Öøóçîüÿé ß ÜðøÖï×Ü ïÙì ø÷ àúú úÿ ó Öøðø÷ Öêd...

Ref. code: 25595809035552PYURef. code: 25595809035552PYURef. code: 25595809035552PYU

การพฒนาวสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลสเพอการประยกตใชงานเปนแผนซบสเตรทส าหรบเซลลแสงอาทตย

โดย

นางสาวจนทปปภา ปลมผล

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตร วทยาศาสตรมหาบณฑต (นวตกรรมและเทคโนโลยวสด)

สาขาวชาเทคโนโลยวสดและสงทอ คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยธรรมศาสตร

ปการศกษา 2559 ลขสทธของมหาวทยาลยธรรมศาสตร


DEVELOPMENT OF BACTERIAL CELLULOSE COMPOSITE AS A FLEXIBLE SUBSTRATE FOR SOLAR CELL

BY

MISS CHANTHAPPAPHA PLUEMPHON

A THESIS SUBMITTED IN PARTIAL FULFILLMENT OF THE REQUIREMENTS FOR THE DEGREE OF

MASTER OF SCIENCE (MATERIALS INNOVATION AND TECHNOLOGY) DEPARTMENT OF MATERIALS AND TEXTILE TECHNOLOGY

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY THAMMASAT UNIVERSITY

ACADEMIC YEAR 2016 COPYRIGHT OF THAMMASAT UNIVERSITY


1

หวขอวทยานพนธ การพฒนาวสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลสเพอ

การประยกตใชงานเปนแผนซบสเตรทส าหรบเซลล

แสงอาทตย

ชอผเขยน นางสาวจนทปปภา ปลมผล

ชอปรญญา วทยาศาสตรมหาบณฑต (นวตกรรมและเทคโนโลยวสด)

สาขาวชา/คณะ/มหาวทยาลย สาขาวชาเทคโนโลยวสดและสงทอ

คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย

มหาวทยาลยธรรมศาสตร

อาจารยทปรกษาวทยานพนธ

อาจารยทปรกษาวทยานพนธรวม

ผชวยศาสตราจารย ดร.ศรต อ ามาตยโยธน

ผชวยศาสตราจารย ดร.ชราวฒ เพชรเยน

ปการศกษา 2559

บทคดยอ

วสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลส เตรยมไดจากแบคทเรยเซลลโลส และพอลอะนลน โดยทสารละลายพอลอะนลนจะเขาไปแทรกตามรพรนในโครงสรางของแบคทเรยเซลลโลสทมขนาดระดบนาโน พอลอะนลนเปนทนยมและมการน ามาประยกตใชงานอยางแพรหลาย เนองจากพอลอะนลนจะแสดงสมบตเปนสารกงตวน า จงน าไปสอตสาหกรรมการพฒนาวสดเชงประกอบส าหรบเซลลแสงอาทตย โดยตรวจสอบลกษณะโครงสรางดวยเทคนค Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) ซงแสดงใหเหนวาเกดพนธะไฮโดรเจน (H-bond) ระหวางแบคทเรยเซลลโลสกลปพอลอะนลน ตรวจสอบต าแหนงพคและระนาบผลกดวยวธ X-Ray Diffraction (XRD) และตรวจสอบความขรขระของพนผววสดเชงประกอบดวยเทคนค Atomic Force Microscope (AFM) นอกจากนยงตรวจสอบสมบตทางความรอน และสมบตทางไฟฟาของวสดเชงประกอบ เพอแสดงลกษณะทดในการน าไปประยกตใชงานเปนซบสเตรทส าหรบเซลลแสงอาทตย

ค าส าคญ: แบคทเรยเซลลโลส, วสดเชงประกอบ, เซลลแสงอาทตย

(1)


2

Thesis Title Development of Bacterial Cellulose Composite

as a Flexible Substrate for Solar Cell

Author Miss Chanthappapha Pluemphon

Degree Master of Science (Materials Innovation and

Technology)

Major Field/Faculty/University Materials and Textile Technology

Faculty of Science and Technology

Thammasat University

Thesis Advisor

Thesis Co-Advisor (If any)

Assistant Professor Dr. Sarute Ummartyotin

Assistant Professor Dr. Chiravoot Petyen

Academic Years 2016

ABSTRACT

Bacterial cellulose and polyaniline was successfully designed as a composite material. Polyaniline was inserted into porous structure of bacterial cellulose network. The existence of polyaniline was presented as a polar cluster, owing to strong polarity when external electric field was applied. Structural characterization by means of FTIR illustrated that H-bond formation between bacterial cellulose and polyaniline was occurred. XRD presented that no phase of polyaniline was existed on the surface of composite. Composite also exhibited the uniformity surface with an average of roughness of 200 nm. It also presented the excellent characteristic of thermal stability. The preliminary experiment on frequency dependence on dielectric properties was evaluated. Composite was remarkably exhibited as a strong candidate material as a flexible substrate for Solar Cell.

Keywords: Bacterial cellulose, Composite, Solar Cell

(2)


3

กตตกรรมประกาศ

ในการท าวทยานพนธเลมน ผจดท าใครขอขอบพระคณ ผชวยศาสตรจารย ดร.ศรต อ ามาตย

โยธน อาจารยทปรกษาวทยานพนธ และผชวยศาสตราจารย ดร.ชราวฒ เพชรเยน อาจารยทปรกษา

รวมวทยานพนธ ผใหค าปรกษา แนวทางการด าเนนงาน ค าแนะน า และงบประมาณสนบสนนของ

ส านกงานคณะกรรมการวจยแหงชาต (National Research Council of Thailand) มลนธโทเร เพอ

การสงเสรมวทยาศาสตร ประเทศไทย (TTSF) ส านกงานกองทนสนบสนนการวจย (The Thailand

Research Fund) และสถาบนพลาสตก (Plastics Institute Of Thailand) ขอขอบคณศนย

เครองมอวจยขนสงมหาวทยาลยธรรมศาสตร ศนยเครองมอวทยาศาสตร คณะวทยาศาสตรและ

เทคโนโลย มหาวทยาลยธรรมศาสตร ศนยเทคโนโลยโลหะและวสดแหงชาต (MTEC) ศนยเครองมอ

วทยาศาสตรจฬาลงกรณมหาวทยาลย (สถาบน2) ศนยวทยาลยปโตรเคมและเทคโนโลยวสด

จฬาลงกรณมหาวทยาลย และภาควชาวสดศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย ทเออเฟอใหใชเครองมอ

วทยาศาสตรขนสง

สดทายนตองขอขอบพระคณบคคลทมสวนเกยวของการท าใหวทยานพนธเลมนส าเรจได

ขอขอบพระคณก าลงใจจากครอบครว อาจารยทกทาน เพอนทกคน และอกหลายทานทมไดกลาวถง

ทน คณงามความดทพงจะไดรบจากการท าวทยานพนธเลมน ผจดท าขอมอบใหบคคลทกลาวมา

ทงหมดทงสน

นางสาวจนทปปภา ปลมผล

(3)


4

สารบญ

เรอง หนา

บทคดยอภาษาไทย (1)

บทคดยอภาษาองกฤษ (2)

กตตกรรมประกาศ (3)

สารบญตาราง (8)

สารบญรปภาพ (9)

บทท 1 บทน า

1.1 ทมาและความส าคญ 1

1.2 วตถประสงคของการศกษา 3

1.3 ขอบเขตของงานวจย 3

บทท 2 ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ

2.1 วสดเชงประกอบ (composite) 4

2.1.1 สวนประกอบของวสดเชงประกอบ 4

2.1.1.1 เมทรกซ (matrix) 4

2.1.1.2 สารเสรมแรง (reinforcement) 5

2.1.2 แรงยดเหนยวระหวางวสดเชงประกอบ 6

2.1.3 ประเภทของวสดเชงประกอบแบงตามวสดทท าหนาทเปนเมทรกซ 6

2.1.3.1 วสดเชงประกอบพอลเมอร 8

(4)


5

(1.) Glass fiber-reinforced polymer (GFRP) composites 9

(2.) Carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) composites 9

(3.) Aramid fibre-reinforced polymer (AFRP) composites 10

2.1.3.2 วสดเชงประกอบโลหะ 10

2.1.3.3 วสดเชงประกอบเซรามก 11

2.2 วสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลสสาหรบการประยกตใชงานเปนซบสเตรท

ของเซลลแสงอาทตย (conductive bacterial cellulose composite) 12

2.2.1 พอลเมอรน าไฟฟา (conducting polymer) 12

2.2.1.1 โครงสรางและคณสมบตของพอลเมอรน าไฟฟา 12

2.2.1.2 การสงเคราะหพอลอะนลนและอนพนธ 14

(1.) การสงเคราะหทางเคม 14

(2.) การสงเคราะหทางเคมไฟฟา 15

(3.) การสงเคราะหโดยใชแสง 16

(4.) การสงเคราะหโดยใชเอนไซมเปนตวเรง 16

2.2.1.3 การประยกตใชงานจากพอลอะนลนและอนพนธ 17

(1.) เซนเซอร 17

(2.) ถานชารจลเทยม 17

2.2.2 แบคทเรยเซลลโลส (bacterial cellulose) 18

2.2.2.1 โครงสรางและคณสมบตของแบคทเรยเซลลโลส 18

2.2.2.2 การเตรยมหวเชอแบคทเรยเซลลโลส 19

2.2.2.3 การประยกตใชงานจากแบคทเรยเซลลโลส 20

(5)


6

2.3 เซลลแสงอาทตย (solar cell) แบบสารกงตวนาประเภทซลคอน 21

2.3.1 ประเภทของเซลลแสงอาทตยแบบสารกงตวนาประเภทซลคอน 21

2.3.2 หลกการทางานของเซลลแสงอาทตยแบบสารกงตวนาประเภทซลคอน 22

2.3.3 สวนประกอบหลกของเซลลแสงอาทตยแบบสารกงตวนาประเภทซลคอน 23

2.3.3.1 แผนรองรบสาหรบเซลลแสงอาทตย 23

2.3.3.2 n - type ซลคอนและ p - type ซลคอน 24

2.4 ทบทวนวรรณกรรม 25

บทท 3 วธการวจย

3.1 วสดอปกรณ 29

3.1.1 สารเคมทใชในการทดลอง 29

3.1.2 อปกรณในการเตรยมชนงาน 29

3.2 การทดลอง 30

3.2.1 การเตรยมสารละลายแบคทเรยเซลลโลส (bacterial cellulose , BC) 30

3.2.2 การเตรยมสารละลายพอลอะนลน (polyaniline , PAn) 31

3.2.3 การเตรยมวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสและพอลอะนลน 31

3.2.4 การตรวจสอบสมบตเบองตนของวสดเชงประกอบและการศกษาถงความ

เปนไปไดในการประยกตใชงานเปนแผนซบสเตรทส าหรบเซลลแสงอาทตย 33

(6)


7

บทท 4 ผลการวจยและอภปรายผล

4.1 การจ าแนกประเภทของสารโดยการดดกลนรงสอนฟราเรด (FT-IR Spectroscopy) 37

4.2 โครงสรางเฟสของวสดเชงประกอบโดยเทคนคการเลยวเบนของรงสเอกซ (XRD) 41

4.3 ลกษณะสณฐานวทยาของวสดเชงประกอบโดยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบ

สองกราด (SEM) 45

4.4 ความขรขระและความสงต าของพนผวของวสดเชงประกอบโดยเทคนค AFM 49

4.5 การสลายตวของน าหนกของวสดเชงประกอบเมอเทยบกบอณหภมทเปลยนแปลง

ไปโดยเทคนค TGA 55

4.6 การสองผานแสงของวสดเชงประกอบโดยเทคนค UV–vis spectrophotometer 59

4.7 สมบตทางไดอเลกทรกทความถ 100Hz – 1MHz 61

4.8 สมบตเชงกลของวสดเชงประกอบโดยเทคนค Tensile stress-strain 64

บทท 5 สรปผลการวจยและขอเสนอแนะ

5.1 สรปผลการวจย 65

5.2 ขอเสนอแนะ 66

รายการอางอง 67

ประวตผเขยน 73

(7)


8

สารบญตาราง

ตารางท หนา

ตารางท 3.1 แสดงอตราสวนระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบสารละลายพอลอะนลน 35

ตารางท 4.1 แสดงการดดกลนรงสอนฟราเรดและแสดงพคทสาคญของวสดเชงประกอบ

ระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวนตางๆเทยบกบแบคทเรยเซลลโลส

และพอลอะนลน 38

ตารางท 4.2 แสดงพค 2-Theta ทตาแหนงตางๆของพอลอะนลน แบคทเรยเซลลโลส

และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวนตางๆ 42

ตารางท 4.3 คา dielectric constant ของวสดเชงประกอบแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลน 59

ตารางท 4.4 คา dielectric loss ของวสดเชงประกอบแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลน 60

ตารางท 4.5 เปรยบเทยบความสามารถในการทนตอแรงดง และความสามารถในการรบแรงของวสดเชงประกอบในอตราสวนตางๆ 61

(8)


9

สารบญรปภาพ

ภาพท หนา

ภาพท 2.1 ลกษณะปรากฏทางกายภาพพนฐานของวสดเชงประกอบ 5

ภาพท 2.2 ความสมพนธระหวางความเคนและความเครยดของวสดยดเกาะ 6

ภาพท 2.3 การจ าแนกประเภทของวสดเชงประกอบตามชนดของเมทรกซ 7

ภาพท 2.4 สมบตเชงกลของวสดเชงประกอบพอลเมอรเปรยบเทยบกบวสดองคประกอบ 8

ภาพท 2.5 ตวอยางสตรโครงสรางทวไปของพอลเมอรน าไฟฟา 13

ภาพท 2.6 แสดงการสงเคราะหพอลอะนลนและอนพนธดวยวธการทางเคม 15

ภาพท 2.7 โครงสรางของแบคทเรยเซลลโลส 19

ภาพท 2.8 ลกษณะสณฐานวทยาของแบคทเรยเซลลโลส 19

ภาพท 2.9 เซลลแสงอาทตยททาจากสารกงตวน าประเภทซลคอน 21

ภาพท 2.10 การเคลอนทของกระแสไฟฟาในสารกงตวน า 22

ภาพท 2.11 สวนประกอบของเซลลแสงอาทตย 23

ภาพท 2.12 แสดงแผนผงการขนรปแผนรองรบสาหรบเซลลแสงอาทตยทมความสามารถ

ในการดดงอ 24

ภาพท 3.1 ขนตอนการเตรยมแบคทเรยเซลลโลส 30

ภาพท 3.2 ขนตอนการเตรยมสารละลายพอลอะนลน 31

ภาพท 3.3 ขนตอนการขนรปวสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลสและพอลอะนลน 32

ภาพท 3.4 (ก) ขวอเลกโทรด (ข) จอภาพรบสญญาณ 33

ภาพท 3.5 จานวางสารตวอยางบนเครองชงละเอยด 34

ภาพท 3.6 แผนภาพการทดสอบสมบตของวสดเชงประกอบ 36

(9)


10

ภาพท 4.2 แสดงสเปกตราของพอลอะนลน และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบ 39

ภาพท 4.3 แสดงสเปกตราของพอลอะนลน และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบ 39

ภาพท 4.4 แสดงพค 2-Theta ทตาแหนงตางๆของพอลอะนลน (รปเลก) แบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 1:3 1:5 1:10 43

ภาพท 4.5 แสดงพค 2-Theta ทตาแหนงตางๆของพอลอะนลน (รปเลก) แบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 3:1 5:1 10:1 43

ภาพท 4.6 แสดงลกษณะสณฐานของพนผว (a.) แบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 1:3 (d.) 1:5 และ (e.) 1:10 47

ภาพท 4.7 แสดงลกษณะสณฐานของพนผว (a.) แบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 3:1 (d.) 5:1 และ (e.) 10:1 48

ภาพท 4.8 แสดงความสงตาของพนผวของ (a.) แบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวาง

แบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 1:3 (d.) 1:5 และ (e.) 1:10 51

ภาพท 4.9 แสดงความสงตาของพนผวของ (a.) แบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวาง

แบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 3:1 (d.) 5:1 และ (e.) 10:1 53

ภาพท 4.10 แสดงความขรขระของพนผวของ (a.) แบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวาง

แบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 1:3 (d.) 1:5 และ

(e.) 1:10 ในลกษณะ 3 มต 53

ภาพท 4.11 แสดงความขรขระของพนผวของ (a.) แบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวาง

แบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 3:1 (d.) 5:1 และ

(e.) 10:1 ในลกษณะ 3 มต 54

ภาพท 4.12 แสดงการเปรยบเทยบความสามารถในการสลายตวของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 1:3 1:5 1:10 57

(10)


11

ภาพท 4.13 อตราการสลายตวทางความรอนของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 1:3 1:5 1:10 57

ภาพท 4.14 แสดงการเปรยบเทยบความสามารถในการสลายตวของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 3:1 5:1 10:1 58

ภาพท 4.15 อตราการสลายตวทางความรอนของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 3:1 5:1 10:1 58

ภาพท 4.16 แสดงการเปรยบเทยบความสามารถในการสองผานแสงของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 1:3 1:5 1:10 60

ภาพท 4.17 แสดงการเปรยบเทยบความสามารถในการสองผานแสงของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 3:1 5:1 10:1 60

ภาพท 4.18 แสดงคา dielectric constant ของวสดเชงประกอบทความถ 100Hz – 1MHz 62

ภาพท 4.19 แสดงคา dielectric loss ของวสดเชงประกอบทความถ 100Hz – 1MHz 63

(11)


1

บทท 1

บทน า

1.1 ทมาและความส าคญ

ในอตสาหกรรมอเลกทรอนกส การออกแบบซบสเตรทเพอการประยกตใชงานนนมความส าคญตอการก าหนดคณภาพและศกยภาพของอปกรณอเลกทรอนกส เนองจากวาในปจจบนนน เทคโนโลยทางดานอตสาหกรรมอเลกทรอนกสนน ไดรบการพฒนาเปนอยางมาก เพอตอบสนองตอความตองการของมนษยทตองการความสะดวกสบาย ความรวดเรวในการตอบสนอง ตลอดจนในขนตอนของกระบวนการผลตทตองการความยดหยน ในปจจบนบทบาทของอปกรณอเลกทรอนกสนน มเปาหมายในการออกแบบเพอใหมขนาดเลก กะทดรด และใหเกดการพกพาทสะดวก และในขณะเดยวกนนน ยงตองใหความวองไวในการตดตอ ซงมความสอดคลองตอการพฒนาและเตบโตของเศรษฐกจและสงคม ในรปแบบตาง ๆ ทมความเชอมโยงกนอยางตอเนอง ดงนนบทบาทของอปกรณอเลกทรอนกสทมขนาดเลกนน จงไดรบความนยมเปนอยางสง และยงสามารถใชเปนการท านายแนวโนมของการเปลยนแปลงตอสภาพเศรษฐกจและสงคมไดเปนอยางดดวย ตวอยางของอปกรณอเลกทรอนกสทมการใชงานมากในปจจบนนน ไดแก โทรศพทมอถอขนาดเลกทสามารถเชอมโยงตอระบบอนเตอรเนต ระบบจายไฟฟาแบตเตอรมอถอ ตลอดจนวงจรพลงงานแสงอาทตยแบบพกพา

อยางไรกตามนน ในอดตทผานมา อตสาหกรรมอเลกทรอนกสนน มกจะนยมใชกระจกทมความใสเปนแผนซบสเตรท เนองจากวาวสดดงกลาวนน มตนทนในการผลตต า มความเรยบบนพนผวสง แตอยางไรกตาม การใชงานของกระจกทมความใสส าหรบอปกรณอเลกทรอนกสนน จะมขอจ ากดในสมบตบางประการ เชน แผนกระจกนนไมสามารถดดงอตามทตองการได เกดการแตกหกงาย สงผลใหอายการใชงานสนลง ยากตอการผลต มราคาตนทนการผลตสง และไมสะดวกตอการเคลอนยาย ในปจจบนโรงงานอตสาหกรรมจงไดตระหนกถงปญหาดงกลาวในการใชกระจกผลตเปนแผนซบสเตรทของอปกรณอเลกทรอนกส ดงนนจงเปนแนวความคดทจะน าไปสการประยกตใชงานของพอลเมอรทมความใสเขามาแทนท เพอลดขอจ ากดในบางประการของกระจก แตเนองจากวาการประยกตใชงานของพอลเมอรนน มขอจ ากดในสมบตทางกลทคอนขางต า และสามารถเกดรอยขดขวนลงบนผวของชนงานได และนอกจากนเมอมการประยกตใชงานของแผนซบสเตรทไปนานๆ แลว มกจะเกดการขยายตวของวสดเมอไดรบความรอนสง สงผลใหอายการใชงานของแผนซบสเตรททเตรยมจากพอลเมอรนน มอายการใชงานทสนลง อกทงการเลอกใชกระจกและพอลเมอรทมความใส


2

นน ยงยากตอการก าจดเมออปกรณอเลกทรอนกสดงกลาวนน หมดอายในการใชงาน จงท าใหเกดขยะและมลพษอนเนองจากจากขยะอเลกทรอนกสได

