การสงเคราะหฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบ

ไนโอเบยมเพนทอกไซด

Synthesis of Tungsten Trioxide Films Co-doping with Molybdenum

Trioxide and Niobium Pentoxide

สรชย ไชยชนะ

Surachai Chaichana

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญา

วศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมวสด

มหาวทยาลยสงขลานครนทร

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the

Degree of Master of Engineering in Materials Engineering

Prince of Songkla University

2561

ลขสทธของมหาวทยาลยสงขลานครนทร

(1)

การสงเคราะหฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบ

ไนโอเบยมเพนทอกไซด

Synthesis of Tungsten Trioxide Films Co-doping with Molybdenum

Trioxide and Niobium Pentoxide

สรชย ไชยชนะ

Surachai Chaichana

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญา

วศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมวสด

มหาวทยาลยสงขลานครนทร

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the

Degree of Master of Engineering in Materials Engineering

Prince of Songkla University

2561

ลขสทธของมหาวทยาลยสงขลานครนทร

(2)

ชอวทยานพนธ การสงเคราะหฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบ

ไนโอเบยมเพนทอกไซด

ผเขยน วาทรอยตรสรชย ไชยชนะ

สาขาวชา วศวกรรมวสด

อาจารยทปรกษาวทยานพนธหลก คณะกรรมการสอบ

………………………………….…………..……..….…… ………………..….………….…..ประธานกรรมการ

(รองศาสตราจารย กลยาณ คปตานนท) (ผชวยศาสตราจารย ดร.วระชย แสงฉาย)

………………..….……………...…………..กรรมการ

อาจารยทปรกษาวทยานพนธรวม (รองศาสตราจารย กลยาณ คปตานนท)

………………………………….…………..……..….…… ………………..….……………...…………..กรรมการ

(รองศาสตราจารย คณดถ เจษฎพฒนานนท) (รองศาสตราจารย ดร.เลก สคง)

………………..….……………...…………..กรรมการ

(รองศาสตราจารย คณดถ เจษฎพฒนานนท)

………………..….……………...…………..กรรมการ

(ผชวยศาสตราจารย. ดร.วษณ ราชเพชร)

บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยสงขลานครนทร อนมตใหนบวทยานพนธฉบบน เปนสวนหนงของการศกษา ตามหลกสตรปรญญาวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมวสด

………………..………….……...………………… (ศาสตราจารย ดร.ด ารงศกด ฟารงสาง)

คณบดบณฑตวทยาลย

(3)

ขอรบรองวา ผลงานการวจยนมาจากการศกษาวจยของนกศกษาเอง และไดแสดงความขอบคณบคคลทมสวนชวยเหลอเปนทเรยบรอยแลว

ลงชอ……………………………………………..……….

(รองศาสตราจารย กลยาณ คปตานนท)

อาจารยทปรกษาวทยานพนธ

ลงชอ……………………………………………..……….

(รองศาสตราจารย คณดถ เจษฎพฒนานนท)

อาจารยทปรกษาวทยานพนธรวม

ลงชอ…………………………………………..………….

(วาทรอยตรสรชย ไชยชนะ)

นกศกษา

(4)

ขาพเจาขอรบรองวา ผลงานวจยนไมเคยเปนสวนหนงในการอนมตปรญญาในระดบใดมากอน และ

ไมไดถกใชในการยนขออนมตปรญญาในขณะน

ลงชอ…………………………………………..………….

(วาทรอยตรสรชย ไชยชนะ)

นกศกษา

(5)

ชอวทยานพนธ การสงเคราะหฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบ

ไนโอเบยมเพนทอกไซด

ผเขยน วาทรอยตรสรชย ไชยชนะ

สาขาวชา วศวกรรมวสด

ปการศกษา 2560

บทคดยอ

วทยานพนธนมจดมงหมายในการสงเคราะหฟลมของทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตร

ออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด เพอการประยกตใชงานเกยวกบดานวสดอเลกโทรโครมก ดวย

วธโซล-เจล ขนรปฟลมดวยกระบวนการจมเคลอบบนกระจกน าไฟฟาชนด ITO พฒนาคณภาพของ

ฟลมทงสเตนไตรออกไซดดวยสารเจอ โดยแบงการศกษาเปนสองสวน สวนแรกศกษาฟลมของ

ทงสเตนไตรออกไซดทมการเจอดวยโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 15, 30 และ 50

เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ ตรวจสอบโครงสรางและสณฐานวทยาดวยวธ XRD, XPS, SEM, EDX

