเศษ (Special topics)
Thomson Reuters ได้วิเคราะห์มุ่งเน้นหา 3 สาขาย่อยภายใต้สาขาหลัก วัสดุศาสตร์ ที่มีพลังและสำคัญ พบว่าคือ Graphene, Metal Organic Frameworks, MOFs และ Electrospun Nonfibrous Scaffolds for Tissue Engineering, ENS เป็น 3 สาขานี้มีศักยภาพที่ก่อให้เกิดการปฏิวัติในเรื่องอิเล็กทรอนิกส์ (Electronics) การจัดเก็บพลังงาน (Energy Storage) และวิศวกรรมที่เกี่ยวกับชีวการแพทย์ (Biomedical engineering) โดยมีการเติบโตอย่างรวดเร็ว
หัวข้อที่ 1 วัสดุกราฟีน (Grapheme)
คือ วัสดุที่มีโครงสร้างจากการเรียงตัวของคาร์บอนอะตอมแบบหกเหลี่ยมในแนวระนาบ 2 มิติ เรียงหลายๆ วงต่อกัน คล้ายตาข่ายกรงไก่ มีคุณสมบัตินำไฟฟ้า ใช้ได้ดีกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แผ่นเก็บข้อมูล มีการค้นพบเมื่อปี 2004 โดยนักวิทยาศาสตร์ Andre K. Geim กับ Koustantin S. Novosalor แห่ง มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ สหราชอาณาจักร ได้รับรางวัลโนเบลในสาขาฟิสิกส์ ปี 2010
ตารางที่ 5 แสดงลำดับของจำนวนบทความวิจัยตามหมวดหมู่วิชาย่อยในสาขาวัสดุศาสตร์ที่มีความเกี่ยวข้องกับวัสดุกราฟีน ตีพิมพ์ในช่วงปี 2004 – May 2011 (แบ่งหมวดหมู่บนพื้นฐานตามชื่อวารสาร)
| Rank | Fields | Papers |
| 1 | Physics, Condensed Matter | 3,405 |
| 2 | Materials Science, Multidisciplinary | 3,144 |
| 3 | Physics, Applied | 2,577 |
| 4 | Chemistry, Physical | 2,528 |
| 5 | Nanoscience & Nanotechnology | 2,134 |
| 6 | Chemistry, Multidisciplinary | 1,644 |
| 7 | Physics, Multidisciplinary | 1,294 |
| 8 | Physics, Atomic, Molecular & Chemical | 464 |
| 9 | Engineering, Electrical and Electronic | 357 |
| 10 | Electrochemistry | 268 |
จากฐานข้อมูล WOS พบคำว่า grapheme ครั้งแรกในปี 2004 ในจำนวน 164 บทความ ต่อมาในปี 2010 พบมีบทความ 3,671 เรื่อง และยอดรวมสะสมตั้งแต่ปี 2004-ปัจจุบัน มีบทความรวม 10,527 เรื่อง (โดยคาดว่าในปี 2011 มีจำนวน 4,800 เรื่อง โดยที่ 2 บทความของนักวิทยาศาสตร์ 2 ท่านที่ได้รับรางวัลโนเบลในเรื่องกราฟีนนี้และได้รับการอ้างอิงเป็นจำนวนมากกว่า 4,300 และ 3,000 ครั้งตามลำดับ
เนื่องจากวัสดุกราฟีนมีคุณสมบัติพิเศษใช้ประโยชน์ได้มาก จึงมีนักวิทยาศาสตร์ในหลากหลายสาขาคิดค้น มุ่งเน้นในวัสดุใหม่นี้ คือทั้งในสาขาฟิสิกส์ เคมี วัสดุศาสตร์และวิทยาศาสตร์นาโน และอาจรวมถึงวิศวกรรมศาสตร์ด้วย