เพอใหการพฒนาในอตสาหกรรมอเลกทรอนกสนน เปนไปดวยความยงยน การเลอกใชวสดเชงประกอบทเตรยมจากพอลเมอรชวภาพนน จงไดรบความนยมมากและไดรบการสนบสนนในเชงนโยบายตางๆ ของรฐบาลทเกยวของตอการอนรกษสงแวดลอม การพฒนาผลตภณฑพลาสตกชวภาพทมมลคาเพม ดวยนวตกรรมและความคดเชงสรางสรรคนน จงไดรบการตอบสนองในเชงนโยบายในทกภาคสวน ไมวาจะเปนนโยบายในระดบชาตและนานาชาต ทตองการลดกระบวนการผลตและวสด ตลอดจนการเลอกใชสารเคมทมความเปนมตรตอสงแวดลอมเขามาแทนทในกระบวนการผลตเดม [1-3] และนอกจากนนนประเทศไทยเองจดไดวาเปนประเทศแหงการเกษตรหรอชวมวล ซงในทางปฏบตนน มกจะเกดของเหลอใชจากกระบวนการผลตทางการเกษตร ซงยากตอการก าจดและมปรมาณมากดวย ดงนนเพอเปนการตอบสนองตอนโยบายประเทศทตองการสนบสนนการพฒนาแบบยงยน โดยยดรากฐานส าคญตอภาคการผลตในอตสาหกรรมจากการเกษตรแลว นโยบายในการเลอกใชวสดทางการเกษตร เพอใหเกดการพฒนาอยางสงทสดนน จงไดรบความนยมและสนบสนนเปนอยางมากตอการพฒนาในอตสาหกรรมทกภาคสวน ไมวาจะเปนนโยบาย Thailand 4.0 ซงมความเกยวของตอการพฒนาโครงสรางทางเศรษฐกจของประเทศเพอใหเกดความกา วหนาในนวตกรรมและเทคโนโลยใหมๆ ตอกระบวนการผลต เพอใหโครงสรางทางเศรษฐกจของไทยนน ไดกาวผานกบดกของรายไดปานกลาง และใหเกดเสถยรภาพในทางดานเศรษฐกจทมพนฐานจากทางดานการเกษตร ซงเปนรากฐานส าคญตอการพฒนาไปสความเขมแขงของเศรษฐกจ ตลอดจนสงเสรมใหประเทศนนกลายเปนศนยกลางของพลาสตกชวภาพไดในอนาคต [4-6]

ผวจยจงมแนวความคด และสนใจศกษาพอลเมอรทเปนมตรตอสงแวดลอมและยอยสลายไดตามธรรมชาต (degradable polymer) นนคอแบคทเรยเซลลโลส (bacterial cellulose) ทมแหลงก าเนดจากธรรมชาต เปนสารประกอบพอลแซคคาไรดทมความบรสทธปราศจากสารเจอปนอนๆ โครงสรางของเซลลโลสจดเรยงตวอยางเปนระเบยบ จงท าใหเซลลโลสมความเปนผลกสงมาก และนอกจากนยงพบวาแบคทเรยเซลลโลสนน มโครงสรางและขนาดอนภาคทอยในระดบนาโน ซงสงผลใหมสมบตทางกล ความตานทานตอการเปลยนแปลงทางเคมและความรอนทด เมอน ามาออกแบบเปนวสดเชงประกอบ จงไดมแนวความคดในการพฒนาวสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลสขน ส าหรบการน าไปประยกตใชงานในอตสาหกรรมอเลกทรอนกส [7-10]

ดงนน เปาหมายของงานวจยน คอการศกษาถงความเปนไปไดของการออกแบบวสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลสเพอการน าไปประยกตใชงานเปนซบสเตรทส าหรบเซลลแสงอาทตย ดวยเหตน


3

ผวจยจงน าแบคทเรยเซลลโลสมาเปนอกทางเลอกหนงส าหรบเมทรกซ (matrix) ไปขนรปเขากบพอลเมอรน าไฟฟา (conductive polymer) เปนวสดเชงประกอบ [11-15] อกทงยงมการศกษาถงสมบตทางกายภาพและทางเคมทเกยวของ โดยพจารณาถงความเขากนไดของแบคทเรยเซลลโลสกบ พอลเมอรน าไฟฟาเพอจะน ามาประยกตใชเปนแผนซบสเตรทของอปกรณอเลกทรอนกส

1.2 วตถประสงคของการศกษา

1.2.1 เพอศกษาคณสมบตของแบคทเรยเซลลโลสทสกดไดจากวนมะพราว และน าไปประยกตใชเปนแผนซบสเตรทของอปกรณอเลกทรอนกส 1.2.2 เพอศกษาการขนรปของวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลส ทสกดไดจากวนมะพราว กบพอลเมอรน าไฟฟา 1.2.3 เพอศกษาคณสมบตทางกายภาพ สมบตเชงกล สมบตทางแสง และสมบตทางไฟฟาของวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสทสกดไดจากวนมะพราวกบพอลเมอรน าไฟฟา 1.2.4 เพอเตรยมชนงานตนแบบของวสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลสส าหรบอปกรณอเลกทรอนกส 1.3 ขอบเขตของงานวจย

1.3.1 ศกษาอตราสวนทเหมาะสมในการน าไปประยกตใชงานเปนแผนซบสเตรท โดยมอตราสวนระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลเมอรน าไฟฟา ดงน 1:1 1:3 1:5 1:10 3:1 5:1 และ 10:1 1.3.2 ศกษาการตรวจสอบสมบตทางกายภาพ สมบตทางความรอน สมบตเชงกล สมบตการน าไฟฟาและสมบตทางแสงทเกยวของของวสดเชงประกอบ เพอน าไปประยกตใชงาน


4

บทท 2

ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ

2.1 วสดเชงประกอบ (composite)

วสดเชงประกอบหมายถงวสดผสม ซงเกดจากวสดหลกพนฐานมารวมกนจนมสมบต และโครงสรางทแตกตางไปจากเดม ความแตกตางดงกลาวอยทความสามารถในการรวมตวกนของวสดยอยๆหลายๆสวน เพอใหมสมบตและโครงสรางไปในทศทางเดยวกน และเพอการประยกตใชงานทมประสทธภาพเพมขน ยกตวอยางเชน เมอกลาวถงวสดพอลเมอร จะเนนสมบตทางกลทเกยวของกบความยดหยน ราคาถกและสามารถหาไดงาย ความสามารถในการขนรปท าไดงาย มน าหนกเบา โดยมขอเสยในแงของความสามารถในการทนทานความรอนทต า มความสามารถในการทนทานตอสารเคมต า การประยกตใชงานของวสดเชงประกอบนนมความหลากหลายมาก ขนอยกบการออกแบบของวสด และการประยกตใชงานเปนชนสวนและอปกรณประเภทตางๆ ซงในปจจบนการเจรญเตบโตทางเศรษฐกจและการพฒนาอตสาหกรรมเกดขนอยางรวดเรว จงไดมการพฒนาวสดประเภทใหม เพอน ามาใชทดแทน โดยการออกแบบวสดเชงประกอบนนสามารถผสมผสานระหวางขอดของวสดทแตกตางกน 2 ประเภทขนไป เพอใหมสมบตทสอดคลองตอการน าไปประยกตใชงาน มน าหนกเบา และมโครงสรางแขงแรง [16-18]

ส าหรบอตสาหกรรมอเลกทรอนกส วสดเชงประกอบยงไดรบความนยมและพฒนาอยางตอเนอง และนยมใชกระจกซงมความใสและเรยบเปนแผนรองรบ แตในปจจบนวงจรอเลกทรอนกสไดใหความส าคญของการพฒนาแผนรองรบทมความยดหยน จงท าใหพอลเมอรมบทบาทอยางมากส าหรบการประยกตใชงานเปนแผนรองรบ แตดวยสมบตของพอลเมอรทมความทนทานตอการเปลยนแปลงของอณหภมไดนอย จงท าใหอปกรณมอายการใชงานต า ดงนนจงท าใหการพฒนาวสดเชงประกอบไดรบความสนใจส าหรบอตสาหกรรมอเลกทรอนกส

2.1.1 สวนประกอบของวสดเชงประกอบ 2.1.1.1 เมทรกซ (matrix) อาจเปนไดทง โลหะ เซรามก หรอพอลเมอร โดยทว ไปแลวมกมความเหนยวทด หนาทหลกของเมทรกซคอยดไฟเบอรไวดวยกน และเปนตวกลางสงผานแรงทมากระท าไปยงไฟเบอรนอกจากนยงชวยปองกนการเสยหายของไฟเบอรเน องจากการขดถหรอปฏกรยาเคม แรงของพนธะยดตด (adhesive bonding force) ระหวางไฟเบอรกบเมทรกซควรมคาสงพอ เพอปองกนการทไฟเบอรจะถกดงหลดออกจากเมทรกซ


5

2.1.1.2 สารเสรมแรง (reinforcement) โดยวสดทใชท าเสนใยมหลายรปแบบดงน วสเกอร (whisker) คอผลกเดยวทมคาอตราสวนระหวางความยาวกบเสนผานศนยกลางสงมากๆ มสภาพความสมบรณของการเปนผลกสงและมความแขงแรงสง โดยทวไปแลววสเกอรจะมราคาแพงมาก เนองจากเตรยมไดยาก ยกตวอยางเชน แกรไฟต ซลกอนคารไบด ซลกอนไนไตรด อะลมนา เปนตน ไฟเบอร (fibre) คอเสนใยของวสดทมลกษณะเปนผลกระดบนาโน หรอเปนอสณฐานทมเสนผานศนยกลางขนาดเลก โดยทวไปแลวมกจะเปนพอลเมอรหรอเซรามก ยกตวอยางเชน อะรามด (aramid) แกว คารบอน โบรอนออกไซด และอะลมนา

จากเทคโนโลยทางดานวสดในปจจบน การประยกตใชงานทหลากหลายทประกอบไปดวยวสดยอย 2 ประเภทขนมารวมกน และมสมบตพนฐานทางดานกายภาพและเคมทแตกตางกน จากวสด 2 ประเภททกลาวมานน สวนแรกหมายถงเมทรกซ (matrix) ซงมปรมาณทมากกวาและเปนตวก าหนดสมบตพนฐานของวสดเชงประกอบ ในขณะทสวนนอยนนจะเปนวสดทคอยปรบสมบตพนฐานเพอเพมประสทธภาพในการประยกตใชงานท สง ขน สวนน เรยกวาสารเสรมแรง (reinforcement) ทเปนวสดสวนนอย จะเนนถงการปรบปรงสมบตของวสดเชงประกอบ ดงนนเมอท าการขนรปจะเหนไดวาเปนการรวมตวของวสดทแตกตางกน 2 ประเภทดงภาพท 2.1 โดยจดทเปนรอยเชอมตอของวสดทแตกตางกนเรยกวาอนเตอรเฟส (interface) ซงในทางปฏบตนน จะตองท าใหวสดสวนนมความเขากนไดมากทสด เพอใหการประยกตใชงานมประสทธภาพทสงทสด

ภาพท 2.1 ลกษณะปรากฏทางกายภาพพนฐานของวสดเชงประกอบ ทมา : ดดแปลงมาจาก Materials Letters 171 (2016) 252–254


6

2.1.2 แรงยดเหนยวระหวางวสดเชงประกอบ (adhesion cohesion force)

การศกษาเกยวกบแรงยดเหนยวระหวางวสดทเปนองคประกอบยอยทน ามารวมตวกนซงการรวมตวกนดงกลาวสามารถมกระบวนการทางเคมและฟสกสทเปนไปไดทจะน ามาศกษา และยงเกยวของกบความเขากนไดของพนผวของวสด แนวโนมตอการคดเลอกวสดยดเกาะนน ตองค านงถงตนทนการผลตและตลอดจนความสามารถในการเคลอนยายดงภาพท 2.2 นนแสดงความสมพนธระหวางความเคนและความเครยดของวสดยดเกาะ

ภาพท 2.2 ความสมพนธระหวางความเคนและความเครยดของวสดยดเกาะ ทมา : Granta Design, Cambridge UK (2011)

2.1.3 ประเภทของวสดเชงประกอบแบงตามวสดทท าหนาทเปนเมทรกซ

วสดเชงประกอบประกอบดวยสวนส าคญ 2 สวน ไดแก เมทรกซและสารเสรมแรง ดงนนถาจ าแนกวสดเชงประกอบตามชนดของวสดทเปนเมทรกซจะสามารถจ าแนกออกเปน 3 ประเภทไดแก วสดเชงประกอบพอลเมอร (polymer matrix composite, PMC) วสดเชงประกอบโลหะ (metal matrix composite, MMC) และวสดเชงประกอบเซรามก (ceramic matrixcomposite, CMC) และสามารถจ าแนกยอยตอไปไดอกตามลกษณะของสารเสรมแรง [10, 19] ไดแกอนภาค (particle) เสนใย (fiber) และวสเกอร (whisker) ดงภาพท 2.3


7

ภาพท 2.3 การจ าแนกประเภทของวสดเชงประกอบตามชนดของเมทรกซ ทมา : Amsterdam :Elsevier, 2000, pp. 1-13 สารเสรมแรงในวสดเชงประกอบสามารถถกจ าแนกตามลกษณะเปนอนภาค เสนใย และวสเกอร อนภาคเสรมแรงจะมลกษณะเปนเมดหรอผง เชน ผงถานด า ซลกอนคารไบด เปนตนและถาพจารณาอตราสวนระหวางความยาวตอเสนผานศนยกลาง (aspect ratio) ถาอตราสวนดงกลาวมากกวา 100 ขนไปจะเรยกสารเสรมแรงนนเปนเสนใย ซงอาจจ าแนกตามความยาวเปนเสนใยตอเนอง (continuous fiber) และเสนใยไมตอเนอง (discontinuous fiber) และยงสามารถจ าแนกเสนใยไมตอเนองตามอตราสวนระหวางความยาวตอเสนผานศนยกลางไดเปนเสนใยยาว (long fiber) ซงมอตราสวนมากกวา 1,000 ขนไป และเสนใยสน (short fiber) เสนใยมทงทเปนเสนใยอนทรยและเสนใยอนนทรย ตวอยางเสนใยอนทรย เชน เสนใยอะรามด เสนใยเซลลโลสเปนตน สวนเสนใย อนนทรย อาจเปนเสนใยแกว เสนใยคารบอน หรอเสนใยโลหะ เชน เสนใยโบรอน เสนใยทองแดง เปนตน สวนวสเกอรเปนลกษณะของเสนใยขนาดเลกมาก ทมเสนผานศนยกลางในหนวยไมโครเมตรและมความยาวเพยงไมกมลลเมตร ซงเกดจากการกอตวทางยาวของผลกเดยว (elongated single crystal) จงมแนวโนมทจะเปนผลกสมบรณทปราศจากการเคลอน (dislocation) ท าใหวสเกอรมความแขงแรงสงมาก เชน วสเกอรซลกอนคารไบด

2.1.3.1 วสดเชงประกอบพอลเมอร (polymer-matrix composites (PMC))

โดยธรรมชาต พอลเมอรเปนสารประกอบอนทรยขนาดใหญทมโครงสรางเปนหนวยซ า เชอมตอกนเปนสายยาว ท าใหพอลเมอรมความแขงแรงไมสงนก มความหนาแนนต า และมความทนทานตอการกดกรอน การเสรมแรงใหพอลเมอรท าไดโดยการเตมเสนใยเสรมแรงลงใน พอลเมอรใหเกดเปนวสดเชงประกอบทมความแขงแรงมากขน โดยทวไปเสนใยเสรมแรงส าหรบวสด


8

เชงประกอบ พอลเมอรมกเปนเสนใยทมความแขงแรงสง เพอท าหนาทในการรบและกระจายแรงกระท า โดยวสดเชงประกอบจะมความแขงแรงสงทสดตามแนวการเรยงตวของเสนใยเสรมแรง การเสรมแรงนท าใหเมทรกซสามารถรบแรงกระท าไดสงขนโดยไมเปลยนรปรางดงแสดงภาพท 2.4 ทแสดงถงสมบตเชงกลอยางงายของวสดเชงประกอบพอลเมอรเมอใหแรงตามแนวการเรยงตวของเสนใย [20]

ภาพท 2.4 สมบตเชงกลของวสดเชงประกอบพอลเมอรเปรยบเทยบกบวสดองคประกอบ ทมา : Amsterdam :Elsevier, 2000, pp. 1-13

สมบตเชงกลนจะเปนสมบตรวมทเกดจากสมบตของเมทรกซพอลเมอร และสมบตของเสนใยเสรมแรงประกอบกนท าใหวสดเชงประกอบมความแขงแรงเพมขนมากกวาวสดพอลเมอร เนองจากเสนใยเสรมแรงท าหนาทรบแรงกระท า แตส าหรบระยะยดสงสดนน วสดเชงประกอบจะมความสามารถในการยดสงสดไดไมเกนระยะยดสงสดของเสนใยเสรมแรง ส าหรบเมทรกซพอลเมอรควรมความเหนยวทนทานมากพอทจะหอหมเสนใยเสรมแรงไว สารเสรมแรงในรปอนภาคมสวนเสรมความแขงแรงไดไมดเทากบรปเสนใย เนองจากความไมตอเนองของสารเสรมแรงสงผลตอการกระจายแรง จงนยมเรยกสารเสรมแรงในรปอนภาควา สารเพมเนอ (filler) วสดเชงประกอบจะมความแขงแรงมากขนเมอเปรยบเทยบกบความหนาแนนทเพมขนเพยงเลกนอยท าใหความแขงแรงจ าเพาะ (specific strength) ซงเปนอตราสวนระหวางความแขงแรงตอความหนาแนนของวสดเพมสงขน จงท าใหสามารถน าวสดเชงประกอบมาใชส าหรบงานโครงสรางบางชนดทตองรบแรงกระท าทไมสงมากนกได เชน เฟอรนเจอรตาง ๆ

ความเคน

ความเครยด


9

ส าหรบเมทรกซพอลเมอรสามารถแบงยอยออกเปนเมทรกซเทอรโมเซตตง (thermosetting matrix) และเมทรกซเทอรโมพลาสตก (thermoplastic matrix) ทมความแตกตางกนในพฤตกรรมเชงความรอนของพอลเมอร โดยเทอรโมเซตตงเปนพอลเมอรทมโครงสรางแบบรางแห และมสมบตแขงเปราะ เมอเกดปฏกรยาการเชอมโยงโมเลกล หรอการบมแลวจะเกดการคงรปและไมสามารถเปลยนแปลงรปรางไดอก สวนเทอรโมพลาสตกเปนพอลเมอรทมโครงสรางแบบเสนหรอแบบกง สามารถหลอมเหลวไดเมอไดรบความรอนเหนออณหภมหลอมเหลว มสมบตเหนยวและทนทานตอสงแวดลอม พฤตกรรมเชงความรอนนจะมผลตอกระบวนการขนรปวสดเชงประกอบ ส าหรบเมทรกซเทอรโมเซตตง การขนรปวสดเชงประกอบจะเปนการผสมสารเสรมแรงใหเขากบมอนอเมอรในแมพมพ กอนทจะท าใหเกดปฏกรยาเคมเชอมโยงเปนโครงสรางแบบรางแห และหลงจากทปฏกรยาสนสดวสดเชงประกอบจะเกดการคงรปซงจะไมสามารถเปลยนแปลงรปรางไดอก ในขณะทการขนรปวสดเชงประกอบท เมทรกซเปนเทอรโมพลาสตกนน จะใชหลกการใหความรอนเหนออณหภมหลอมเหลวและขนรปกอนทจะท าใหเยนตวลงเพอเกดการคงรป โดยถาหลงจากคงรปแลวไดรบความรอนอกครง สวนทเปนเมทรกซกจะสามารถหลอมเหลวไดอก การทจะเลอกใชเมทรกซชนดใดนนขนอยกบสมบตในการประยกตใชงานเปนส าคญ ยกตวอยางเชน

(1.) Glass fiber-reinforced polymer (GFRP) composites เปน PMC ทมการใชงานมากคอ Glass fiber-reinforced polymer (GFRP) composite โดยเสนใยแกวทใชมขนาดเสนผานศนยกลางประมาณ 3-20 ไมโครเมตร วสดทไดมความแขงแรงสง นอกจากนยงเฉอย (inert) ท าใหสามารถใชงานในสภาวะกดกรอนได ขอจ ากดของวสดนคอมคา rigidity ไมสง และใชงานไดทอณหภมไมเกน 200 องศาเซลเซยส นอกจากใชพอลเมอรทสามารถทนอณหภมไดสง เชน พอลไอไมดเรซน (polyimide resin) เปนเมทรกซ จะสามารถใชงานไดถง 300 องศาเซลเซยส การประยกตใชงาน PMCs เชนตวถงรถยนตและเรอด าน า พนในโรงงานอตสาหกรรม เปนตน

(2.) Carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) composites เปน PMC อกประเภทหนงทใชงานกนมาก เสนใยคารบอนทใชจะมขนาดเสนผานศนยกลางประมาณ 4–10 ไมโครเมตร และประกอบดวยบรเวณทมเฟสเปนกราไฟตและบรเวณทไมเปนผลก ซงมผลตอคามอดลสแรงดง (tensile modulus) ของเสนใย เสนใยคารบอนนสามารถแบงประเภทตามคามอดลสไดเปนสประเภทคอ เสนใยคารบอนทมคามอดลสมาตรฐาน คามอดลสปานกลาง คามอดลสสง และคามอดลสสงมาก เสนใยคารบอนมขอดคอ เปนวสดไฟเบอรทมคามอดลสและความแขงแรงสงทสด สามารถคงคามอดลสแรงดงและความตานทานแรงดงไดทอณหภมสง มความเสถยรทอณหภมหอง (ไมไวตอความชน หรอตวท าละลาย) มสมบตทางกายภาพและเชงกลทด ท าใหไดวสดเชงประกอบทด


10

นอกจากนยงผลตไดงายและราคาไมแพง ตวอยางการประยกตใชงาน CFRP เชนอปกรณกฬาและสนทนาการ ชนสวนโครงสรางเครองบนทง เครองบนการคาและเครองบนทางการทหาร เปนตน

(3.) Aramid fibre-reinforced polymer (AFRP) composites พอลพาราฟน-ลน เทเรฟทาลาไมด (poly paraphenylene terephthalamide) หรอทนยมเรยกวาอะรามด (aramid) ประกอบดวยหมเอไมด amide (-C(=O)NH-) เรยงตอกน เสนใยอะรามดมสมบตทดคอมคาความตานทานแรงดงและมอดลสแรงดงในแนวขนานกบเสนใยสง มความแขงแรงตอน าหนกสงมาก มความเหนยวทด ทนตอการกระแทก การเกดครบ และความลา นอกจากนยงมความเสถยรทอณหภมสง และสามารถคงสมบตเชงกลไวไดทอณหภมชวง -20 ถง 200 องศาเซลเซยส มความเฉอยตอการท าปฏกรยากบสารละลายและสารเคมตางๆ (ยกเวนกรดหรอเบสแก) เสนใยอะรามดทมการผลตทางการคาไดแก Kevlar หรอ Nomex เปนตน ตวอยางการใชงานอะรามดไดแก ยางรถยนต เชอกใชแทนแอสเบสทอส (asbestos) ในเบรกรถยนตและคลทช อปกรณกฬา เสอกนกระสน เปนตน

2.1.3.2 วสดเชงประกอบโลหะ (metal-matrix composites (MMC))

วสดเชงประกอบโลหะไดพฒนาขนเพอปรบปรงความสามารถในการทนทานตอความลาของโลหะใหดมากขน โดยเฉพาะอะลมเนยมและไทเทเนยม ทเปนเมทรกซโลหะทตองการใหมสมบตพเศษในการใชงานในอตสาหกรรมอวกาศยาน สารเสรมแรงอาจอยในลกษณะของอนภาคเสนใย หรอวสเกอรกได นอกจากน สารเสรมแรงส าหรบโลหะตองมความแขงแรงสง และทนความรอนสงดวย เนองจากโลหะตองใชอณหภมสงมากในการขนรป และสารเสรมแรงทใชตองไมเกดการกดกรอนกบเมทรกซโลหะ จากขอจ ากดเหลานท าใหสารเสรมแรงอนนทรยและเสนใยแกวไมสามารถใชเสรมแรงใหกบเมทรกซโลหะไดสารเสรมแรงทใชจงตองเปนสารเสรมแรงเซรามกหรอสารเสรมแรงโลหะ เชน ซลกอนคารไบดอะลมนา เสนใยโบรอน เปนตน การเสรมแรงเปนการท าใหเมทรกซโลหะมความทนทานตอความลาสงขนมาก และมอายการใชงานนานขน อกทงความหนาแนนของสารเสรมแรงทนอยกวาโลหะท าใหความหนาแนนของวสดเชงประกอบลดลง รวมถงสมประสทธการขยายตวเนองจากความรอน (coefficient temperature expansion, CTE) ลดลง เพราะสารเสรมแรงเปนเซรามกจงมการขยายตวเนองจากความรอนต ากวาโลหะ สวนกรณทสารเสรมแรงมลกษณะเปนเสนใยยาว วสดเชงประกอบทไดจะมความแขงแรงสงขนมากอกดวย [21]


11

โดยทวไปวสดเชงประกอบโลหะจะน าไปใชงานในลกษณะเดยวกบโลหะ สารเสรมแรงทเตมเขาไปจะเปนการปรบปรงสมบตของเมทรกซโลหะใหดยงขน และมอายการใชงานนานขน อยางไรกตามการน าไปใชงานยงจ ากดเนองจากตนทนในการผลตทสงมาก ยกตวอยาง เชน เมทรกซของโคบอลตหรอนกเกลทถกเสรมแรงดวยอนภาคทงสเตนคารไบด หรอไทเทเนยมคาร ซงวสดทไดมความแขงมาก และสามารถทนความรอนไดด ตวอยางการใชงาน ไดแก ใชในกระบวนการผลตตวตานทาน ตวเกบประจ และชนสวนอเลกทรอนกสอนๆทตองเจอสภาวะอณหภมสง

2.1.3.3 วสดเชงประกอบเซรามก (ceramic-matrix composites (CMC))

เซรามกเปนวสดทมความทนทานตอการใชงานทอณหภมสง ไมน าความรอน ทนทานตอการกดกรอน และอตราการเปลยนแปลงรปรางเมอไดรบความรอนต ามาก เซรามกจงน ามาใชในงานทตองการความทนทานตออณหภมสง และในสภาวะทมการกดกรอนสง แตขอเสยของเซรามกคอ เปราะและแตกหกงาย เมอเกดรอยแตกแลวไมสามารถซอมแซมไดโดยงาย การเสรมแรงใหกบเมทรกซเซรามกเปนการปรบปรงสมบตใหวสดเชงประกอบทไดมความเหนยวและทนทานมากขน สารเสรมแรงจะเขาไปขวางการแพรของรอยแตกทอาจเกดขนระหวางการใชงาน เ มอวสดเชงประกอบไดรบแรงจะไมเกดการเปราะแตกในทนท เนองจากรอยแยกจะถกหนวงดวยสารเสรมแรงเนองจากสมบตทเรยกวา ความเหนยวแบบเทยม (pseudo ductile) ส าหรบเมทรกซเซรามกทไมเสรมแรงจะแสดงสมบตทเปราะ และแตกทนทเมอไดรบแรงกระท าจนถงจดสงสด ดงนนการใสสารเสรมแรงเขาไปจะท าใหวสดเชงประกอบเซรามกทไดมความเหนยวทนทานมากขน [22] สารเสรมแรงทใชในการเสรมแรงอาจอยในรปอนภาค เสนใยหรอวสเกอร ไดแก อะลมนา ซลกา ซลกอนคารไบด และคารบอน เปนตน และส าหรบเมทรกซเซรามก ไดแก ซเมนต คารบอน ซลกอนคารไบด เปนตน

วสดเชงประกอบไดน ามาใชงานเปนเวลานาน โดยเฉพาะการใชเปนวสดโครงสรางทใชเสนโลหะและหนกรวดทรายตาง ๆ เปนสารเสรมแรงใหแกเมทรกซซเมนตหรอคอนกรต ส าหรบการพฒนาเทคโนโลยคอนกรตอาจท าโดยการใชเสนใยเสรมแรง เชน เสนใยแกว หรอเสนใยคารบอนแทนเสนโลหะเพอแกปญหาดานการกดกรอนเมอใชงานเปนเวลานาน ส าหรบวสดเชงประกอบเซรามกขนสงทมความเหนยว ทนทานตอการกดกรอน และสามารถประยกตใชในงานทอณหภมสงนน ยงมการใชงานอยางจ ากดเนองจากตนทนในกระบวนการผลตทสง


12

2.2 วสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลสส าหรบการประยกตใชงานเปนซบสเตรทของอปกรณอเลกทรอนกส

วสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลสทจะน าไปท าเปนแผนรองรบส าหรบเซลลแสงอาทตย จะตองมคาการน าไฟฟา ซงเปนปจจยส าคญในหลกการท างานของเซลลแสงอาทตย ดงนนวสดเชงประกอบดงกลาวจงจดเปน วสดเชงประกอบพอลเมอร (PMC) ทประกอบดวยพอลเมอรน าไฟฟาทท าหนาทเปนเมทรกซ และแบคทเรยเซลลโลสทท าหนาเปนสารเสรมแรง ดงขอมลตอน

2.2.1 พอลเมอรน าไฟฟา (conducting polymer)

ในปจจบนพอลเมอรสงเคราะหกลายเปนทนยมและมการน าไปประยกตใชงานมากกวาพอลเมอรทไดจากธรรมชาต ทงในดานวทยาศาสตร เทคโนโลย และอตสาหกรรม พอลเมอรสงเคราะหสวนใหญมสมบตเปนฉนวนไฟฟา แตมพอลเมอรบางกลมทแสดงสมบตเปนสารกงตวน า หรอน าไฟฟาได พอลเมอรน าไฟฟาซงเปนพอลเมอรชนดใหมน ถกคนพบ เมอ ป ค.ศ. 1976 โดย อลน เจ ฮเกอร (Alan J. Heeger) อลน จ แมกไดอารมด (Alan G. MacDiarmid) และ ฮเดก ชรากาวา (Hideki Shirakawa) และตอมาทงสามทานไดรบรางวลโนเบล สาขาเคมรวมกนในป ค.ศ. 2000 ทรวมกนคนพบและศกษาการสงเคราะหพอลอะเซทลนผลก (crystalline polyacethylene) ทมคาการน าไฟฟาเทยบเทาโลหะ การคนพบของทงสามทานท าใหเกดการตนตวในบรรดานกวทยาศาสตรเปนอยางมากในการพฒนาพอลเมอรน าไฟฟาชนดใหมใหมคณสมบตตามความตองการทจะน าไปใชงาน [16] ซงอาจกลาวไดวาในศตวรรษท 21 โลกก าลงจะเปลยนโฉมครงใหญจากศาสตรของแบบแขงๆ ไปเปนศาสตรของแบบออนๆ หรอกลาวอกนยหนงวา โลกก าลงเปลยนจากศตวรรษของฟสกสไปสศตวรรษของเคม และน าอตสาหกรรมสารกงตวน าทมอยในโลกไปสยคอตสาหกรรมใหม

2.2.1.1 โครงสรางและคณสมบตของพอลเมอรน าไฟฟา

โครงสรางทางเคมทส าคญของพอลเมอรกลมน คอ มระบบแบบไพคอนจเกต (¶-conjugated system) ซงเปนอะตอมของคารบอนตอกนอยดวยพนธะคสลบกบพนธะเดยวหรอมวงแหวนอะโรมาตก (aromatic ring) หรอมอะตอมของธาตไนโตรเจนและก ามะถนอยในวงแหวน ท าใหพอลเมอรกลมนมคณสมบตในการกระจายอเลกตรอนไดด [23] นอกจากนนแลวความสามารถในการน าไฟฟาขนอยกบชนดของพอลเมอร วธการสงเคราะห และการ เจอ (doping process) กระบวนการการเจอท าใหพอลเมอรน าไฟฟา ซงอาศยปฏกรยาออกซเดชนรดกชน หรอรดอกซ


13

(oxidationreductionor redox reaction) การเจอท าใหพอลเมอรเหลานซงจากเดมเปนฉนวนเปลยนเปนวสดทสามารถน าไฟฟาไดด

พอลเมอรน าไฟฟาทรจกกนด ไดแก พอลอะเซทลน (polyacethylene, PAc) พอลพโรล (polypyrole, PPy) พอลอะนลน (polyaniline, PAni) และพอลไทออฟน (polythiophene, PTh) เปนตน สตรโครงสรางทวไปของพอลเมอรดงกลาวแสดงในภาพท 2.5 ในบรรดาพอลเมอรทน าไฟฟาน พอลอะนลนมคณสมบตเฉพาะทพเศษกวาตวอนๆกลาวคอ มความหลากหลายของโครงสรางทางเคมทเปลยนไปตามคาของพเอช ซงเกดจากปฏกรยารดอกซ แตอยางไรกตาม เกลอเอมเมอรลดน (emeraldine salt, ES) เปนโครงสรางทางเคมของพอลอะนลนเพยงแบบเดยวเทานนทน าไฟฟาไดด นอกจากนนแลวพอลอะนลนยงมความหลากหลายของส (เหลอง-เขยว-น าเงน-มวง) ซงเกดจากกระบวนการการเปลยนกลบไปมาของสภายใตอทธพลของศกยไฟฟาทเปลยนไป ซงเรยกวา สมบต อเลกโตรโครมก (electrochromic properties)

ภาพท 2.5 ตวอยางสตรโครงสรางทวไปของพอลเมอรน าไฟฟา ทมา : ดดแปลงมาจากวารสารวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลย อบลราชธาน ปท 14 ฉบบท 1 มกราคม – มนาคม 2555

เนองจากมวธการสงเคราะหทงาย มความเสถยรตอสภาพบรรยากาศและความชนสง และ

ราคาถก ท าใหพอลอะนลนเปนพอลเมอรทไดรบความสนใจและมการน ามาใชประโยชนอยางมาก แตขอจากดของการน าพอลอะนลนไปใชงานซงเหมอนกบพอลเมอรน าไฟฟาสวนใหญ คอความสามารถในการละลายทต าในตวท าละลายอนทรยทวไปและการหลอมเหลวทท าไดยาก เนองมาจากระบบแบบไพคอนจเกตทมแรงยดเหนยวไพ-ไพ (¶-¶ interaction) ระหวางโครงสรางหลกของสายโซ


14

พอลอะนลนทแขงแรงมากท าใหการน าไปขนรปยาก ซงเปนอปสรรคส าคญในการน าไปใชประโยชนเพอปรบปรงคณสมบตใหเหมาะสมตอการน าไปใชงาน นกวทยาศาสตรไดพยายามพฒนาวธการสงเคราะหพอลอะนลนและอนพนธ โดยการเตมหมแทนท (substituents) ตางๆบนสายโซหลกของพอลอะนลน ตวอยางของหมแทนททนยม ไดแก อลคล (alkyl, -R) เอรล (aryl, -Ar) อลคอกซ (alkoxy, -OR) ไฮดรอกซล (hydroxyl, -OH) อะมโน (amino, -NH2) หรอ เฮโลเจน (halogens, -X) เปนตน กระบวนการนสามารถชวยท าใหพอลอะนลนละลายในตวท าละลายอนทรยทวไปไดดยงขน แตอยางไรกตาม เนองจากผลของสเตยรก (stericeffect) การเปลยนแปลงดงกลาวเปนผลให พอลอะนลนมคาการน าไฟฟาและมวลโมเลกลทต า

2.2.1.2 การสงเคราะหพอลอะนลนและอนพนธ

การสงเคราะหพอลเมอรเปนการรวมมอนอเมอรซงเปนโมเลกลทเปนหนวยยอยเชอมเขาดวยกนดวยพนธะโคเวเลนต ในระหวางกระบวนการเกดพอลเมอร หมทางเคมบางตวจะหลดออกจากหนวยยอย และไดพอลเมอรทเกดจากหนวยยอยซ าๆกน การสงเคราะหพอลเมอรน าไฟฟาซงรวมพอลอะนลนและอน-พนธ มวธการสงเคราะหทส าคญๆ ไดแก การสงเคราะหทางเคม (chemical polymerization) การสงเคราะหทางเคมไฟฟา (electrochemical polymerization) การสงเคราะหโดยใชแสง (photochemical initiated polymerization) และการสงเคราะหโดยใชเอนไซมเปนตวเรง (enzyme-catalyzed polymerization) ดงรายละเอยดตอไปน

(1.) การสงเคราะหทางเคม

การสงเคราะหทางเคมเปนวธการทงายและสะดวกในการสงเคราะหพอลอะนลน และอนพนธและไดรบความนยมอยางมากในการสงเคราะหพอลเมอรเชงการคา โดยทวไปการสงเคราะหทางเคมสามารถท าไดโดยใชสารเคมทมคณสมบตเปนตวออกซเดนท (oxidants) ทแรง เชนแอมโมเนยเปอรซลเฟต (ammonium persulfate) เฟอรรกไอออน (ferric ions) เปอรแมงกาเนตไอออน(permanganate ions) หรอ ไฮโดรเจนเปอรออกไซด (hydrogen peroxide) เปนตน แอมโมเนยเปอรซลเฟตเปนตวออกซเดนททไดรบความนยมและถกน ามาใชในการสงเคราะหพอลอะนลนและอนพนธมากทสด โดยทวไปพอลอะนลนและอนพนธไมละลายในน า แตละลายในกรด (HA) เชน กรดไฮโดรคลอรก (HCl) หรอ กรดซลฟวรก (H2SO4) ดงแสดงในภาพท 2.6 เพราะฉะนนในกระบวนการสงเคราะห ไอออนลบ HSO4

- หรอ SO42- จะท าหนาทเปนตวโดปใหกบสายโซหลกของ

พอลเมอร อณหภมทเหมาะสมส าหรบกระบวนการสงเคราะหทางเคมอยในชวง 1-5 องศาเซลซยส ซงจะท าใหไดพอลอะนลนและอนพนธทมมวลโมเลกลอยในชวง 30,000 – 60,000 กรมตอโมล


15

ภาพท 2.6 แสดงการสงเคราะหพอลอะนลนและอนพนธดวยวธการทางเคม ทมา : วารสารวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยอบลราชธาน ปท 14 ฉบบท 1 มกราคม – มนาคม 2555

(2.) การสงเคราะหทางเคมไฟฟา การสงเคราะหพอลอะนลนและอนพนธดวยวธการทางเคมไฟฟา เปนวธการทมประโยชนอยางมากในการเตรยมแผนฟลมทตดอยบนผวของขวไฟฟา (electrode) ขอดของวธการทางเคมไฟฟา คอ กระบวนการสงเคราะหท าไดงายรวดเรว สามารถสงเคราะหทงสภาวะทมน าและไมใชน าเปนตวท าละลาย จงไดรบความนยมอยางมากในงานดานเคมวเคราะห แตขอเสยของวธการทางเคมไฟฟาคอ ตองการเครองมอทางเคมไฟฟา ตองการขวไฟฟาใชงาน (workingelectrode, WE) ขวไฟฟาตรงขาม (counter electrode, CE) และขวไฟฟาอางอง (reference electrode, RE) ขวไฟฟาใชงานทใชตองเปนวสดทน าไฟฟาได เชน ขวกลาสซคารบอน (glassy carbon, GC) ขวโลหะทอง (gold, Au) แพลตนม (platinum, Pt) หรอ ขวอนเดยมเจอทนออกไซด (indiumdopedtin oxide, ITO) ทเคลอบบนกระจก รวมทงขนาดและรปรางของขวไฟฟาตองเหมาะสมกบเครองมอดวย โดยทวไปมอนอเมอรอะนลนและอนพนธไมละลายในน าแตละลายในสารละลายกรด (HA) ซงเกดจากหมอะมโน (-NH2) ของอะนลนและอนพนธท าปฏกรยากบกรดเกดเปนเกลอแอมโมเนยม ( -NH3

+A-) เมอมการใหศกยไฟฟาทประมาณ 0.9 – 1.1 โวลต มอนอเมอรอะนลนและอนพนธจะถกออกซไดซและเกดปฏกรยาพอลเมอไรเซชนในทสด เนองจากสงเคราะหในสารละลายกรด พอลเมอรทไดจะอยในสภาพทถกเจอและ อยในรปเกลอเอมเมอรลดนซงน าไฟฟาได พรอมทจะน าไปประยกตใชงานดานอนๆ เชน ใชเปนขวไฟฟาใชงานในงานดานเซนเซอร (Sensors) เปนตน


16

(3.) การสงเคราะหโดยใชแสง

การสงเคราะหพอลอะนลนและอนพนธโดยใชแสงเปนอกหนงวธการทก าลงไดรบความสนใจจากนกวทยาศาสตร เมอเปรยบเทยบกบวธการสงเคราะหทางเคมและเคมไฟฟา การสงเคราะหโดยใชแสงมขอดคอ เปนกระบวนการทไมเปนภยตอสขภาพของผทดลอง สภาวะการทดลองเปนพษตอสงแวดลอมนอยกวา อกทงยงมตนทนในกระบวนการสงเคราะหต ากวา การสงเคราะหโดยใชแสง เปนอกหนงวธการทมประโยชนอยางมากในการเตรยมแผนฟลมทตดอยบนผวของขวไฟฟา ซงท าไดโดยการฉายแสงลงบนแผนฟลมทม [Ru(bipy)3]

2+ และ เมทลไวโอโลเจน (methylviologen, MV2+) เมอดดกลนแสงท 452 นาโนเมตร จะท าใหเกด *[Ru(bipy)3]

2+ หลงจากนน การถายโอนอเลกตรอนจาก *[Ru(bipy)3]

2+ ไปยง MV2+ จะได [Ru(bipy)3]3+ ซงเปนตว

ออกซไดซทแรงพอจะท าใหเกดกระบวนการพอลเมอไรเซชนของพอลอะนลนและอนพนธได นอกจากการใช [Ru(bipy)3]

2+ แลว ยงมการน าสารประกอบเชงซอนของโลหะรท เนยมตวอนๆ เชน [Ru(phen)3]

2+ มาใชในกระบวนการสงเคราะห เมอไมนานมาน การสงเคราะหพอลอะนลนและอนพนธโดยใชเอนไซม เชน ฮอรสเซราดชเปอรออกซเดส (horseradish peroxidise, HRP) สามารถน ามาใชเปนตวเรงในกระบวนการพอลเมอไรเซชนแทนการใชตวออกซเดนทตางๆ ถงแมวธการนจะมประโยชน คอ เปนกระบวนการทไมเปนภยตอสขภาพของผทดลอง สภาวะการทดลองไมเปนพษตอสงแวดลอม เชนเดยวกนกบการสงเคราะหโดยใชแสง แตพอลเมอรทสงเคราะหไดมกจะมมวลโมเลกลต าและยงมกงกานสาขาเปนจ านวนมาก ดงนนการสงเคราะหโดยใชเอนไซมเปนตวเรงจงไมเปนทนยมในกลมนกวทยาศาสตร