ในตารางที่ 5 แสดงผลผลิตบทความวิจัยที่เกี่ยวข้องกับกราฟีนหากวิเคราะห์ตามประเทศและสถาบันวิจัยพบว่า สหรัฐอเมริกาเป็นประเทศผู้นำ แต่ว่าผลผลิตบทความวิจัยกราฟีนจากประเทศแถบเอเชียเป็นเรื่องสำคัญมีความหมายนำโดยประเทศจีน (ลำดับที่ 2) ญี่ปุ่น (ลำดับที่ 3) เกาหลีใต้ (ลำดับที่ 6) และสิงคโปร์ (เป็นลำดับที่ 9) สถาบันวิจัยผู้นำได้แก่ CAS จีน, CSIC สเปน, Russian Academy of Science และ CNRS ฝรั่งเศส ส่วนมหาวิทยาลัยพบว่าผู้นำได้แก่ Univ. California Berkeley, MIT, Univ. Texas Austin ของอเมริกา ส่วนมหาวิทยาลัยในจีน ได้แก่ Tsiughua Univ. และ สิงคโปร์ คือ NUS และ NTU ยังไม่มีสัญญาณใดๆ บอกว่างานวิจัยเรื่องกราฟีนจะมีจำนวนลดลง จำนวนรวมการอ้างอิงตั้งแต่ปี 2004 มาถึงขณะนี้มากกว่า 163,000 ครั้ง และ ยังมีการอ้างอิงต่อเนื่องอีกด้วย
หัวข้อที่ 2 สาร Metal – Organic Frameworks (MOFs)
งานวิจัยในเรื่อง MOFs นี้ แสดงถึงความเชื่อมโยงที่เข้มแข็งกับสาขาเคมีโดยเฉพาะเคมีระดับโมเลกุล นักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบล Sir Harry Kroto ได้อธิบายถึงสาร MOFs ว่าเป็นโมเลกุลที่มีความซับซ้อนที่มีการทำงานในระดับนาโนและเป็นความก้าวหน้าของเคมีในยุคศตวรรษที่ 21 ที่เรียบง่าย MOFs เป็นสารประกอบที่มีโครงสร้างเป็นรูพรุน ประกอบด้วยโลหะและสารประกอบอินทรีย์ มีการคิดค้นสังเคราะห์มาตั้งแต่กลางทศวรรษ 1990 โดย Omar Yaghi นำไปใช้ประโยชน์สำหรับการดูดซับก๊าซต่างๆ เช่น ไฮโดรเจน มีเทนและอื่นๆ
บทความวิจัยในเรื่อง MOFs เริ่มปรากฏในปี 2000 ในจำนวนเพียง 12 บทความ ต่อมาในปี 2011 มีจำนวนบทความ 1,900 บทความ คิดจำนวนการได้รับการอ้างอิงรวมมากกว่า 147,000 ครั้งเมื่อดูในสาขาย่อยของการวิจัย MOFs พบว่าเป็นเคมีทั่วไปเป็นสาขา หลักตามด้วย Inorganic & Nuclear chemistry, Crystallography และ Physical chemistry ประเทศผู้นำการวิจัยเรื่อง MOFs ได้แก่ จีน ดังในตารางที่ 6 ที่มีจำนวนบทความเป็น 2 เท่าของประเทศผู้นำที่ 2 คือสหรัฐอเมริกา ส่วนสถาบันวิจัยไม่เป็นที่น่าประหลาดใจ สถาบันที่โดดเด่นในเรื่อง MOFs ได้แก่สถาบันวิจัย มหาวิทยาลัยของจีน ที่มีจำนวนมาก ถึง 5 แห่ง ถือว่ารัฐบาลจีนให้ความสำคัญเป็นหัวข้องานวิจัยนี้เป็นลำดับต้นๆ
ตารางที่ 6 จัดอันดับบทความวิจัยเรื่อง MOFs ตามรายชื่อประเทศและสถาบันวิจัย 10 อันดับแรกของโลก ที่ตีพิมพ์ในช่วงปี 1995 – May 2011
| Papers | Country | Rank | Institution | Papers |
| 2,584 | China | 1 | Chinese Academy of Sciences | 450 |
| 1,398 | USA | 2 | Nanjing University | 314 |
| 477 | Germany | 3 | Nankai University | 189 |
| 393 | Japan | 4 | Northeast Normal University | 156 |
| 388 | UK | 5 | Jilin University | 130 |
| 355 | France | 6 | Sun Yat-sen University | 120 |
| 292 | India | 7 | Kyoto University | 118 |