(4.) การสงเคราะหโดยใชเอนไซมเปนตวเรง

เมอไมนานมาน การสงเคราะหพอลอะนลนและอนพนธโดยใชเอนไซม เชน ฮอรสเซราดชเปอรออกซเดส (horseradish peroxidise, HRP) สามารถน ามาใชเปนตวเรงในกระบวนการพอลเมอไรเซชนแทนการใชตวออกซเดนทตางๆ ถงแมวธการนจะมประโยชน คอ เปนกระบวนการทไมเปนภยตอสขภาพของผทดลอง สภาวะการทดลองไมเป นพษตอสงแวดลอม เชนเดยวกนกบการสงเคราะหโดยใชแสง แตพอลเมอรทสงเคราะหไดมกจะมมวลโมเลกลต าและยงมกงกานสาขาเปนจ านวนมาก ดงนนการสงเคราะหโดยใชเอนไซมเปนตวเรงจงไมเปนทนยมในกลมนกวทยาศาสตร


17

2.2.1.3 การประยกตใชงานจากพอลอะนลนและอนพนธ

ดวยขอดหลายประการ อาทมวธการสงเคราะหทหลากหลาย มกระบวนการสงเคราะหทงาย มความเสถยรตอสภาพบรรยากาศและความชนสง และราคาถก ท าใหพอลอะนลนและอนพนธกลายเปนพอลเมอรทไดรบความสนใจและมการน ามาใชประโยชนทงในดานวทยาศาสตรและเทคโนโลยเปนอยางมาก โดยเฉพาะอยางยง การน าไปท าเซนเซอร (sensors) และการผลตถานชารจลเทยม (lithium-ionrechargeable batteries) ดงตอไปน

(1.) เซนเซอร

การวเคราะหเพอตรวจวดปรมาณสารตางๆ มความส าคญมากในงานทางเคมวเคราะห ดงนน เซนเซอรจงเปนอปกรณทจ าเปนในหองปฏบตการทท าหนาทแปลงสญญาณจากปฏกรยาเคมเปนสญญาณไฟฟาทสามารถตรวจวดและบนทกได เซนเซอรทใชฟลมของพอลเมอรน าไฟฟา โดยเฉพาะพอ-ลอะนลนและอนพนธ มการน ามาประยกตใชในกระบวนการทหลากหลาย ตงแตการควบคมคณภาพทางสงแวดลอม ไปจนกระทงการวนจฉยโรคทางการแพทย ในชวงหลายปทผานมา เซนเซอรทใชฟลมของพอ-ลอะนลนและอนพนธไดถกนามาใชเปนทงตวตรวจวดโมเลกลสารทางเคม (chemical sensors) เชน ตรวจวดแกสแอมโมเนย (ammonia, NH3) ตรวจวดปรมาณวตามนซหรอกรดแอสคอบก (ascorbic acid) และตวตรวจวดโมเลกลสารทางชวภาพ (biosensors) เชน กลโคส (glucose) เปนตน จดเดนของเซนเซอรชนดนคอ สามารถใชงานไดหลากหลายทอณหภมตางๆ ตวเซนเซอรมความไวสงในการตอบสนอง สามารถตรวจวดโมเลกลทมความเขมขนระดบตางๆ และมความเสถยรในระหวางทใชงาน

(2.) ถานชารจลเทยม

เนองจากลเทยมเปนโลหะทบางเบาทสด และใหศกยไฟฟาทสง ท าใหถานลเทยมถกน ามาใชอยางแพรหลายในโทรศพทมอถอ หรอเครองบนเลกบงคบวทย เปนตน แตอยางไรกตาม ถานลเทยมแบบธรรมดามขอจ ากด คอเสยหายงายและไมสามารถชารจซ าไดอก เพอใหถานท างานไดอยางปลอดภย มอายการใชงานทยาวนาน และน ามาชารจซ าไดหลายๆครง จงจ าเปนตองมการพฒนาถานลเทยมใหมคณภาพดขน จากงานวจยหลายๆชน พบวาถานชารจลเทยมพอลอะนลนมประสทธภาพสงกวาถานลเทยมแบบธรรมดา นอกจากนนแลว ถานชารจลเทยมพอลเมอรนยงงายตอการผลต มความแขงแรง ปลอดภย และบาง ท าใหสามารถผลตถานชารจลเทยมพอลเมอรใหมรปทรงตางๆ ตามความตองการใชงาน


18

2.2.2 แบคทเรยเซลลโลส (bacterial cellulose)

เซลลโลสจากแบคทเรย (gelatinous bacterial cellulose) เปนผลตภณฑทไดจากหมกของแบคทเรย Acetobacter xylinum โดยใชน ามะพราวและน าตาลทรายเปนแหลงอาหารและมการปรบคาพเอชใหอยในชวงกรด (pH4) โดยมชอเรยกทวไปวา วนมะพราว (NATA de coco) เซลลโลส (cellulose) เปนสารชวโมเลกลประเภทคารโบไฮเดรตทมหนวยยอยเปนน าตาลกลโคสเชอมตอกนดวยพนธะไกลโคซดกชนดบตา (1 ~ 4) [5]

2.2.2.1 โครงสรางและคณสมบตของแบคทเรยเซลลโลส

เซลลโลสจากแบคทเรย (bacterial cellulose) เปนชววสดธรรมชาตทไดรบความสนใจและศกษากนอยางแพรหลาย รจกกนดในชอ Nata de Coco หรอ วนมะพราว ผลตจากแบคทเรย อะซโตแบคเตอร ไซลนม (acetobacter xyilnum) หรออกชอหนงเรยกวา อะซตกแอซดแบคทเรย (acetic acid bacteria) โครงสรางประกอบดวยหนวยยอยทเรยกวาไมโครไฟบรล [24] ดงภาพท 2.7 และมลกษณะสณฐานวทยาดงภาพท 2.8 เปนจนสหนงซงเซลลมรปรางกลมรหรอรปทอนขนาดกวาง 0.6 – 0.8 ไมครอน ยาว 1.0 – 3.0 ไมครอน อยเดยว ๆ เปนคหรอเปนสายยาว บางชนดมรปรางไมแนนอน เ ชน กลม ยาว ร ป ถวย โ ค ง หรอแตกสาขา บางชนดเคล อนท ได โ ดยอา ศย pertichausflagella ไมสรางเอนโดสปอร (endospore) เซลลทยงออนอยยอมตดสแกรมลบ สวนเซลลแกจะยอมตดสไมแนนอนลกษณะส าคญของ acetobacter คอตองการอากาศ (strict aerobe) ในการเจรญเตบโตสามารถเจรญไดในชวงอณหภม 5 – 42 องศาเซลเซยส มอณหภมเหมาะสมท 30 องศาเซลเซยส และตองการอาหารทมความเปนกรดดางระหวาง 5.4 – 6.3 เสนใยมขนาดเลกมาก คอ หนาประมาณ 3 – 4 นาโนเมตร กวาง 60 – 80 นาโนเมตร และยาว ประมาณ 180 – 960 นาโนเมตรจากการทเสนใยมขนาดเลกมาก ดงนนจงท าปฏกรยากบสารเคมตาง ๆ ไดด เสนใยแคทเรยเซลลโลสไมมเฮไมเซลลโลส ลกนน และเพคตนเจอปนแลวเสนใยนมความเปน hydrophilic สง อมน าได 60 - 700 เทาของน าหนกแหง เสนใยมลกษณะใส ทนตอแรงดงไดดกวาไฟเบอรสงเคราะห โดยมคายงมอดลส (young´s modulus) ประมาณ 30,000 เมกกะปาสคาล (MPa) ซงสงกวา ไฟเบอรอนทรยประมาณ 4 เทา เสนใยทนตอแรงดงไดสงกวาไฟเบอรสงเคราะหตางๆ สามารถใชสารตงตนทมราคาถก หางาย สามารถควบคมคณสมบตทางกายภาพไดตามทตองการ [25, 26]


19

ภาพท 2.7 โครงสรางของแบคทเรยเซลลโลส ทมา : Renewable and Sustainable Energy Reviews 50 (2015) 204–213

ภาพท 2.8 ลกษณะสณฐานวทยาของแบคทเรยเซลลโลส ทมา : Renewable and Sustainable Energy Reviews 50 (2015) 204–213 2.2.2.2 การเตรยมหวเชอแบคทเรยเซลลโลส (1) เตรยมอาหารเลยงหวเชอ A. xylinum TISTR086 ประกอบดวยน ามะพราว 1,000 มลลลตร น าตาลทราย 50 กรม กรดอะซตกเขมขนรอยละ 5 โดยปรมาตร 10 มลลลตร ผสมใหเขากนท าการปรบคาพเอชใหเปน 4 ดวยการเตมกรดอะซตกเขมขนรอยละ 5 โดยปรมาตร น าไปท าใหปลอดเชอโดยหมอนงความดนไอน า (autoclave) ทอณหภม 121±1 องศาเซลเซยส ความดน 15 ปอนดตอตารางนว เปนเวลา 15 นาทจากนนตงทงไวใหเยน น าแอมพ (ampoule) ทมเชอ A.xylinum TISTR086 ใสลงในอาหารเลยง ตงทงไวเปนระยะเวลา 1 สปดาห (สงเกตมชนวนอยบรเวณดานบนของอาหารเลยง) สามารถท าการเพมจ านวนหวเชอและใชส าหรบการศกษาได


20

(2) เตรยมกากน าตาล 200 มลลลตร ทมการเจอจางใหมคาของแขงทละลายได(Total Soluble Solid; TSS) 12o Brix (โดยเจอจางกากน าตาลปรมาตร 37 มลลลตรดวยน ากลนปรมาตร 163 มลลลตร ซงกากนาตาลเรมตน มคาของแขงทละลายไดและคาความเปนกรด-ดาง (pH) เทากบ 65o Brix และ 6.0 ตามลาดบ) เตมแอมโมเนยมซลเฟต ((NH4)2SO4) 0.5 % (น าหนก/ปรมาตร) น าไปตมฆาเชอดวยความรอนอณหภม 100 องศาเซลเซยส เปนเวลา 10 นาท แลวปรบคาความเปนกรด-ดาง (pH) ใหได 4.5 ดวยกรดอะซตก น าไปใสในฟลาสกขนาด 500 มลลลตร เตมหวเชอ A. xylinum ลงไป 10 เปอรเซนต ตงไวทอณหภมหองเปนเวลา 3 วน (หวเชอมความเขมขน 107-108 cfu/ml) จะเกดแผนวนทผวหนา (3) แบคทเรยเซลลโลสสามารถเตรยมไดจากการหมก Nata de coco ดวยเชอแบคทเรย น า Nata de coco เจล (วนมะพราว) ทไดมาลางดวยน ากลนและท าการปนผสมใหเขากนโดยใชเครองผสม (blender) จากนนเตมสารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) ความเขมขน 0.1 โมลารลงไป และใหความรอนทอณหภม 80°C เปนเวลา 20 นาท หลงจากนนน าแบคทเรยเซลลโลสทไดมาลางดวยน ากลนจนไดคาความเปนกรด-ดาง (pH) เปนกลาง (pH≈7) เมอเสรจแลวจะไดเปนแบคทเรยเซลลโลสซสเพนชน จากนนท าการเกบแบคทเรยเซลลโลสซสเพนชนในตเยนภายใตอณหภม 0°C 2.2.2.3 การน าเซลลโลสจากแบคทเรยไปประยกตใชในงาน (1) น าเซลลโลสจากแบคทเรยผงไปผสมกบฟนอลเรซน หรอเสนใยคารบอน เพอชวยใหเสนใยดงกลาวขนรปเปนแผนไดงายขน (2) น าเซลลโลสจากแบคทเรยไปเปนสวนผสมรวมกบชตไพเบอรคารบอนกม มนต เพอเพมประสทธภาพในการดดซบสารพษ (3) น าเซลลโลสจากแบคทเรยไปผลตเปนกระดาษล าโพง ซงท าใหได คณภาพของเสยงดขนเมอเปรยบเทยบกบการใชวสดชนดอน (4) น าเซลลโลสจากแบคทเรยไปผสม กบพอลไวนลแอลกอฮอล เพอชวยใหไฟเบอรผสมทไดมความแขงแรงและทนทานมากขน สามารถใชเปนสารเพมความหนดและความคงตวในผลตภณฑอาหาร ยา และเครองส าอาง [27]


21

2.3 การประยกตใชงานของวสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลสในแผนซบสเตรทของเซลลไฟฟาแสงอาทตย

เซลลแสงอาทตย (solar cell) เปนสงประดษฐทสรางขนเพอเปนอปกรณส าหรบเปลยนพลงงานแสงอาทตยใหเปนพลงงานไฟฟา โดยการน าสารกงตวน า เชน ซลกอน ซงมราคาถกทสดและมมากทสดบนพนโลกมาผานกระบวนการทางวทยาศาสตรเพอผลตใหเปนแผนบางบรสทธ และทนททแสงตกกระทบบนแผนเซลล รงสของแสงทมอนภาคของพลงงานประกอบทเรยกวา โฟตอน (proton) จะถายเทพลงงานใหกบอเลกตรอน (electron) ในสารกงตวน าจนมพลงงานมากพอทจะกระโดดออกมาจากแรงดงดดของอะตอม (atom) และเคลอนทไดอยางอสระ ดงนนเมออเลกตรอนเคลอนทครบวงจรจะท าใหเกดไฟฟากระแสตรงขน

2.3.1 ประเภทของเซลลแสงอาทตยแบบสารกงตวน าประเภทซลคอน

เซลลแสงอาทตยทนยมใชกนในปจจบนแบงออกเปน 2 กลมใหญๆ คอ กลมเซลลแสงอาทตยทท าจากสารกงตวน าประเภทซลคอน แบงตามลกษณะของผลกทเกดขน คอ แบบทเปนรปผลก (crystal) และแบบทไมเปนรปผลก (amorphous) กลมทเปนรปผลกแบงเปน 2 ชนด คอชนดผลกเดยวซลคอน (single crystal silicon solar cell) และชนดผลกรวมซลคอน (polycrystalline silicon solar cell) และสวนทไมเปนรปผลก คอ ชนดฟลมบางอะมอรฟสซลคอน (amorphous silicon solar cell) ดงภาพท 2.9

แบบผลกเดยว

(single crystal) แบบผลกรวม

(poly crystal) แบบผลกอะมอรฟส

(amorphous)

ภาพท 2.9 เซลลแสงอาทตยทท าจากสารกงตวน าประเภทซลคอน ทมา : เทคโนโลยเซลลแสงอาทตย การไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย


22

2.3.2 หลกการท างานของเซลลแสงอาทตยแบบสารกงตวน าประเภทซลคอน หลกการท างานของเซลลแสงอาทตย เรมจากแสงอาทตยตกกระทบเซลลแสงอาทตย

จะเกดการสรางพาหะน าไฟฟาประจลบ (อเลกตรอน) และประจบวก (โฮล) ซงอยในภายในโครงสรางรอยตอพเอนของสารกงตวน า โดยโครงสรางรอยตอพเอนนจะท าหนาทสรางสนามไฟฟาภายในเซลล เพอแยกพาหะไฟฟาชนดอเลกตรอนใหไหลไปทขวลบ และท าใหพาหะน าไฟฟาชนดโฮลไหลไปทขวบวก ซงท าใหเกดแรงดนไฟฟาแบบกระแสตรงขนทขวทงสอง [28-30] เมอเราตอเซลลแสงอาทตยเขากบเครองใชไฟฟา กจะเกดกระแสไฟฟาไหลในวงจร เนองจากกระแสไฟฟาทไหลออกจากเซลลแสงอาทตยเปนชนดกระแสตรง ดงนน ถาตองการจายไฟฟาใหกบอปกรณไฟฟาทใชไฟฟากระแสสลบ ตองตอเซลลแสงอาทตยเขากบอนเวอรเตอร ( inverter) ซงเปนอปกรณทใชส าหรบแปลงไฟฟากระแสตรง (DC) ใหเปนไฟฟากระแสสลบ (AC) ดงภาพท 2.10

ภาพท 2.10 การเคลอนทของกระแสไฟฟาในสารกงตวน า

ทมา : ดดแปลงมาจากเทคโนโลยเซลลแสงอาทตย การไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย


23

2.3.3 สวนประกอบหลกของเซลลแสงอาทตยแบบสารกงตวน าประเภทซลคอน แรงเคลอนไฟฟาทผลตขนจากเซลลแสงอาทตยเพยงเซลลเดยวจะมคาต ามาก การ

น ามาใชงานจะตองน าเซลลหลาย ๆ เซลล มาตอกนแบบอนกรมเพอเพมคาแรงเคลอนไฟฟาใหสงขน เซลลทน ามาตอกนในจ านวนและขนาดทเหมาะสมเรยกวา แผงเซลลแสงอาทตย ( solar module หรอ solar panel) [31] ดงภาพท 2.11 ซงมสวนประกอบหลกๆคอ ฟรอนทอเลกโทรด (front electrode) สารกงตวน าชนดเอน (n-type silicon) สารกงตวน าชนดพ (p-type silicon) รอยตอพเอน (p-n junction) และแบคอเลกโทรด (back electrode)

ภาพท 2.11 สวนประกอบของเซลลแสงอาทตย

ทมา : Mat Dirjish : Electronic Design, May 16, 2012

2.3.3.1 แผนรองรบส าหรบเซลลแสงอาทตย (front electrode and back electrode) 4rv แผนรองรบส าหรบเซลลแสงอาทตยจากเดมเปนการเคลอบผว (coating) ขวไฟฟา Indium tin oxide (ITO) ลงบนแผนกระจก (cover glass) ท าใหหลกการท างานของเซลลแสงอาทตยเปนไปไดอยางไมมขอจ ากด ปจจบนจงเกดขอจ ากดในการน าเซลลแสงอาทตยไปใชงานในแอพพลเคชนตางๆ งานวจยนจงไดมงเนนไปในสวนของแผนรองรบทมความสามารถในการดดงอ โดยการขนรปวสดเชงประกอบ (conductive bacterial cellulose composite) ดงทกลาวมาตดกบชนของแผนแบคทเรยเซลลโลส (bacterial cellulose sheet) เปนลกษณะ 2 ชน (bi-layer) โดยชน


24

ของวสดเชงประกอบ จะเปนการแทนทของชนขวไฟฟา ITO และชนของแผนแบคทเรยเซลลโลสแทนทชนของกระจกดงภาพท 2.12

ภาพท 2.12 แสดงแผนผงการขนรปแผนรองรบส าหรบเซลลแสงอาทตยทมความสามารถในการดดงอ

2.3.3.2 n - type ซลคอน ซงอยดานหนาของเซลล คอ สารกงตวน าทไดการเจอดวยสารฟอสฟอรส มคณสมบตเปนตวใหอเลกตรอนเมอรบพลงงานจากแสงอาทตย และ p - type ซลคอน คอสารกงตวน าทไดการเจอดวยสารโบรอน ท าใหโครงสรางของอะตอมสญเสยอ เลกตรอน (โฮล) เมอรบพลงงานจากแสงอาทตย จะท าหนาทเปนตวรบอเลกตรอน เมอน าซลคอนทง 2 ชนด มาประกบตอกนดวย p - n junction จงท าใหเกดเปน " เซลลแสงอาทตย " ในสภาวะทยงไมมแสงแดด n - type ซลคอนซงอยดานหนาของเซลล สวนประกอบสวนใหญพรอมจะใหอเลกตรอน แตกยงมโฮล ปะปนอยบางเลกนอย ดานหนาของ n - type จะมแถบโลหะเรยกวา Front Electrode ท าหนาทเปนตวรบอเลกตรอน สวน p - type ซลคอนซงอยดานหลงของเซลล โครงสรางสวนใหญเปนโฮล แตยงคงมอเลกตรอนปะปนบางเลกนอย ดานหลงของ p - type ซลคอนจะมแถบโลหะเรยกวา Back Electrode ท าหนาทเปนตวรวบรวมโฮล


25

2.4 ทบทวนวรรณกรรม 2.4.1 Sh. M. Ebrahim (2007) ศกษาพอลอะนลน (PANI) ผสมดวยไตรอะซเตทเซลลโลส (CTA) เพอใหไดสมบตทางกลทดและคณสมบตทางไฟฟาทด ผลกระทบจากเปอรเซนตน าหนกของ PANI ทเกยวกบโครงสรางทางสณฐานวทยา ทางแสงและสมบตทางไฟฟาในฟลมผสมของ polyaniline และ cellulose triacetate (PANI / CTA) ไดรบการตรวจสอบ พบวามการน าไฟฟาของฟลมเพมขนเมอเพมสาร polyaniline ทมคาไมเกน 10-4 S/cm2 ทอณหภม 84 องศาเซลเซยส 2.4.2 Masaya Nogi (2007) สงเคราะหวสดเชงประกอบระหวาง acrylic resin กบ cellulose nanofibers โดยงานวจยนพบวา แผน acrylic resin ทขนรปไดนนไมสามารถพบงอได และเมอพบงอจะเกดการแตกหกขน แตเมอน า acrylic resin ไปขนรปเปนวสดเชงประกอบเขากบ cellulose nanofibers พบวาสามารถพบงอได นนคอ cellulose nanofibers เปนสารเสรมแรงทชวยเพมคณสมบตของแผน acrylic resin และเมอน าไปทดสอบแรงดงยด พบวาแผน acrylic resin มคาความเคน 25 MPa และแผนวสดเชงประกอบมคาความเคน 355 MPa นนคอวสดเชงประกอบสามารถทนแรงดงยดไดมากกวาแผน acrylic resin 2.4.3 Shinsuke Ifuku (2007) สกดเแบคทเรยเซลลโลส (BC) จาก acetylated เพอเพมคณสมบตของวสดเชงประกอบทโปรงใสของอะครลค (acrylic) การเสรมดวย nanofibers ของ nanofibers BC จาก acetylated พบวาการเลยวเบนของรงสเอกซแสดง acetylation ขนจากพนผวไปแกนกลางของ nanofibers BC และภาพกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราดแสดงใหเหนวาปรมาณของ nanofibers เพมขนโดยกลม acetyl acetate ขนาดใหญ เนองจาก acetylation ลดคาดชนการหกเหของวสดเชงประกอบ ทประกอบดวย nanofiber BC 63% 2.4.4 Zun-li Mo (2009) วจยการผลตวสดเชงประกอบน าไฟฟาระหวางแบคทเรยเซลลโลสและพอลอะนลนโดยปฏกรยาทางเคม จากนนน าวสดเชงประกอบไปวเคราะหโครงสรางและสณฐานวทยา โดยการวเคราะหความรอนบงชใหเหนวาวสดเชงประกอบมความเสถยรภาพมากกวาแบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และพบวาวสดเชงประกอบทเตรยมดวยกรด di-base แสดงการน าไฟฟาทดกวาวสดเชงประกอบทเตรยมดวยกรด monobasic 2.4.5 ยงพศ พรพฒน (2011) ศกษาพอลอะนลนซงเปนพอลเมอรน าไฟฟาชนดหนง ทถกน ามาใชประโยชนในงานหลายๆดาน เนองจากมวธการสงเคาระหทงาย มความเสถยรตอสภาพบรรยากาศและความชน และราคาถก โครงสรางทางเคมทส าคญของพอลอะนลนคอ มระบบแบบไพคอนจเกต และวงแหวนอะโรมาตกทมอะตอมของธาตไนโตรเจนอยในวงแหวน เนองดวยโครงสรางทม


26

สมบตรดอกซและเปลยนไปตามคาของพเอช ท าใหพอลอะนลนเปนพอลเมอรอนทรยทน าไฟฟาทมการศกษามากทสด 2.4.6 เสนอ ชยรมย (2012) พอลอะนลนซงเปนพอลเมอรนาไฟฟาไดชนดหนง พอลอะนลนและอนพนธถกนามาใชประโยชนในงานหลายๆ ดานอยางมาก เนองจากมวธการสงเคราะหทงาย มความเสถยรตอสภาพบรรยากาศและความชนสง และราคาถก โครงสรางทางเคมทสาคญของพอลเมอรกลมพอลอะนลน มระบบแบบไพคอนจเกต และวงแหวนอะโรมาตกทมอะตอมของธาตไนโตรเจนอยในวงแหวน เนองดวยโครงสรางทมสมบตรดอกซและเปลยนไปตามคาของพเอช ทาใหมพอลอะนลนเปนพอลเมอรอนทรยทนาไฟฟาทมการศกษามากทสด การสงเคราะหพอลอะนลนและอนพนธ มวธการสงเคราะหทวไป ไดแก การสงเคราะหทางเคม การสงเคราะหทางเคมไฟฟา การสงเคราะหโดยใชแสง และการสงเคราะหโดยใชเอนไซมเปนตวเรง ดวยขอดหลายประการ ทาใหพอลอะนลนและอนพนธกลายเปนพอลเมอรทมการพฒนาและนามาใชประโยชนทงในดานวทยาศาสตรและเทคโนโลยเปนอยางมากในปจจบน 2.4.7 Zhijun Shi (2012) สงเคราะหแบคทเรยเซลลโลส (bacterial cellulose) จาก Gluconacetobacter xylinum ทประกอบดวยเสนใยนาโน สวนของพอลอะนลน เปนพอลเมอรน าไฟฟา เปนการน าพอลอะนลนสงเคราะหบนพนผวของแบคทเรยเซลลโลส เพอเพมการน าไฟฟาของอปกรณอเลกทรอนกส โดยปจจยการสงเคราะหดงกลาวจะตองค านงถง เวลา ปฏกรยาชนดของพอลเมอร ซงมบทบาทส าคญตอคณสมบตการน าไฟฟาของวสดเชงประกอบ 2.4.8 S. Ummartyotin (2012) วจยวสดเชงประกอบทเตรยมจากแบคทเรยแซลลโลส (10-50 wt.%) กบพอลยรเทน (PU) เปนแผนรองรบส าหรบ organic light emitting diode (OLED) พบวาคาการสองผานแสงของวสดเชงประกอบมคารอยละ 80 และทอณหภม 150 องศาเซลเซยส มคาสมประสทธการขยายตวทางความรอน (CTE) 20 ppm/K และคณสมบตส าคญอกอยางของวสดเชงประกอบคอคาดชนหกเหของแสง (RI) ของพอลยลเทน กบแบคทเรยเซลลโลสมคาใกลเคยงกน สงมผลตอการกระเจงแสงของวสดเชงประกอบ 2.4.9 S. B. Kondawar (2012) ศกษาพอลเมอรอยางกวางขวางเนองจากคณสมบตทางอเลกทรอนกสและสารรดอกซทนาสนใจ และการใชงานทมศกยภาพมากมาย เพอปรบปรงและขยายขดความสามารถการผลตพอลเมอร วสดเชงประกอบไดดงดดความสนใจอยางมากกบการถอก าเนดของมตนาโน ซงศกษาเปรยบเทยบนาโนคอมโพสตทสงเคราะหขนโดยการเกดปฏกรยาออกซเดชน และตรวจสอบคณสมบตโดยเทคนค การศกษาหมฟงกชน (FTIR) การสแกนดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM) และการเลยวเบนรงสเอกซ (XRD) เปนวธทงายในการก าหนดลกษณะของ PANI บรสทธและ nanocomposite PANI-CNT


27

2.4.10 U.M. Casado (2012) ศกษาการท า polyaniline (PANI) และเสนใยเซลลโลสเคลอบ PANI (PANI-NC) ทเจอดวยกรดไฮโดรคลอรก ถกสงเคราะหโดยใชวธการทางเคมและการกระจายตวอกครงใน methyl isobutyl ketone (MIBK) โดย ultrasonication ฟลมคอมโพสตเตรยมโดยการผสมสารกระจายตวกบการแบงสวนยรเทน (SMPu) ใน MIBK ตามดวยการหลอและการระเหยตวท าละลาย เสนใย PANI-NC มความสามารถในการเปนสอกระแสไฟฟามากกวากลม PANI สมบตทางกลและรปรางของยรเทน ไมไดรบผลกระทบหรอเปลยนแปลงเลกนอยดวยการเพม nanofibers โดยเฉพาะอยางยง การเพมขนของโมดลสแรงดงนนเอง 2.4.11 Natthaphon Bunnak (2013) การปรบปรงคณสมบตของอเลกทรกของ poly (vinylidene difluoride) (PVDF) ทมนยส าคญสามารถท าไดโดยเตมสาร (Ba-PCH) ทมรพรนเปนจ านวนมาก ในบทความนประกอบฟลมของ PVDF ทมปรมาณสาร Ba-PCH ตางกนถกประดษฐดวยวธการบบอด ภาพ SEM ระบการกระจายตวทดของ Ba-PCH ในเมทรกซ PVDF เนองจากอนภาคมการปรบปรงคณสมบตเชงกลและความรอนในฟลมคอมโพสต ฟลมมความทนความรอนสงระหวาง446 ° C และ 452 ° C ขนอยกบปรมาณของ Ba-PCH ทเตม การเพม Ba-PCH ในเมทรกซ PVDF ลดเฟสทไมเปนขว -เฟส ของ PVDF ซงสงผลใหเกดขวโลกขว -เฟส มการลดลงของเฟสไมเปนขวของ PVDF 2.4.12 U.M. Casado (2014) ท าพอลอะนลน (PANI) และโครงสรางนาโน PANI (PANI-NC) เคลอบดวยเซลลโลสทมขนาดประมาณ 80-100 นาโนเมตร ทเตมดวยกรดไฮโดรคลอรกถกสงเคราะหดวยวธโซโนเคม ทงสองแบบอนภาคน าไฟฟาเปนสอกระแสไฟฟา (กระแสไฟฟาตรงท 0.059 และ 0.075 S/cm-1 ส าหรบ PANI และโครงสราง PANI-NC ตามล าดบ) และสามารถกระจายตวไดงายในน า น าไปสสารแขวนลอยทยงคงมเสถยรภาพนานกวา 4 ชวโมง สณฐานวทยา รปผลก การน าไฟฟา และเสถยรภาพทางความรอนของโครงสรางพนฐานของ PANI ไดรบการตรวจสอบและเปรยบเทยบ นอกจากนยงมการใชสเปกโตรสโคป UV-Vis และการไหลของสารแขวนลอยเพออธบายคาทวดได 2.4.13 K. Saranya (2015) ท าพอลเมอร (CPs) โดยตรวจสอบและใชกนอยางกวางขวางในการใชงานตางๆ เชน เซนเซอร supercapacitors อปกรณจดเกบขอมลพลงงานเซลลแสงอาทตยไวแสง (DSSC) และอน อเลคโทรดท าหนาทเปนตวแทนการถายโอนอเลกตรอนและตวท าซ าของคสารรดอกซ จนถงปจจบนวธการและวสดทใชในการเตรยมขวไฟฟาตางกน นอกจากนยงแสดงคณลกษณะทพงปรารถนาส าหรบวสดอเลกโทรดและวธการประเมนผล เชน โวลตตอเมทรไซเคล (CV) ไฟฟาเคมอมพแดนซสเปกโตรสโกป (EIS) Tafel polarization และ chronoamperometry ดวยการศกษาประสทธภาพของโซลารเซลลส าหรบ DSSCs


28

2.4.14 Tiago Dias Martins (2015) ศกษาสมบตการโปรงแสงของวสดเชงประกอบของอะคลค (acrylic) กบแบคทเรยเซลลโลส (BC) โดยพบวาคาการสองผานแสงของวสดเชงประกอบมคารอยละ 63 ทความยาวคลน 580 นาโนเมตร และพบวาแบคทเรยเซลลโลสท าใหคณสมบตของพนผวเปลยนไป นนคอสงผลใหคาสมประสทธการขยายตวทางความรอน (CTE) ของวสดเชงประกอบมคาจาก 3×10-6 เปน 1×10-6 2.4.15 Xiangtao Liang (2015) เตรยมไฮโดรเจลน าไฟฟาประกอบดวยไมโครเซลลโลสเซลลโลส (MCC) และพอลไพรอล (PPy) ในของเหลวไอออนก และไฮโดรเจลทเกดเปนลกษณะทม FT-IR, SEM, XRD และ TGA โดยการเจอกบ TsONa, hydrogel คอมโพสต MCC / PPy มการน าไฟฟาคอนขางสง วดโดยใชวธการตรวจสอบสจด จลนพลศาสตร การบวมของไฮโดรเจนคอมโพสตชใหเหนวากระบวนการบวมสวนใหญไดรบอทธพลจากปรมาณเซลลโลส และความสมดล ของอตราสวนการบวมลดลงเนองจากการเพมขนของปรมาณ MCC ในไฮโดรเจล 2.4.16 Lian Tang (2015) ท าเยอแผนพอลไพโรลทเปนสอกระแสไฟฟาทมความยดหยนสง ขนอยกบแบคทเรยเซลลโลส (BC) เตรยมโดยการสงเคราะหสารเคมและแทรกซมดวยสารละลายพอลแซนซน (polysiloxane) ออก ผลการทดลองนชใหเหนวาพอลไพโรล (PPy) อนภาคนาโนทสะสมบนผวของ BC สรางโครงสรางอยางตอเนอง โดยการใชแมแบบ BC หลงจากการดดแปลง polysiloxane ลกษณะพนผวของเยอ BC membranes ทเปนสอกระแสไฟฟาเปลยนจาก highhydrophilic ไปเปน hydrophobic ภาพ AFM พบวาคาความขรขระของตวอยางหลงการเจอดวยพอลแซกโซแอกเซยลเพมขน มมสมผส (CAs) ชใหเหนวามมสมผสน าสงสดและมมสมผสน ามน

สงสดคอ 160.3 ◦และ 136.7 ◦ ตามล าดบ คาการน าไฟฟาของเยอ amphiphobic มความยดหยนสงถง 0.32 S/cm2 และมประสทธภาพในการปองกนไฟฟาดวย SE ท 15 dB ซงสามารถใชกบวสดปองกนไฟฟาสถตทมคณสมบตในการท าความสะอาดตวเอง 2.4.17 Sarute Ummartyotin (2015) สนใจและปรบเปลยนรปแบบการลงทน มความสอดคลองกนมากขน สมบตของเซลลโลสทเกดจากความสงความทนทานตอสารเคม มการขยายตวทางความรอนและความฉบไวของเทคโนโลย การใชประโยชนจากเซลลโลส ทไมผานการใหความเคมเนองจากการออกแบบเซลลโลสองคเจทและคอมโพเนนตคารบอน การวเคราะหความเขม ขนของอนภาคเซลลโลส การประยกตใชเซลลโลสน าไฟฟาจงน าเสนอในลเธยมแบบชารจไฟไดแบบแบตเตอร


29

บทท 3 วธการวจย

3.1 วสดอปกรณ

3.1.1 สารเคมทใชในการทดลอง

3.1.1.1 วนมะพราว (Coconut jelly) จ านวน 3 กโลกรม จากตลาดไท รงสตปทมธาน 3.1.1.2 โซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) UN 1823 มวลโมเลกล 40 กรมตอโมล i890-3Index-No : 011-002-00-6 Made in Germany เปดใชวนท 3 พฤศจกายน 2558 3.1.1.3 Deionized water (DI water) จ านวน 20 ลตร 3.1.1.4 พอลอะนลน (Emeraldine salt) มวลโมเลกลมากกวา 15000 กรมตอโมลขนาด 3-10 ไมโครเมตร จดหลอมเหลวมากกวา 300 องศาเซลเซยส ความหนาแนน 1.36 กรมตอมลลลตร คาการน าไฟฟา 10 -2- 102 ซเมนตตอเซนตเมตร PCode : 101521954 Made in Germany 3.1.1.5 ตวท าละลายเตตระไฮโดรฟราน (Tetrahydrofuran) มวลโมเลกล 72.11 กรมตอโมล จดเดอด 66 องศาเซลเซยส จดหลอมเหลว -108.5 องศาเซลเซยส ความหนาแนน 0.886 กรมตอมลลลตร 3.1.2 อปกรณในการเตรยมชนงาน

3.1.2.1 เครองกวน รน Eurostar digital IKA-WERKE ความถ 50-2000 เฮรต 3.1.2.2 เครองปน รน House Worth, 220-240 โวลต, ความถ 50 เฮรต 3.1.2.3 เตาเผารน (Hotplate Stirrer) Scilogex ยหอ MS7-H550-S ของบรษท Daihan Co.,Ltd Lab tech 3.1.2.4 เตาอบรน UE400 ยหอ MEMMERT ตดตงวนท 6 มนาคม 2547 ของบรษท ยแอนดว โฮลตง (ไทยแลนด) จ ากด 3.1.2.5 ปมกรองน าและทกรองรน Rocker 300 Power : AC 200-240 โวลตความถ 50/60 เฮรต กระแส 0.3 แอมแปร Vacuum : 650 มลลเมตรปรอท Cat.No. : 167300-22 Made in Taiwan 3.1.2.6 บกเกอรขนาด 5000 1000 1500 มลลลตร


30

3.1.2.7 ขวดรปชมพขนาด 1000 มลลลตร 3.1.2.8 กระดาษกรอง Qualitative Circles 125 mm Cat No.1001 125

3.2 การทดลอง

ในการทดลองนเราจะท าการผสมสารละลายแบคทเรยเซลลโลสกบสารละลายพอลอะนลนเขาดวยกนเพอน าไปขนรปเปนแผนวสดเชงประกอบ โดยมขนตอนการขนรปหลกๆคอ การเตรยมสารละลายแบคทเรยเซลลโลส (bacterial cellulose : BC) การหารอยละของแบคทเรยเซลลโลสในสารละลายแบคทเรยเซลลโลส การเตรยมสารละลายพอลอะนลน (polyaniline : PANI) การเตรยมสารละลาย BC : PAn เขาดวยกน และการขนรปสารละลาย BC : PANI เปนวสดเชงประกอบ

3.2.1 การเตรยมสารละลายแบคทเรยเซลลโลส (bacterial cellulose , BC) แบคทเรยเซลลโลสสามารถเตรยมไดจากการหมก Nata de coco ดวยเชอแบคทเรย น า Nata de coco jelly (วนมะพราว) ทไดมาลางดวย deionized water (DI water) น ามาปนใหละเอยด และท าการกวนใหเขากนโดยใชเครองกวน จากนนเตมโซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) ในอตราสวนสารละลายวนมะพราว 100 มลลลตร ใช NaOH 1 กรม และใหความรอนทอณหภม 80 องศาเซลเซยส เปนเวลา 20 นาท หลงจากนนน าแบคทเรยเซลลโลสทไดมาลางดวย DI water จนไดคาความเปนกรด-ดาง (pH) เปนกลาง (pH≈7) เมอเสรจแลวจะไดเปนแบคทเรยเซลลโลสซสเพนชน จากนนท าการเกบแบคทเรยเซลลโลสซสเพนชนในตเยนภายใตอณหภม 0 องศาเซลเซยส ดงภาพท 3.1 ขนตอนการเตรยมสารละลายแบคทเรยเซลลโลส

ภาพท 3.1 ขนตอนการเตรยมสารละลายแบคทเรยเซลลโลส


31

3.2.2 การเตรยมสารละลายพอลอะนลน (polyaniline , PANI) เนองจากพอลอะนลนเปนสารทมลกษณะเปนผง (powder) จงตองท าการเตรยมใหมสถานะเปนสารละลาย (solution) เพอจะไดขนรปเขากบแบคทเรยเซลลโลสไดด โดยน าพอลอะนลนไปท าละลายกบตวท าละลายเตตระไฮโดรฟราน (tetrahydrofuran) โดยมขนตอนการเตรยม คอ ชงพอลอะนลน 0.5 กรมลงในตวท าละลายเตตระไฮโดรฟราน 300 มลลลตร คนดวยเครองกวนและแมคคานกสบารจนกวาสารละลายจะละลายเปนเนอเดยวกน ดงนนจะไดสารละลายพอลอะนลนทมความเขมขน 0.5 กรมตอตวท าละลาย 300 มลลลตร ดงภาพท 3.2 ขนตอนการเตรยมสารละลาย พอลอะนลน

ภาพท 3.2 ขนตอนการเตรยมสารละลายพอลอะนลน 3.2.3 การเตรยมวสดเชงประกอบระหวางสารละลายแบคทเรยเซลลโลสและพอลอะนลน รอยละของแบคทเรยเซลลโลส = 100 × ปรมาณแบคทเรยเซลลโลส/ปรมาณสารละลาย (1) เนองจากเราตองการเตรยมสารละลายระหวาง ปรมาณแบคทเรยเซลลโลสกบสารละลายพอลอะนลน ในอตราสวนดงตารางท 1 ดงนนเราจงค านวณหาปรมาณสารละลายแบคทเรยเซลลโลสไดจากสมการท (1) ยกตวอยางอตราสวน 1:1 จะตองใชปรมาณแบคทเรยเซลลโลส 1 กรม เมอแทนคาตามสมการจะได 1.1= 100×1/ปรมาณสารละลาย จะไดปรมาณสารละลายประมาณ 90 มลลลตร นนคอแบคทเรยเซลลโลสตอสารละลายพอลอะนลน (BC : PANI) ทอตราสวน 1:1 เราจะตองตวงสารละลายแบคทเรยเซลลโลส 90 มลลลตร ผสมกบสารละลาย พอลอะนลน 1 และในอตราสวนอนๆ กไดค านวณจากสตรดงกลาวเชนกน ดงภาพท 3.3 ขนตอนการเตรยมวสดเชงประกอบระหวางสารละลายแบคทเรยเซลลโลสและพอลอะนลน


32

ภาพท 3.3 ขนตอนการเตรยมวสดเชงประกอบระหวางสารละลายแบคทเรยเซลลโลสและ พอลอะนลน

ตารางท 3.1 แสดงอตราสวนระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบสารละลายพอลอะนลน

อตราสวน แบคทเรยเซลลโลส (BC) (กรม)

พอลอะนลน (PANI) (กรม)

1:1 1 1 1:3 1 3 1:5 1 5 1:10 1 10 3:1 3 1 5:1 5 1 10:1 10 1

เมอไดอตราสวนดงกลาวทง 7 อตราสวน จากนนน าแตละอตราสวนไปกรองโดยใหน าไหลผานตามแรงโนมถวง และน าไปทบเพอซบน าจนกวาจะแหง จงไดแผนวสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลสทง 7 แผน และน าไปทดสอบคณสมบตตางๆ