| 250 | South Korea | 8 | University of Michigan | 101 |
| 240 | Spain | 9 | Northwestern University | 96 |
| 160 | Australia | 10 | Northwest University, Xian | 86 |
หัวข้อที่ 3 Electrospun Nanofibrous Scaffolds, ENS (โครงแกนแผ่นเส้นใบนาโน อิเล็กโตรสปัน)
หัวข้อวิจัยชั้นนำเรื่อง ENs สำหรับงานวิศวกรรมเนื้อเยื่อ (tissue enginering) ถูกจัดอันดับเป็นลำดับที่ 10 ในการได้รับการอ้างอิงในหมวดสาขาวัสดุศาสตร์ทุกสาขาย่อย ดังในตารางที่ 7 เทคนิคในการทำ electrospinning ไม่ใช่เทคนิคใหม่เมื่อถูกนำไปสร้าง เส้นใยนาโนเพื่อให้เกิด scaffolds ประโยชน์ในทางการแพทย์คือ release drugs ยาประเภท antibiotics หรือ anticancer และยังมีศักยภาพในการช่วยฟื้นฟูซ่อมแซมเนื้อเยื่ออวัยวะอีกด้วย
จากฐานข้อมูล WOS สืบค้นด้วยคำว่า (electrospum or electrospin) and (scaffold or tissue) จำกัดให้ปรากฏเฉพาะ tittle, abstracts หรือ keyword พบ 1,899 เรื่องเป็นบทความที่ตีพิมพ์ตั้งแต่ปี 2000 ถึง May 2011 โดยมีจำนวนการอ้างอิงมากกว่า 31,000 ครั้ง การเติบโตของบทความวิจัยในหัวเรื่องนี้ เริ่มมีบทบาทเกิดขึ้นในปี 2000-2002 และในปี 2011 คาดว่าจะมีบทความเรื่องนี้ในปี 2011 นี้จำนวน 550 เรื่อง
กลุ่มประเทศผู้นำ ได้แก่ สหรัฐอเมริกา แต่ 3 อันดับตามมาเป็น 3 ประเทศในเอเชีย ได้แก่ จีน เกาหลีใต้ สิงคโปร์ ซึ่งทั้ง 3 ประเทศมีจำนวนรวมของบทความเรื่องนี้มีมากกว่าของสหรัฐอเมริกา โดยประเทศสิงคโปร์เป็นที่น่าจับตามอง ประเทศไทยอยู่ในอันดับที่ 10 ดังรายละเอียดในตารางที่ 7
ตารางที่ 7 จัดลำดับบทความวิจัยเรื่อง ENs ตามรายชื่อประเทศและสถาบันวิจัย 10 อันดับแรกของโลก ที่ตีพิมพ์ในช่วงปี 1995 – May 2011
| Papers | Country | Rank | Institution | Papers |
| 657 | USA | 1 | National University of Singapore | 144 |
| 448 | China | 2 | Songhua University | 120 |
| 438 | South Korea | 3 | SUNY Stony Brook | 58 |
| 161 | Singapore | 4 | Virginia Commonwealth University | 56 |
| 92 | UK | 5 | Seoul National University | 53 |
| 80 | Italy | 6 | Chinese Academy of Sciences | 42 |
| 70 | Germany | 7 | Hungnam National University | 35 |
| 66 | Japan | 8 | Chulalongkorn University | 34 |
| 49 | Australia | 9 | Ohio State University | 28 |
| 39 | Thailand | 10 | University of Pennsylvania | 27 |
เอกสารอ้างอิง
Jonathan Adams ; David Pendlebury. (June 2011). Global Research Report Materials Science and Technology. Leeds : Thomson Reuters. Available at : http://researchanalytics.thomsonreuters.com/grr/grr-matscience/
0-2564-8000