Bacterial cellulose composite


33

3.2.4 การตรวจสอบสมบตเบองตนของวสดเชงประกอบและการศกษาถงความเปนไปไดในการประยกตใชงานเปนแผนซบสเตรทของอปกรณอเลกทรอนกส 3.2.4.1 ทดสอบสมบตทางไฟฟาของวสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลส โดยวเคราะหจากคาคงทไดอเลกทรก และการสญเสยไดอเลกทรกของวสดเชงประกอบ ดวยเครองมอ

Dielectric by Agilent E4294A โดยการตดชนงานตวอยางขนาดเสนผานศนยกลาง 10 มลลเมตร ทง 8 อตราสวน ทดสอบทยานความถ 102-106 Hz โดยท าการเชดท าความสะอาดแทนวางสารตวอยาง จากนนใชครมหนบสารตวอยางลงบนแทนวางโดยไมใหสารตวอยางสมผสกบนวมอ และใหทกสวนของสารตวอยางสมผสกบขวอเลกโทรดดงภาพท 3.4 (ก) เพอใหอานคาความเกบประจของสารตวอยางในแตละยานความถ 102-106 Hz ผานจอรบสญญาณดงภาพท 3.4 (ข) ซงคาความเกบประจดงกลาวจะสามารถน าไปค านวณหาคาคงทไดอเลกทรกไดจากสมการ

A

dC k

0

p

โดยท k คอ คาคงทไดอเลกทรก

Cp คอ คาความเกบประจ

d คอ ความหนาของชนงานตวอยาง

0 คอ คาไดอเลกทรกมคา 8.85x10-12

A คอ พนทผวของชนงานตวอยางทสมผสกบขวอเลกโทรด

(ก) (ข)

ภาพท 3.4 (ก) ขวอเลกโทรด (ข) จอภาพรบสญญาณ


34

3.2.4.2 ทดสอบสมบตทางความรอนของวสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลส โดยวเคราะหทน าหนกของสารเมอเทยบกบอณหภมท เปลยนแปลงไป ดวยเทคนค Thermo Gravimetric Analysis (TGA) ซงใชเครองมอทดสอบรน TA Instruments SDT 2960 Simultaneous DTA-TGA / DSC-TGA โดยเตรยมชนงานขนาด 5x5 มลลเมตร ทง 8 อตราสวนทดสอบทชวงอณหภมหองถง 700 องศาเซลเซยส โดยตวอยางจะถกวางบนจานขนาดเลก ดงภาพท 3.5 ซงเชอมตอกบเครองชงละเอยดทมความไวตอการเปลยนแปลงสง โดยททงหมดจะอยในเตาทสามารถควบคมอณหภมและบรรยากาศได ซงบรรยากาศภายในเปนแกสไนโตรเจน โดยน าหนกของตวอยางทเปลยนแปลงจะเกดขนทอณหภมเฉพาะของสารแตละชนด โดยน าหนกทหายไปนนเกดมาจากการระเหย การยอยสลาย หรอการเกดปฏกรยาตางๆ

ภาพท 3.5 จานวางสารตวอยางบนเครองชงละเอยดทมความไวตอการเปลยนแปลงสง

ทมา : https://www.netzsch-thermal-analysis.com

3.2.4.3 ทดสอบสมบตเชงกลของวสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลส โดยวเคราะหทความทนแรงดง มอดลส และรอยละการยดตวของวสดเชงประกอบ จากเครองทดสอบ Tensile stress ของยหอ Tinius Olsen รน Materials testing Machine/Electromechanical H5KS โดยเตรยมชนงานตวอยางขนาด 20x20 มลลเมตร ทง 8 อตราสวน และใชอตราการดง 5 มลลเมตรตอนาท โดยกลงชนงานตวอยาง และตรวจสอบความยดแนนของหวจบชนงาน จากนนตรวจสอบความเรยบตรงของชนงาน โดยจะตองไมโกงงอ และท าการดงดวยเครองดง ซงเมอดงเสรจสน ชนงานจะขาดอออกจากกนเปนสองสวน และบนทกขอมลทได


35

3.2.4.4 ทดสอบสมบตทางแสงของวสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลส เพอศกษาการสองผานแสงของวสดเชงประกอบ โดยมความตองการรอยละการสองผานแสงมากใหเทยบเทากบกระจก ทดสอบท ความยาวคลน 200-1000 นาโนเมตร ดวยเทคนค UV-Vis spectrometer ยหอ Shimadzu รน Single monochromator UV-2600 Optional ISR-2600 Plus ความยาวคลนในชวง 220-1400 นาโนเมตร โดยเตรยมชนงานขนาด 10x30 มลลเมตร ทง 8 อตราสวน เมอท าการทดสอบ โมเลกลของตวอยางถกฉายดวยแสงในชวงรงสยวหรอแสงขาวชนด Photomultiplierทมพลงงานเหมาะสมจะท าใหอเลกตรอนภายในอะตอมเกดการดดกลนแสงเปนแบบล าแสงค (double beam) โดยมแหลงก าเนดแสงเปนหลอดดวเทอเรยม และหลอดทงสเตนฮาโลเจน แลวเปลยนสถานะไปอยในชนทมระดบพลงงานสงกวา เมอท าการวดปรมาณของแสงทผานหรอสะทอนมาจากตวอยางเทยบกบแสงจากแหลงก าเนดทความยาวคลนคาตางๆตามกฎของ Beer-Lambert คาการดดกลนแสง (absorbance) ของสารจะแปรผนกบจ านวนโมเลกลทมการดดกลนแสง

3.2.4.5 ทดสอบสมบตทางเคมของวสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลส โดยวเคราะหทหมฟงกชนของแบคทเรยเซลลโลส พอลอะนลน และวสดเชงประกอบ ดวยเทคนค Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) เปนเครองมอส าหรบวเคราะหหาชนดของสาร โดยการวดการดดกลนแสงของสารในชวงอนฟราเรด( Infrared : IR) ทเปนของยหอ Bruker รน EQUINOX 55 เลขคลน ±1 ตอเซนตเมตร โดยเตรยมชนงานตวอยางขนาด 10x10 มลลเมตร ทดสอบสารตวอยางทยานความถ 400-4000 เซนตเมตร-1 โดยการดดกลนรงสอนฟราเรดตรงกบพลงงานในชวง 2-10 กโลแคลอรตอโมล พลงงานของรงสแมเหลกไฟฟายานนกอใหเกดการสนแบบยด และแบบงอ ของพนธะในโมเลกลของสาร กลาวคอการทสารจะดดกลนรงสอนฟราเรดนน ความถของรงสทถกดดกลนจะตองตรงกบความถของการสนของพนธะเทานน

3.2.4.6 ทดสอบสมบตทางกายภาพดวยการวเคราะหสณฐานวทยาของวสดเชงประกอบโดยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผาน Scanning Electron Microscope (SEM) ของยหอ HITACHI รน S-3400N PC-Based Variable Pressure Type II มองศาการหมน 360 องศา เอยง -20 ถง +90 องศา โดยเตรยมตวอยางขนาด 10x10 มลลเมตร ทง 8 อตราสวน น าไปเคลอบทองเพอใหผวของชนงานตวอยางน าไฟฟา เพอศกษาโครงสรางจลภาค (microstructure) ของพนผวของวสดเชงประกอบ


36

3.2.4.7 วเคราะหความขรขระของพนผวโดยกลองจลทรรศนแรงอะตอม ดวยเทคนคAtomic Force Microscope (AFM) เปนเครองมอทดสอบความเรยบของพนผว ขนาดของตวอยาง 10x10 มลลเมตร ทง 8 อตราสวน โดยศกษาความขรขระของพนผวของวสดเชงประกอบ เพอน าไปประยกตใชงานเปนแผนซบเสตรท เนองจากแผนซบเสตรทจะตองมความเรยบเพอทจะไมเกดการแตกหกขณะใชงาน อกทงยงสงผลตอการดดกลนแสงไดด เปนผลใหเซลลแสงอาทตยกกเกบพลงงานแสงไดมากขน

3.2.4.8 วเคราะหความเปนผลกของวสดเชงประกอบดวยเทคนค X-ray diffraction (XRD) ของยหอ Bruker รน D8 Advance (Low and High angle) กวาดมม 2theta ตงแต 20-100 องศา เตรยมชนงานตวอยางขนาด 10x10 มลลเมตร ทง 8 อตราสวน เพอศกษาความเปนผลกของวสดเชงประกอบเทยบกบแบคทเรยเซลลโลส และพอลอะนลน

โดยจากภาพท 3.3 ขนตอนการเตรยมวสดเชงประกอบระหวางสารละลายแบคทเรยเซลลโลสและพอลอะนลน จงน าไปสขนตอนการทดสอบสารตวอยางดงภาพท 3.6 แผนภาพการทดสอบสมบตของวสดเชงประกอบ

การจ าแนกประเภทของสาร โครงสรางเฟส

ลกษณะสณฐานวทยา ความขรขระของพนผว

การสลายตวของน าหนก การสองผานแสง

สมบตทางไดอเลกทรก สมบตเชงกล

ภาพท 3.6 แผนภาพการทดสอบสมบตของวสดเชงประกอบ

ทดสอบ


37

บทท 4

ผลการวจยและอภปรายผล

4.1 การจ าแนกประเภทของสารโดยการดดกลนรงสอนฟราเรด (FT-IR Spectroscopy)

การจ าแนกประเภทของสาร พบวาสารละลายพอลอะนลนทเตรยมไดมลกษณะเปนของเหลว สเขยวเขม ปรากฏเลขคลนและ vibration modes ปรากฏเลขคลนส าคญท 809 cm-1 เปนการสนแบบ bending vibration ของ N-H band เลขคลนท 1125 cm-1 เปนการสนแบบ stretching vibration ของ C-H band ในวงเบนซน (benzene ring) เลขคลนท 1294 cm-1 เปนการสนแบบ stretching vibration ของ C-N band และเลขคลนท 1485 cm-1 กบ 1670 cm-1 เปนการสนของ N-A-N กบ N=B=N โดยท A และ B คอ benzenoid และ quinoid moieties ตามล าดบ [32, 33] และพบวาแบคทเรยเซลลโลส (Pure BC) ปรากฏเลขคลนท 3439 cm-1 แสดงการสนแบบ stretching vibration ทเปนหม hydroxyl (O-H group) เลขคลนท 2917 cm-1 แสดงการสนแบบ asymmetrically stretching vibration ของ C-H band ดงตารางท 4.1 แสดงการดดกลนรงสอนฟราเรดและแสดงพคทส าคญของวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวนตางๆเทยบกบแบคทเรยเซลลโลส และพอลอะนลน [34, 35]

ภาพท 4.1 การเกดปฏกรยาของวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลน

ดดแปลงมาจาก : RSC Advances, 2012, 2, 1040–1046

จากผลการทดลอง ผท าการทดลองแบงรปแบบกราฟออกเปน 2 รปแบบดวยกน คอ รปแบบแรกเปนรปแบบของการเพมปรมาณสารละลายพอลอะนลน (PAIN) ในอตราสวนตางๆ คอ 1:1 1:3 1:5 และ 1:10 โดยทแบคทเรยเซลลโลสมปรมาณ 1 กรมเทาเดม และในรปแบบทสองเปนการเพม


38

ปรมาณแบคทเรยเซลลโลส (Pure BC) ในอตราสวนตางๆคอ 1:1 3:1 5:1 และ 10:1 โดยทสารละลายพอลอะนลนมปรมาณ 1 กรมเทาเดม

ผลการวเคราะหโดยเทคนค FT-IR spectra ในรปแบบแรก ดงภาพท 4.2 แสดงสเปกตราของพอลอะนลน และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 1:3 1:5 1:10 เทยบกบ BC Pure แสดงต าแหนงของพคตามลกษณะสมพนธของวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบสารละลายพอลอะนลน [36] นนคอเกดหม C-H band กบ O-H group แสดงเปนแบคทเรยเซลลโลส และเกดหม –NH group , benzenoid และ quinoid moieties แสดงเปนสารละลายพอลอะนลน ซงหมฟงก ชนของสารทงสองเกดปฏกรยา polymerization ดงแสดงในโมเดลของภาพท 4.1 การเกดปฏกรยาของวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบสารละลายพอลอะนลน สามารถยนยนวาเกดพอลอะนลนบนเสนใยแบคทเรยเซลลโลสจรง โดยทหมฟงกชน O-H group ของแบคทเรยเซลลโลสท าปฏกรยากบ –NH group ของสารละลายพอลอะนลน จบกนไดพอดเกดเปนพนธะไฮโดรเจน (Hydrogen bonds) ดงนนจากผลการวเคราะหจงแสดงใหเหนวาวสดเชงประกอบในรปแบบแรกทกอตราสวน เหมาะแกการน าไปขนรปเปนแผนซบสเตรทส าหรบเซลลแสงอาทตย เนองจากมหมฟงกชนครบตามลกษณะสมพนธของวสดเชงประกอบ และจบกนดวยพนธะไฮโดรเจนทแขงแรง จงจะแสดงสมบตเปนแผนซบสเตรททดทจะน าไปประยกตใชส าหรบเซลลแสงอาทตย

ผลการวเคราะหโดยเทคนค FT-IR spectra ในรปแบบทสอง ดงภาพท 4.3 แสดงสเปกตราของพอลอะนลน และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 3:1 5:1 10:1 เทยบกบ BC Pure ซงพบวาต าแหนงของพคทแสดงนนไมครบตามลกษณะสมพนธของวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบสารละลายพอลอะนลน เมอสารทงสองเกดปฏกรยา polymerization ไดเปนสารใหมทไมใชวสดเชงประกอบทมสมบตตามตองการ เนองจากผท าการทดลองไดเพมปรมาณแบคทเรยเซลลโลสลงในสารละลายพอลอะนลน ท าใหทราบวาหมฟงกชนของพอลอะนลนคอยๆหายไปจนหมดลงตามอตราสวนทเพม [37] จนถงอตราสวนสดทายคอ 10:1 พบวาเหลอเพยง O-H group อยบนวสดเชงประกอบเทานน เนองจากปรมาณของแบคทเรนเซลลโลสในวสดเชงประกอบมมากเกนความเหมาะสม และท าใหสมบตของสารละลายพอลอะนลนลดลง จงไมเกดปฏกรยา polymerization และไมเกดพนธะไฮโดรเจน (Hydrogen bonds) [38] ดงนนจากผลการวเคราะหดงกลาว แสดงใหเหนวาวสดเชงประกอบในรปแบบทสอง ไมแสดงต าแหนงพคของสารละลายพอลอะนลน จงไมมสมบตเปนตวน าไฟฟาทด เนองจากแผนซบสเตรทจะตองมสมบตเปนสารกงตวน า เพอเปลยนพลงงานความรอนใหเปนพลงงานไฟฟา ท าใหวสดเชงประกอบดงกลาวไมเหมาะกบการน าไปประยกตใชงานเปนแผนซบสเตรทส าหรบเซลลแสงอาทตย


39

ภาพท 4.2 สเปกตราของพอลอะนลน และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบสารละลายพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 1:3 1:5 1:10 เทยบกบแบคทเรยเซลลโลสบรสทธ

ภาพท 4.3 สเปกตราของพอลอะนลน และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบสารละลายพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 3:1 5:1 10:1 เทยบกบแบคทเรยเซลลโลสบรสทธ

% T

rans

mitt

ance

%

Tra

nsm

ittan

ce

Wavenumber (cm-1)

Wavenumber (cm-1)


40

ตารางท 4.1 การดดกลนรงสอนฟราเรดและแสดงพคทส าคญของวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวนตางๆเทยบกบแบคทเรยเซลลโลส และพอลอะนลน

Samples Wavenumber

(cm-1) Vibration modes

Functional group/band

BC Pure 2917 3439

stretching vibration stretching vibration

C-H band O-H group

PANI

809 1125 1294 1485 1670

bending vibration stretching vibration stretching vibration stretching vibration stretching vibration

N-H band C-H benzene

C-N band benzenoid

quinoid moieties

BC:PANI (1:1)

667 1428 1642 2893 3392


N-H band benzenoid

quinoid moieties C-H band O-H group

BC:PANI (1:3)

618 1428 1652 2896 3307


N-H band benzenoid


BC:PANI (1:5)

620 1428 1660 2890 3351


N-H band benzenoid


BC:PANI (1:10)

671 1428 1699 2880

bending vibration stretching vibration stretching vibration stretching vibration

N-H band benzenoid

quinoid moieties C-H band


41

3369 stretching vibration O-H group

BC:PANI (3:1) 622 1642 3470

bending vibration stretching vibration stretching vibration

N-H band quinoid moieties

O-H group

BC:PANI (5:1) 1651 3215

stretching vibration stretching vibration

quinoid moieties O-H group

BC:PANI (10:1) 3354 stretching vibration O-H group

4.2 โครงสรางเฟสของวสดเชงประกอบโดยเทคนคการเลยวเบนของรงสเอกซ (XRD)

การทดสอบความเปนผลกของวสดเชงประกอบดวยเทคนค X-ray diffraction with Cu-Ka

radiation ( =3.0534 o

A ) พบพค 2-Theta ทต าแหนงตางๆของพอลอะนลน (รปเลก) โดยม JCPDS No.4-0477 พบวามระนาบ (020) และ (200) [39, 40] และแบคทเรยเซลลโลสม JCPDS No. 03-0226 พบวามระนาบ (020) (110) และ (004) [41] เมอทดสอบวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบสารละลายพอลอะนลน โดยแบงเปนสองรปแบบดวยกน นนคอ รปแบบแรกเปนการเพมปรมาณของสารละลาพอลอะนลน ดงภาพท 4.4 แสดงพค 2-Theta ทต าแหนงตางๆของพอลอะนลน (รปเลก) แบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 1:3 1:5 1:10 และรปแบบทสอง เปนการเพมปรมาณของแบคทเรยเซลลโลส ดงภาพท 4.5 แสดงพค 2-Theta ทต าแหนงตางๆของพอลอะนลน (รปเลก) แบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 3:1 5:1 10:1

ผลการทดสอบวสดเชงประกอบในรปแบบแรก พบวาสอดคลองกบโมเดลดงภาพท 4.1 เนองจากเมอสารทงสองเกดปฏกรยาพอลเมอรไรเซชน (polymerization) จะเกดเปนวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบสารละลายพอลอะนลน จบกนดวยพนธะไฮโดรเจน โดยแตละอตราสวนแสดงต าแหนงพคครบตามลกษณะสมพนธของวสดเชงประกอบ แสดงใหเหนวายงคงความเปนผลกเดม [42] ดงตารางท 4.2 แสดงพค 2-Theta ทต าแหนงตางๆของพอลอะนลน แบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวนตางๆ เนองจากพนธะไฮโดรเจนระหวางหม O-H group ของแบคทเรยเซลลโลส กบ –NH group ของสารละลายพอลอะนลนมความแขงแรง และมจดเชอมขวาง (crosslink) ระหวางสารทงสองตว [43] จงท าใหทราบวาวสดเชงประกอบในรปแบบแรก ในอตราสวน BC:PAn (1:1) BC:PAn (1:3)


42

BC:PAn (1:5) และ BC:PAn (1:10) เหมาะแกการน าไปประยกตใชเปนแผนซบสเตรทส าหรบเซลลแสงอาทตย ตามล าดบ

ผลการทดสอบวสดเชงประกอบในรปแบบทสอง เปนผลสอดคลองกบโมเดลดงภาพท 4.1 นนคอเกดพนธะไฮโดรเจน และเกดการเชอมขวางกนเมอเกดปฏกรยาพอลเมอรไรเซชนระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบสารละลายพอลอะนลน และไดสอดคลองกบผลการทดสอบโดยเทคนค FTIR ในรปแบบทสอง ภาพท 4.3 นนคอเมอวสดเชงประกอบไมแสดงหมฟงกชนทเปนสมบตของสารละลายพอลอะนลน จงท าใหแสดงตวเปนเปนอะมอฟสนอยลง [44] และแสดงตวเปนผลกสงขนนนเอง เนองจากเพมปรมาณของแบคทเรยเซลลโลสในอตราสวนดงภาพท 4.5 พบวารอยละความเปนผลกของวสดเชงประกอบมคาสงขนกวารปแบบแรก และสงทสดทอตราสวน BC:PAn (10:1) นนเปนเพราะอตราสวนนมปรมาณแบคทเรยเซลลโลสมากทสด จงเปนอตราสวนทเหมาะสมทสดทจะน าไปประยกตใชเปนแผรนซบสเตรท เพอเพมคณสมบตทางกายภาพใหแกเซลลแสงอาทตย


43

2-Theta

2-Theta

ภาพท 4.4 XRD pattern ของวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 1:3 1:5 1:10 เทยบกบ แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และพอลอะนลน

ภาพท 4.5 XRD pattern ของวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 3:1 5:1 10:1 เทยบกบ แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และพอลอะนลน

Inte

nsity

(a.u

.) In

tens

ity (a

.u.)


44

ตารางท 4.2 ผล XRD แสดงพคทต าแหนงตางๆของพอลอะนลน แบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวนตางๆ

Samples

2-Theta (oC)

Planes

PANI 19.904 25.207

(020) (200)

Pure BC

14.740 19.450 22.760 34.320

(110) (020) (200) (004)

BC:PANI (1:1)

14.719 19.314 22.624 34.789

(110) (020) (200) (004)

BC:PANI (1:3)

14.932 19.734 22.745 34.13

(110) (020) (200) (004)

BC:PANI (1:5)

14.714 18.693 22.718 34.693

(110) (020) (200) (004)

BC:PANI (1:10)

14.935 18.627 22.926 34.549

(110) (020) (200) (004)

BC:PANI (3:1)

14.738 19.294 22.654

(110) (020) (200)


45

34.455 (004)

BC:PANI (5:1) 14.81 19.554 22.73 34.738

(110) (020) (200) (004)

BC:PANI (10:1)

14.862 19.641 22.822 34.705

(110) (020) (200) (004)

4.3 ลกษณะสณฐานวทยาของวสดเชงประกอบโดยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM)

ลกษณะสณฐานวทยาของวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวนตางๆดงกลาว สามารถศกษาไดโดยเทคนค SEM ทก าลงขยาย 40,000 เทา จากผลการทดลองไดแบงรปแบบกราฟออกเปนสองสวนคอ สวนทเปนวสดเชงประกอบในอตราสวนทเพมขนของสารละลายพอลอะนลนตอแบคทเรยเซลลโลสจ านวน 1 กรมเทาเดม และสวนทสองเปนวสดเชงประกอบในอตราสวนทเพมขนของแบคทเรยเซลลโลสตอสารละลายพอลอะนลนจะนวน 1 กรมเทาเดม

การวเคราะหผลการทดลองในรปแบบแรกดวยเทคนค SEM ดงภาพท 4.6 แสดงลกษณะสณฐานของพนผว (a.) แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 1:3 (d.) 1:5 และ (e.) 1:10 เปนการเพมปรมาณสารละลายพอลอะนลน โดยภาพท 4.6 (a) แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ เปนลกษณะสณฐานวทยาของแบคทเรยเซลลโลสบรสทธ พบเสนใยมากมายบนพนผว ซงเสนใยดงกลาวมขนาดเลก แตเมอเพมอตราสวนของสารละลายพอลอะนลนดงภาพท 4.6 (b.) 1:1 (c.) 1:3 (d.) 1:5 และ (e.) 1:10 พบวาทง 4 อตราสวนมลกษณะถงความแตกตางกนของการกระจายตวและการยดตดกนดวยพนธะไฮโดรเจน และแสดงลกษณะเปนชนของเสนใยแบคทเรยเซลลโลสทเกาะกลมกนเปนจ านวนมาก [45] โดยจะเหนวาวสดเชงประกอบทอตราสวน 1:10 ดงภาพท 4.6 (e) มความเปนเนอเดยวกนทสดเมอเทยบกบอตราสวนอนๆ เนองจากสารละลายพอลอะนลนทเพมเขาไป จะไปแทรกตวตามชองวางและรพรนของแบคทเรยเซลลโลส และเกดพนธะไฮโดรเจน [46] ทสอดคลองกบภาพท 4.1 ท าใหเรา


46

มองเหนลกษณะพนผวของวสดเชงประกอบทเรยบมากขน และมความแขงแรงมากขนเนองจากยงคงมความเปนผลกสงถง 65% โดยสอดคลองกบการทดสอบดวยเทคนค XRD ขางตน ดงนนวสดเชงประกอบในอตราสวน 1:10 จงมโครงสรางในระดบนาโน networks ทจะชวยเพมประสทธภาพทางเชงกล และเหมาะสมทจะน าไปประยกตใชงานมากทสดเมอเทยบกบอตราสวนอนๆในรปแบบแรก

การวเคราะหผลการทดลองในรปแบบทสอง ดวยเทคนค SEM ดงภาพท 4.7 แสดงลกษณะสณฐานของพนผว (a.) แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 3:1 (d.) 5:1 (e.) 10:1 เปนการเพมปรมาณแบคทเรยเซลลโลส โดยภาพท 4.7 (a) และ (b) เปนภาพเดยวกนกบ 4.6 (a) และ (b) โดยรปแบบทสองเมอท าการเพมอตราสวนของแบคทเรยเซลลโลส พบวาวสดเชงประกอบมความเปนเนอเดยวกนมากขน [47] และแสดงใหเหนวาทอตราสวน 5:1 ภาพท 4.7 (d) มลกษณะพนผวเรยบกวาอตราสวนอนๆ นนเปนเพราะวสดเชงประกอบดงกลาวเปนอตราสวนทเหมาะสมและเขากนไดดสด โดยถาเพมปรมาณแบคทเรยเซลลโลสเขาไปเปน 10:1 จะท าใหเหนวาเกดเสนใยทมากเกนไป จงท าใหลกษณะพนผวมความเรยบลดลง ดงนนจากผลการวเคราะหจงไดวา วสดเชงประกอบในอตราสวน 5:1 เปนวสดเชงประกอบทเหมาะสมทจะน าไปประยกตใชงานเปนแผนซบสเตรทส าหรบเซลลแสงอาทตย


47

ภาพท 4.6 ลกษณะสณฐานของพนผว (a.) แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 1:3 (d.) 1:5 และ (e.) 1:10


48

ภาพท 4.7 ลกษณะสณฐานของพนผว (a.) แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 3:1 (d.) 5:1 และ (e.) 10:1


49

4.4 ความขรขระและความสงต าของพนผวของวสดเชงประกอบโดยเทคนค AFM

ความเรยบของพนผวของวสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลส (bacterial cellulose composite) เปนปจจยสวนหนงของความโปรงใสของแผนวสดเชงประกอบ ในทางตรงกนขาม ความขรขระของพนผวของวสดเชงประกอบจะท าใหแสงเกดการกระจายตวทมากขนกวาเดม โดยการทดสอบความขรขระของพนผวนน สามารถทดสอบไดโดยเทคนค Atomic Force Microscope (AFM) ซงจะใชหวเขมบนปลายคาน (cantilever) ขนาดไมครอน ลากสมผสไปบนพนผว แลวแปรผลความสงต าจากการสะทอนของแสงเลเซอรทไดปรบใหตกไปบนเขม เมอเขมเรมเขาใกลพนผวจะมแรงดดระหวางกน การสแกนซงอาศยแรงในชวงนเรยกวา Non-contact mode แตเมอหวเขมใกลมากอกจนเกอบสมผสพนผวจะมแรงผลก การสแกนดวยแรงชวงนเรยกวา contact mode [48-50]

จากการทดสอบดวยเทคนค AFM พบวาแบคทเรยเซลลโลสและวสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลส ขนาด 10×10 ตารางไมโครเมตร เกดความสงต าของพนผวแสดงในลกษณะ 2 มต แบงเปนสองรปแบบ คอรปแบบแรกเปนอตราสวนทมการเพมปรมาณของสารละลายพอลอะนลนเพยงอยางเดยวดงภาพท 4.8 แสดงความสงต าของพนผวของ (a.) แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 1:3 (d.) 1:5 และ (e.) 1:10 ในลกษณะ 2 มต และรปแบบทสองเปนอตราสวนทมการเพมปรมาณของแบคทเรยเซลลโลส ดงภาพท 4.9 แสดงความสงต าของพนผวของ (a.) แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 3:1 (d.) 5:1 และ (e.) 10:1 ในลกษณะ 2 มต

การวเคราะหการทดสอบสมบตทางกายภาพของวสดเชงประกอบดวยเทคนค AFM ในรปแบบแรกดงภาพท 4.8 (a) แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ เปนลกษณะพนผวของแบคทเรยเซลลโลส บรสทธ จะมองเหนเปนลกษณะของเสนใยทชดเจน และเกดลกษณะสงต าของพนผวตามสเขม -ออน โดยสออนแสดงระดบสง และสเขมแสดงระดบต า เมอเพมปรมาณสารละลายพอลอะนลนในอตราสวนตางๆดงภาพท 4.8 (b.) 1:1 (c.) 3:1 (d.) 5:1 และ (e.) 10:1 พบวาความขรขระของพนผวของแบคทเรยเซลลโลสในวสดเชงประกอบจะลดลงและมความสม าเสมอของพนผวเพมขน โดยสอดคลองกบรปภาพ 3 มตและกราฟ section analysis ดงแสดงในภาพท 4.10 แสดงความขรขระของพนผวของ (a.) แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 1:3 (d.) 1:5 และ (e.) 1:10 จะไดเหนวาอตราสวนท 1:1 เปนอตราสวนทเหมาะสมทสดทจะน าไปประยกตใชเปนแผนซบสเตรทส าหรบเซลล


50

แสงอาทตย เนองจากกราฟ section analysis แสดงใหเหนวามความสงต าของพนผวทไมตางกนมากเมอเทยบกบอตราสวนอนๆ

การวเคราะหการทดสอบสมบตทางกายภาพของวสดเชงประกอบดวยเทคนค AFM ในรปแบบทสอง ดงภาพท 4.9 แสดงความสงต าของพนผวของ (a.) แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 3:1 (d.) 5:1 และ (e.) 10:1 ในลกษณะ 2 มต และพจารณาควบคกบภาพท 4.11 แสดงความขรขระของพนผวของ (a.) แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 3:1 (d.) 5:1 และ (e.) 10:1 ในลกษณะ 3 มต ไดทราบวาวสดเชงประกอบทมความขรขระของพนผวนอยทสด คอวสดเชงประกอบทอตราสวน 1:1 เชนเดยวกบรปแบบแรก ดงนนจงสามารถทราบไดวาวสดเชงประกอบทอตราสวน 1:1 มความเหมาะสมทสดทจะน าไปประยกตใชงานเปนแผนซบสเตรทส าหรบเซลลแสงอาทตย เนองมาจากความขรขระนอยทสด ท าใหแสดงคณสมบตไดดทสดในการดดกลนแสงและการสะทองแสง [51, 52] เนองจากมความจ าเปนอยางยงทซบสเตรทจะตองเรยบทสด เพอทจะรบอเลกตรอนจากการสองผานแสง และเปลยนเปนพลงงานไฟฟาเพอใชในชวตประจ าวนนนเอง

จากการวเคราะหลกษณะปรากฏของพนผวของวสดเชงประกอบ พบวาหากวสดมพนผวระนาบทเรยบ จะท าใหการน าไปใชประโยชนในดานแผนซบเสตรทกจะยงเพมมากขน เนองจากแผนซบเสตรทดงกลาวจะตองมความเรยบเพอทจะไมเกดการแตกหกขณะใชงาน อกทงยงสงผลตอการดดกลนแสงไดด เหตจากวสดเชงประกอบมความขรขระนอย จะสงผลใหแผนซบเสตรทสามารถดดกลนแสงไดด เปนผลใหเซลลแสงอาทตยกกเกบพลงงานแสงไดมากขน โดยผลของการทดสอบดวยเทคนค AFM แสดงถงความขรขระของพนผวของวสดเชงประกอบทลดลงและสม าเสมอมากขน ซงสอดคลองกบผลการทดสอบดวยเทคนค SEM ดงภาพท 4.6 และ 4.7 ผลมาจากสารละลายพอลอะนลนเขาไปแทรกตวและเตมเตมตามชองวางของแบคทเรยเซลลโลส ท าใหความขรขระของพนผวลดลงและสม าเสมอมากขน


51

ภาพท 4.8 เปรยบเทยบความสงต าของพนผวของ (a.) แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 1:3 (d.) 1:5 และ (e.) 1:10 ในลกษณะ 2 มต


52

ภาพท 4.9 เปรยบเทยบความสงต าของพนผวของ (a.) แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 3:1 (d.) 5:1 และ (e.) 10:1 ในลกษณะ 2 มต


53

ภาพท 4.10 ความขรขระของพนผวของ (a.) แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 1:3 (d.) 1:5 และ (e.) 1:10 ในลกษณะ 3 มต

(a.)

(b.)

)

(c.)

(e.)

(d.)

)


54

ภาพท 4.11 ความขรขระของพนผวของ (a.) แบคทเรยเซลลโลสบรสทธ และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน (b.) 1:1 (c.) 3:1 (d.) 5:1 และ (e.) 10:1 ในลกษณะ 3 มต

(a.)

(b.)

)

(c.)

(e.)

(d.)

)


55

4.5 การสลายตวของน าหนกของวสดเชงประกอบเมอเทยบกบอณหภมทเปลยนแปลงไปโดยเทคนค TGA

เปนเทคนคทใชวเคราะหความเสถยรของวสดโดยเฉพาะพอลเมอรเมอไดรบความรอนโดยการวดน าหนกของวสดทเปลยนแปลงในแตละชวงอณหภมดวยเครองชงทมความไวสง เทคนคนเปนการวเคราะหการเปลยนแปลงสภาพของวสดทเกยวของกบการดดซบแกสหรอระเหยของน า การตกผลก (crystallization) อนเนองมาจากการเปลยนเฟส การแตกตวของวสด (decomposition) ศกษาการเกดปฏกรยาออกซเดชนและรดกชน หรอ ปรมาณสารสมพนธ (stoichiometry)

จากการวเคราะหผลการทดลองความเสถยรของวสดเชงประกอบ ไดท าการแบงผลออกเปนสองรปแบบดวยกน นนคอรปแบบแรกเปนผลการวเคราะหของวสดเชงประกอบทเพมปรมาณสารละลายพอลอะนลน และรปแบบทสองเปนการเพมปรมาณแบคทเรยเซลลโลส

ในรปแบบแรก ดงภาพท 4.12 แสดงการเปรยบเทยบความสามารถในการสลายตวของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 1:3 1:5 1:10 และภาพท 4.13 อตราการสลายตวทางความรอนของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 1:3 1:5 1:10 เราแบงอณหภมเปนสามชวง คอ ชวงแรกอณหภม 25-250 องศาเซลเซยส พบวาน าหนกของวสดเชงประกอบลดลงเมอเกดการเผาไหม นนคอเปนการสลายตวของน าในแบคทเรยเซลลโลส และในอณหภมชวงทสองตงแต 250-350 องศาเซลเซยส พบวาน าหนกของวสดเชงประกอบลดลงอยางรวดเรว นนคอเปนการสลายตวของสารละลายพอลอะนลนในวสดเชงประกอบ และทอณหภม 350-700 องศาเซลเซยส เปนการคงทของน าหนก นนคอ วสดเชงประกอบไมมการเผาไหมเกดขน [53] โดยผลการวเคราะหทงหมดท าใหทราบวาวสดเชงประกอบในอตราสวนตางๆมแนวโนมไปในทศทางเดยวกน โดยสอดคลองกบโมเดลดงภาพท 4.1 ทวาเมอสารทงสองท าปฏกรยากน จะท าใหเกดพนธะไฮโดรเจนทแขงแรง สงผลใหการเผาไหมของวสดเชงประกอบชากวาแบคทเรยเซลลโลสบรสทธนนเอง ท าใหวสดเชงประกอบในอตราสวน 1:1 ในรปแบบแรก เหมาะสมทจะน าไปประยกตใชงานเปนแผนซบสเตรทส าหรบเซลลแสงอาทตย

ในรปแบบทสอง ดงภาพท 4.14 แสดงการเปรยบเทยบความสามารถในการสลายตวของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 3:1 5:1 10:1 และภาพท 4.15 อตราการสลายตวทางความรอนของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 3:1 5:1 10:1 เราแบงอณหภมเปนสองชวง คอ ชวงแรกอณหภม 25-250 องศาเซลเซยส พบวาน าหนกของวสดเชงประกอบลดลง


56

เมอเกดการเผาไหม นนคอเปนการสลายตวของน าในแบคทเรยเซลลโลส และในอณหภมชวงทสองตงแต 250-350 องศาเซลเซยส พบวาน าหนกของวสดเชงประกอบลดลงอยางรวดเรว นนคอเปนการสลายตวของสารละลายพอลอะนลนในวสดเชงประกอบ และทอณหภม 350-700 องศาเซลเซยส เปนการคงทของน าหนก นนคอวสดเชงประกอบไมมการเผาไหมเกดขนนนเอง โดยผลการวเคราะหทงหมดท าใหทราบวาวสดเชงประกอบในอตราสวน 10:1 มน าหนกเหลอมากทสดเมอเทยบกบอตราสวนอนๆ ดงนนในรปแบบทสองน จงไดวสดเชงประกอบในอตราสวน 10:1 ทเหมาะแกการน าไปประยกตใชงานเปนแผนซบสเตรท

จากผลการทดสอบความสามารถในการสลายตวของน าหนกเทยบกบอณหภมทเปลยนแปลงไป พบวาผลการทดสอบดงกลาวสอดคลองกบผลการทดสอบคาความเปนผลกของวสดเชงประกอบ เนองจากอตราสวนทมเสนใยแบคทเรยเซลลโลสเปนจ านวนมากกจะเกดการจดเรยงตวในลกษณะเชอมขวางกน และเกดเปนผลกสง โดยผลกดงกลาวเปนผลตออตราการสลายตวทางความรอนของวสดเชงประกอบ


57

ภาพท 4.12 การเปรยบเทยบความสามารถในการสลายตวของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 1:3 1:5 1:10

ภาพท 4.13 อตราการสลายตวทางความรอนของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 1:3 1:5 1:10

% W

eigh

t los

s

Temperature (oC)

Temperature (oC)

Deriv

ative

Wei

ght%

(%/M

in)


58

ภาพท 4.14 การเปรยบเทยบความสามารถในการสลายตวของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 3:1 5:1 10:1

ภาพท 4.15 อตราการสลายตวทางความรอนของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 3:1 5:1 10:1

Temperature (oC)

% W

eigh

t los

s De

rivat

ive W

eigh

t% (%

/Min

)

Temperature (oC)


59

4.6 การสองผานแสงของวสดเชงประกอบโดยเทคนค UV–vis spectrophotometer

การศกษาความสามารถในการสองผานแสงของวสดเชงประกอบดวยเทคนค UV-Vis spectrophotometer โดยการทดสอบความโปรงแสงของชนงานในชวงความยาวคลน 200-1000 นาโนเมตร ซงความยาวคลนในชวง 200-400 นาโนเมตรเปนชวง Ultraviolet และความยาวคลนในชวง 400-900 นาโนเมตรเปนชวง visible [54]

ในรปแบบแรก จากผลการทดสอบดงภาพท 4.16 แสดงการเปรยบเทยบความสามารถในการสองผานแสงของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 1:3 1:5 1:10 พบวา ความสามารถในการสองผานแสงของวสดเชงประกอบในอตราสวน 1:1 มคารอยละการสองผานแสงสงสดคอ รอยละ 20.98 ดงนนจากผลการวเคราะหจงท าใหทราบวาวสดเชงประกอบในอตราสวน 1:1 เหมาะกบการน าไปประยกตใชเปนแผนซบสเตรท เพอทจะไดรบอเลกตรอนจากแสงไดมากทสด และน าไปเปนพลงงานไฟฟาเพอใชในชวตประจ าวน

ในรปแบบทสอง ดงภาพท 4.17 แสดงการเปรยบเทยบความสามารถในการสองผานแสงของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 3:1 5:1 10:1 พบวาอตราสวน 1:1 เหมาะทจะน าไปประยกตใชเปนแผนซบสเตรทเชนเดยวกบรปแบบแรก

ผลของการสองผานแสงของวสดเชงประกอบดวยเทคนค UV-Vis spectrophotometer พบวาสอดคลองกบผลการทดสอบ SEM [55] เนองจากพอลอะนลนเขาไปแทรกตวตามชองวางของแบคทเรยเซลลโลส และเกดการจดเรยงตวทเปนระเบยบมากขน ซงสอดคลองกบผลการทดสอบ AFM เปนผลใหลกษณะพนผวของวสดเชงประกอบมความขรขระและความตางเฟสลดลง จงสงผลใหเกดการกระเจงแสงลดลงดวย ท าใหวสดเชงประกอบมความสามารถในการสองผานแสงเพมขน


60

ภาพท 4.16 การเปรยบเทยบความสามารถในการสองผานแสงของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 1:3 1:5 1:10

ภาพท 4.17 การเปรยบเทยบความสามารถในการสองผานแสงของแบคทเรยเซลลโลส และวสดเชงประกอบระหวางแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวน 1:1 3:1 5:1 10:1

%Tr

ansm

ittan

ce

%Tr

ansm

ittan

ce

Wavelength (nm)

Wavelength (nm)


61

4.7 สมบตทางไดอเลกทรกทความถ 100Hz – 1MHz

การทดสอบสมบตการน าไฟฟาโดยการหาคา dielectric constant และ dielectric loss ดวยเครองทดสอบ LCR meter (Agilent E4980A) มความถในชวง 100Hz-1MHz ทอณหภม 293K โดยสามารถค านวณคา dielectric constant และเขยนความสมพนธของคา dielectric constant และความถได ซงแสดงใหเหนวา dielectric constant ของวสดเชงประกอบมคาลดลงเมอความถเพมขน อกทงคา dielectric loss ยงมคาลดลงเมอความถเพมขนเชนกน [56-58]

จากการทดสอบดงกลาวพบวาทความถ 100Hz คาคงทไดอเลกทรค (dielectric constant) ของแบคทเรยเซลลโลส (Pure BC) มคา 14.26 และพบวาอตราสวนของ BC:PAn (10:1) มคาสงสด 22.64 เปนผลมาจากในวสดเชงประกอบมปรมาณของสารละลายพอลอะนลนนอยกวาปรมาณของแบคทเรยเซลลโลส และจะคอยๆลดลงเมอความถเพมขน [59] เมอพจารณาทอตราสวน BC:PAn (5:1) พบวาคาคงทไดอเลกทรคมคา 9.01 ซงมคาต าสดเมอเทยบกบอตราสวนอนๆ และจะคอยๆลดลงเมอความถเพมขน ภาพรปท 4.18 และตารางท 4.4 ท าใหทราบวาวสดทมคาไดอเลกทรคสงสด คอวสดเชงประกอบทอตราสวน 10:1 จดเปนวสดไดอเลกทรคทสามารถกกเกบประจไฟฟาไว[60, 61] และวสดเชงประกอบทอตราสวน 5:1 มคาคงทไดอเลกทรคต าสด จงจดเปนสารกงตวน าไฟฟา และในทางตรงกนขามพบวาคาการสญเสยไดอเลกทรค (dielectric loss) จะแปรผนตามคาคงท ไดอเลกทรก หมายถงวาวสดยงมคาคงทไดอเลกทรคต าเทาไร กยงมคาการสญเสยไดอเลกทรคต าลงเทานน โดยพบวา คาการสญเสยไดอเลกทรคมคา 0.07 ซงต าสดเมอเทยบกบอตราสวนอนๆ ดงภาพท 4.19 และตารางท 4.5 ท าใหประสทธภาพทางไฟฟาของวสดเชงประกอบสงขนนนเอง

คาคงทไดอเลกทรก (Dielectric constant) ตองมคาต าๆจะดทสด เมอใชงานทความถสงดงตารางท 4.3 เปรยบเทยบคาคงทไดอเลกทรคของพอลเมอรทความถ 106

* ทมา : ผศ.ดร ชราวฒ เพชรเยน. (2558). ฟสกสของพอลเมอร,187-189.

Samples Dielectric constant 106 Hz Polystyrene 2.55* Polycarbonate 2.96* BC:PANI 1:1 2.87 BC:PANI 1:10 3.64 BC:PANI 10:1 2.67


62

ภาพท 4.18 คา dielectric constant ของวสดเชงประกอบทความถ 100Hz – 1MHz

ตารางท 4.4 คา dielectric constant ของวสดเชงประกอบแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลน

Samples

Dielectric constant F=102 Hz F=103 Hz F=104 Hz F=105 Hz F=106 Hz

Pure BC 14.26 6.27 4.14 3.39 3.02 BC:PANI (1:1) 22.34 9.14 5.05 3.58 2.87 BC:PANI (1:3) 17.28 7.02 4.39 3.41 2.91 BC:PANI (1:5) 20.25 8.51 5.10 3.82 3.16 BC:PANI (1:10) 18.96 8.28 5.35 4.23 3.64 BC:PANI (3:1) 14.48 6.97 4.70 3.72 3.23 BC:PANI (5:1) 9.01 4.33 3.13 2.60 2.32 BC:PANI (10:1) 22.64 7.35 4.38 3.24 2.67

Diel

ectri

c co

nsta

nt

Frequency (Hz)


63

ภาพท 4.19 คา dielectric loss ของวสดเชงประกอบทความถ 100Hz – 1MHz

ตารางท 4.5 คา dielectric loss ของวสดเชงประกอบแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลน

Samples

Dielectric loss F=102 Hz F=103 Hz F=104 Hz F=105 Hz F=106 Hz

Pure BC 1.05 0.58 0.25 0.12 0.07 BC:PANI (1:1) 0.65 0.62 0.38 0.21 0.14 BC:PANI (1:3) 0.85 0.59 0.29 0.15 0.10 BC:PANI (1:5) 0.79 0.59 0.32 0.18 0.12 BC:PANI (1:10) 0.78 0.53 0.27 0.14 0.10 BC:PANI (3:1) 0.63 0.44 0.24 0.14 0.09 BC:PANI (5:1) 0.75 0.41 0.20 0.11 0.07 BC:PANI (10:1) 1.08 0.79 0.35 0.19 0.12

Frequency (Hz)

Diel

ectri

c lo

ss


64

4.8 สมบตเชงกลของวสดเชงประกอบโดยเทคนค Tensile stress-strain

การศกษาความสามารถในการทนตอแรงดง และความสามารถในการรบแรงดวยเทคนค

Tensile stress-strain โดยการทดสอบดวยแรงดงสงสดกบแผนแบคทเรยเซลลโลส และแผนวสดเชงประกอบทเตรยมจากแบคทเรยเซลลโลสกบพอลอะนลนในอตราสวนตางๆ โดยตวอยางแตละชนมความกวาง (width) ขนาด 20 มลลเมตร และมอตราการดง 5 มลลเมตรตอนาท โดยผลการทดสอบดงตารางท 4.6 พบวาวสดเชงประกอบในอตราสวน 10:1 มคา Ultimate stress สงสดเมอเทยบกบอตราสวนอน นนคอปรมาณแบคทเรยเซลลโลสมผลท าใหประสทธภาพการรบแรงมคาสงขน เมอเปรยบเทยบเปอรเซนต Elongation พบวาวสดเชงประกอบในอตราสวน 1:3 มคาสงสด นนคอสามารถทนตอแรงดงไดสงสดเมอเทยบกบอตราสวนอนๆ และพบวาคา Young’s Modulus ของแบคทเรยเซลลโลส BC Pure มคาสงสด

ตารางท 4.6 เปรยบเทยบความสามารถในการทนตอแรงดง และความสามารถในการรบแรงของวสดเชงประกอบในอตราสวนตางๆ

Samples

Tensile strength (MPa)

Young’s modulus (MPa)

Elongation at break (%)

Pure BC 55±6 2814±92 1.9±0.1

BC:PANI (1:1) 18±2 351±10 5.2±0.1

BC:PANI (1:3) 8±1 144±6 5.7±0.2

BC:PANI (1:5) 12±2 249±4 4.8±0.2

BC:PANI (1:10) 16±1 383±9 4.1±0.1

BC:PANI (3:1) 34±2 2000±5 1.7±0.1

BC:PANI (5:1) 49±1 2230±8 2.2±0.2

BC:PANI (10:1) 74±2 1560±4 4.7±0.2


65

บทท 5

สรปผลการวจยและขอเสนอแนะ

5.1 สรปผลการวจย

5.1.1 วสดเชงประกอบของแบคทเรยเซลลโลสและพอลอะนลนจบกนดวยพนธะไฮโดรเจน โดยหมเอมน (-NH group) ของพอลอะนลนสรางพนธะกบหมไฮดรอกซล (OH group)ของแบคทเรยเซลลโลส

5.1.2 การเตมพอลอะนลนลงไปในแบคทเรยเซลลโลส จะไมสงผลใหเฟสของแบคทเรยเซลลโลสเปลยนแปลงไป นนคอยงคงความเปนผลกเชนเดม

5.1.3 การเตมพอลอะนลนลงไปในแบคทเรยเซลลโลสนน จะเขาไปแทรกอยตามรพรนในโครงสรางของแบคทเรยเซลลโลส สงผลใหลกษณะสณฐานวทยาของพนผวของวสดเชงประกอบมการจดเรยงตวทเปนระเบยบมากขน

5.1.4 การแทรกตวของพอลอะนลนตามชองวางของแบคทเรยเซลลโลส เปนผลท าใหความขรขระของพนผวของวสดเชงประกอบลดลง ท าใหเหมาะกบการน าไปประยกตใชงาน

5.1.5 การสลายตวของน าหนกของวสดเชงประกอบโดยไมมการเผาไหมเกดขนอยทอณหภม 350 องศาเซลเซยส นนคอวสดเชงประกอบสามารถน าไปประยกตใชงานในวงจรไฟฟาทมอณหภมไมเกน 350 องศาเซลเซยส

5.1.6 ผลของการเตมพอลอะนลนลงในแบคทเรยเซลลโลส จะเกดการเปลยนแปลงทางสของวสดเชงประกอบ สงผลใหสมบตทางแสงมคาลดลง

5.1.7 ความสามารถดานการน าไฟฟาของพอลอะนลน สงผลใหวสดเชงประกอบมความสามารถในการน าไฟฟาดวย ซงเหมาะกบการน าไปประยกตใชงานในวงจรไฟฟา

5.1.8 สมบตเชงกลของวสดเชงประกอบทมการแทรกตวของพอลอะนลนในแบคทเรยเซลลโลส มแนวโนมของการดดงอและความแขงแรงสงขน เมอเทยบกบแบคทเรยเซลลโลสบรสทธ


66

5.2 ขอเสนอแนะ

5.2.1 ควรมการศกษาเพมเตมสภาวะทเหมาะสมในการสกดเซลลโลสจากแบคทเรย Acetobacter Xylinum เชน pH , อณหภม และหวเชอเรมตนของ Acetobacter Xylinum

5.2.2 ศกษารอยละโดยมวลของการท าละลายพอลอะนลน และศกษาคนควาขอควรระวงของการใชตวท าละลายเตตระไฮโดรฟราน (Tetrahydrofuran)

5.2.3 ควรมการน าผลผลตเซลลโลสทไดจากการเจรญของแบคทเรย Acetobacter Cellulose ไปขนรปเพอน าไปประยกตใชงานเปนแผนชนงานหลกของเซลลแสงอาทตย


67

เอกสารอางอง

[1] Dahman, Y., Nanostructured biomaterials and biocomposites from bacterial cellulose nanofibers. Journal of nanoscience and nanotechnology, 2009. 9(9): p. 5105-5122. [2] Qazi, T.H., R. Rai, and A.R. Boccaccini, Tissue engineering of electrically responsive tissues using polyaniline based polymers: A review. Biomaterials, 2014. 35(33): p. 9068-9086. [3] Svensson, A., et al., Bacterial cellulose as a potential scaffold for tissue engineering of cartilage. Biomaterials, 2005. 26(4): p. 419-431. [4] Barbara Surma-slusarska, S.P., Dariusz Danielewicz, Characteristics of Bacterial Cellulose Obtained from Acetobacter Xylinum Culture for Application in Papermaking. FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe, 2008: p. 1-37. [5] Forang, E.R., Anderson, S.M., and Cannon, R.E., Synthetic medium for Acetobacter xylinum that can be used for isolation of auxotrophic mutants and study of cellulose biosynthesis. Appl. Environ.Microbiol, 1989: p. 55. [6] Johnsy George a, Karna Venkata Ramanab, Shanmugham Nadana Sabapathy a,Jambur Hiriyannaiah Jagannath c, Amarinder Singh Bawa, Characterization of chemically treated bacterial (Acetobacter xylinum) biopolymer: Some thermo- mechanical properties. 2005. [7] Juntaro, J., et al., Bacterial cellulose reinforced polyurethane-based resin nanocomposite: A study of how ethanol and processing pressure affect physical, mechanical and dielectric properties. Carbohydrate Polymers, 2012. 87(4): p. 2464- 2469. [8] O-Rak, K., et al., Development of bacterial cellulose and poly (vinylidene fluoride) binary blend system: Structure and properties. Chemical Engineering Journal, 2014. 237: p. 396-402. [9] O-Rak, K., et al., Covalently grafted carbon nanotube on bacterial cellulose composite for flexible touch screen application. Materials Letters, 2013. 107: p. 247- 250.


68

[10] Ummartyotin, S., et al., Development of transparent bacterial cellulose nanocomposite film as substrate for flexible organic light emitting diode (OLED) display. Industrial Crops and Products, 2012. 35(1): p. 92-97. [11] Balan, V. and L. Verestiuc, Strategies to improve chitosan hemocompatibility: A review. European Polymer Journal, 2014. 53: p. 171-188. [12] Bhatnagar, A. and M. Sillanpää, Applications of chitin-and chitosan-derivatives for the detoxification of water and wastewater—a short review. Advances in Colloid and Interface Science, 2009. 152(1): p. 26-38. [13] Ma, X., P.R. Chang, and J. Yu, Properties of biodegradable thermoplastic pea starch/carboxymethyl cellulose and pea starch/microcrystalline cellulose composites. Carbohydrate Polymers, 2008. 72(3): p. 369-375. [14] Mahadeva, S.K., S. Yun, and J. Kim, Flexible humidity and temperature sensor based on cellulose–polypyrrole nanocomposite. Sensors and Actuators A: Physical, 2011. 165(2): p. 194-199. [15] Pillai, C., W. Paul, and C.P. Sharma, Chitin and chitosan polymers: Chemistry, solubility and fiber formation. Progress in polymer science, 2009. 34(7): p. 641-678. [16] Bader, M.G., “The Composites Market” in in Comprehensive Composite Materials. Eds. Amsterdam: Elsevier, 2000: p. 1-13. [17] Clyne, D.H.a.T.W., An introduction to composite materials. Cambridge University Press, 1996. [18] n, A.K.e.l.l.y.a.n.d.A.M.o.r.t.e.n.s.e., Composite Materials: Overview”, in Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Eds. Amsterdam: Elsevier, 2001: p. 1361-1371. [19] Choi, M.-C., Y. Kim, and C.-S. Ha, Polymers for flexible displays: from material selection to device applications. Progress in Polymer Science, 2008. 33(6): p. 581-630. [20] Beukers, A., “Polymer Matrix Composites: Application”, in Encyclopedia of Materials: Science and Technology. E d s . A m s t e r d a m : Elsevier, 2001: p. 7384- 7388.


69

[21] t, W.H.H.u.n., Metal Matrix Composites: Applications” in Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Eds . Amsterdam : Elsevier, 2001: p. 5442-5447. [22] Tredway, K.M.P.a.W.K., Ceramic Matrix Composites: Application” Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Eds. Amsterdam: Elsevier, 2001: p. 1056-1060. [23] H. Shirakawa, E.J.L., A.G. MacDiarmid, and a.A.J.H. C.K. Chiang, Synthesis of conducting organic polymers: halogen derivatives of polyacethylene. Chemical Communications, 1997: p. 578. [24] Hsieh, Y.-C., et al., An estimation of the Young’s modulus of bacterial cellulose filaments. Cellulose, 2008. 15(4): p. 507-513. [25] Czaja, W., D. Romanovicz, and R. Malcolm Brown, Structural investigations of microbial cellulose produced in stationary and agitated culture. Cellulose, 2004. 11(3-4): p. 403-411. [26] Watanabe, K., et al., Structural features and properties of bacterial cellulose produced in agitated culture. Cellulose, 1998. 5(3): p. 187-200. [27] Boateng JS, M.K., Stevens HNE, Eccleston GM, Wound healing dressings and drug delivery systems. A review. J Pharm Sci, 2008: p. 97. [28] Etienne, S., C. Stochmil, and J. Bessede, Dielectric properties of polymer-based microheterogeneous insulator. Journal of alloys and compounds, 2000. 310(1): p. 368-373. [29] Huang, C., et al., All-organic dielectric-percolative three-component composite materials with high electromechanical response. Applied Physics Letters, 2004. 84(22): p. 4391-4393. [30] Jung, S.-B., et al., Application of SiO 2 aerogel film for interlayer dielectric on GaAs with a barrier of Si 3 N 4. Thin solid films, 2004. 447: p. 580-585. [31] Ghaderi, M., et al., All-cellulose nanocomposite film made from bagasse cellulose nanofibers for food packaging application. Carbohydrate Polymers, 2014. 104: p. 59-65. [32] Borsoi, C., A. Zattera, and C. Ferreira, Effect of cellulose nanowhiskers functionalization with polyaniline for epoxy coatings. Applied Surface Science, 2016. 364: p. 124-132.


70

[33] Mashkour, M., M. Rahimnejad, and M. Mashkour, Bacterial cellulose-polyaniline nano-biocomposite: A porous media hydrogel bioanode enhancing the performance of microbial fuel cell. Journal of Power Sources, 2016. 325: p. 322-328. [34] Tian, J., et al., Electrodeposition of Ag nanoparticles on conductive polyaniline/cellulose aerogels with increased synergistic effect for energy storage. Carbohydrate Polymers, 2017. 156: p. 19-25. [35] Yang, C., et al., Flexible highly specific capacitance aerogel electrodes based on cellulose nanofibers, carbon nanotubes and polyaniline. Electrochimica Acta, 2015. 182: p. 264-271. [36] Saranya, K., M. Rameez, and A. Subramania, Developments in conducting polymer based counter electrodes for dye-sensitized solar cells–An overview. European Polymer Journal, 2015. 66: p. 207-227. [37] Casado, U., M. Aranguren, and N. Marcovich, Preparation and characterization of conductive nanostructured particles based on polyaniline and cellulose nanofibers. Ultrasonics sonochemistry, 2014. 21(5): p. 1641-1648. [38] Liang, X., et al., Preparation of cellulose-based conductive hydrogels with ionic liquid. Reactive and Functional Polymers, 2015. 86: p. 1-6. [39] Kondawar, S., M. Deshpande, and S. Agrawal, Transport properties of conductive polyaniline nanocomposites based on carbon nanotubes. International Journal of Composite Materials, 2012. 2(3): p. 32-36. [40] Wang, L., Variations in the capacitance and dielectric constant of multi-wall carbon nanotube filled silicone rubber composite during compressive creep. Composites Science and Technology, 2016. 130: p. 1-8. [41] Mo, Z.-l., et al., Heterogeneous preparation of cellulose–polyaniline conductive composites with cellulose activated by acids and its electrical properties. Carbohydrate Polymers, 2009. 75(4): p. 660-664. [42] Nechyporchuk, O., M.N. Belgacem, and J. Bras, Production of cellulose nanofibrils: a review of recent advances. Industrial Crops and Products, 2016. 93: p. 2-25.


71

[43] Jasim, A., et al., Fabrication of bacterial cellulose/polyaniline/single-walled carbon nanotubes membrane for potential application as biosensor. Carbohydrate Polymers, 2017. 163: p. 62-69. [44] Wang, Y., et al., A supramolecular structure insight for conversion property of cellulose in hot compressed water: polymorphs and hydrogen bonds changes. Carbohydrate polymers, 2015. 133: p. 94-103. [45] Casado, U., et al., Composite films based on shape memory polyurethanes and nanostructured polyaniline or cellulose–polyaniline particles. Synthetic Metals, 2012. 162(17): p. 1654-1664. [46] Fu, J., et al., Fabrication of polyaniline/carboxymethyl cellulose/cellulose nanofibrous mats and their biosensing application. Applied Surface Science, 2015. 349: p. 35-42. [47] Shi, Z., et al., In situ nano-assembly of bacterial cellulose–polyaniline composites. Rsc Advances, 2012. 2(3): p. 1040-1046. [48] Cao., G., Nanostructures and Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications. Imperial College Press, London, 2004. [49] Wiesendanger, R., Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy: Methods and Applications. Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1988. [50] Kittel, C., Introduction to Solid State Physics. John Wiley, New York, 1996. [51] Asha, A., et al., Synthesis and characterization of polyaniline/TiO2 composites. Indian Journal of Pure & Applied Physics (IJPAP), 2015. 52(5): p. 341-347. [52] Kuzmenko, V., et al., Enhanced growth of neural networks on conductive cellulose-derived nanofibrous scaffolds. Materials Science and Engineering: C, 2016. 58: p. 14-23. [53] Tang, L., et al., Flexible conductive polypyrrole nanocomposite membranes based on bacterial cellulose with amphiphobicity. Carbohydrate polymers, 2015. 117: p. 230-235. [54] Devarayan, K., et al., Flexible transparent electrode based on PANi nanowire/nylon nanofiber reinforced cellulose acetate thin film as supercapacitor. Chemical Engineering Journal, 2015. 273: p. 603-609.


72

[55] Ifuku, S., et al., Surface modification of bacterial cellulose nanofibers for property enhancement of optically transparent composites: dependence on acetyl-group DS. Biomacromolecules, 2007. 8(6): p. 1973-1978. [56] Amaral, F., Costa, L. C. and Valente, M. A., Decrease in dielectric loss of CaCu3Ti4O12 by the addition of TeO2. J. Non-cryst. Solids, 2011: p. 785-771. [57] Chung, C.-Y., Chang, Y.-S., Chen, G.-J., Chung, C.- and T.-W. C. and Huang, Effects of bismuth doping on the dielectric properties of Ba(Fe0.5Nb0.5)O3 ceramic. Solid State Commun, 2008: p. 212-217. [58] Hench, L.L.a.W., J. K., Principles of electronic ceramics. New York: Wiley, 1990. [59] Ummartyotin, S. and H. Manuspiya, An overview of feasibilities and challenge of conductive cellulose for rechargeable lithium based battery. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015. 50: p. 204-213. [60] Bunnak, N., et al., Dielectric properties improvement of polymer composite prepared from poly (vinylidene difluoride) and barium-modified porous clay heterostructure. Electronic Materials Letters, 2013. 9(3): p. 315-323. [61] Bunnak, N., et al., Increment of dielectric constant in binary composite based on PVDF/clay system. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2015. 26(9): p. 7270-7276.


73

ประวตผเขยน ชอ นางสาวจนทปปภา ปลมผล วนเดอนปเกด 25 สงหาคม พ.ศ. 2535 ทนการศกษา ทนอดหนนการวจยระดบบณฑตศกษาจากส านกงานคณะกรรมการวจย

แหงชาต ประจ าป ๒๕๖๐

ผลงานทางวชาการ C. Pleumphon , S. Thiangtham , C. Pechyen , H. Manuspiya , S. Ummartyotin. Development of conductive bacterial cellulose composites: An approach to bio-based substrates for solar cells. Journal of Biobase Materials and Bioenergy, In press

Öøóçîüÿé ß ÜðøÖï×Ü ïÙì ø÷ àúú úÿ ó Öøðø÷ Öêd...

Documents