และ AFM เพอวเคราะหการกระจายตวของธาตองคประกอบ ผลการศกษาพบวา ฟลมมโครงสราง

แบบโมโนคลนกเมอมการเจอดวยโมลบดนมไตรออกไซด จากนนศกษาสมบตการเปลยนแปลงสของ

ฟลมดวยเทคนคไซคลกโวลเทมเมทรคาความตางศกยระหวาง -1 ถง 1 โวลต พบวา ฟลมทงสเตนไตร

ออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล ฟลมแสดงคาสมประสทธ

การแพรเทากบ 1.24 x 10-9 ตารางเซนตเมตรตอวนาท และผลตางการสองผานแสงกอนและหลง

เปลยนสประมาณ 44 เปอรเซนต

ในสวนทสอง ศกษาฟลมของทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบ

ไนโอเบยมเพนทอกไซด โดยใชโซลทงสเตนไตรออกไซดเจอดวยโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการ

เจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลเจอรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอระหวาง 0.1 ถง 0.9

เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ พบวา ไมปรากฏโครงสรางผลกของไนโอเบยมเพนทอกไซด ฟลม

ทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบการ

เจอไนโอเบยมทปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล ฟลมมคาสมประสทธการแพร เทากบ 1.93 x

10-9 ตารางเซนตเมตรตอวนาท สงกวาเมอเทยบกบฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตร

ออกไซดทไมไดเตมไนโอเบยมเพนทอกไซด แตใหคาผลตางการสองผานแสงกอนและหลงเปลยนส

นอยลงเหลอประมาณ 33 เปอรเซนต

(6)

Thesis Title Synthesis of Tungsten Trioxide films Co-doping with Molybdenum

Trioxide and Niobium Pentoxide

Author Surachai Chaichana

Major Program Materials Engineering

Academic Year 2017

Abstract

This research aims to synthesize tungsten trioxide films co-doping with

molybdenum trioxide and niobium pentoxide applied for the electrochromic materials.

Films were prepared by dip-coating method and then deposited onto indium-doped

tin oxide glass substrate. The study composed of two parts. First, the synthesized

molybdenum trioxide was doped into tungsten trioxide sol with the doping

concentrations of 15, 30 and 50 %mol. The synthesized films were characterized using

XRD, XPS, SEM, EDX, and AFM. The films structure was monoclinic. Color change of

films was determined by using cyclic voltammetry and UV-Vis spectrophotometer. It

was found that the 30 %mol molybdenum trioxide doped tungsten trioxide film

exhibited the optimum diffusion coefficient of 1 .24 x 10 -9 cm2/s and showed about

44% transmittance modulation. Second, the films co-doped with molybdenum trioxide

and niobium pentoxide were prepared and examined. Tungsten trioxide film with

molybdenum trioxide at 30%mol doping with niobium pentoxide 0.1 to 0.9 %mol

were synthesized. The result indicated that the tungsten trioxide film co-doping with

molybdenum trioxide at 30 %mol together with niobium pentoxide 0.5 %mol showed

the best diffusion coefficient of 1 .93 x 10 -9 cm2/s, but the transmittance modulation

was reduced to 33%.

(7)

กตตกรรมประกาศ

การศกษางานวจยในครงนจะส าเรจลลวงไมได หากขาดความชวยเหลอจากผทรงคณวฒทก

ทาน ขาพเจาในนามของผเขยน ขอขอบคณผทมสวนเกยวของทงทกลาวและไมไดกลาวนามเปนอยาง

สง ทสละเวลาและมความกรณาใหค าปรกษาแกขาพเจาในทก ๆ ดาน จนท าใหวทยานพนธเลมน

ส าเรจบรรลเปาหมายไดอยางสมบรณ

ขอขอบพระคณ รองศาสตราจารย กลยาณ คปตานนท และรองศาสตราจารย ดร.เลก สคง

ทใหค าปรกษาและค าแนะน าทมประโยชนส าหรบการท าวทยานพนธในครงนเปนอยางดยง และรอง

ศาสตราจารย คณดถ เจษฎพฒนานนท ส าหรบค าปรกษาและความชวยเหลอในการท าวจย จนท าให

การศกษางานวจยในครงนส าเรจลลวงไดดวยด

ขอบขอบพระคณ ผชวยศาสตราจารย ดร.วระชย แสงฉาย ประธานกรรมการในการสอบ

ปองกนวทยานพนธ ทไดเสยสละเวลาอนมคา เปนประธานกรรมการในการสอบครงน

ขอขอบพระคณกรรมการสอบวทยานพนธ ผชวยศาสตราจารย ดร.วษณ ราชเพชร ทกรณา

ใหค าแนะน าเพมเตม เพอความถกตองและสมบรณของวทยานพนธ

ขอขอบคณ คณาจารย และบคลากร ภาควชาวศวกรรมเหมองแรและวสด คณะ

วศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร ทใหค าปรกษาการปฏบตงาน ความชวยเหลอเกยวกบ

การด าเนนงานทางดานเอกสารตาง ๆ ขอขอบคณสถานวจยความเปนเลศนาโนเทคโนโลยเพอ

พลงงาน มหาวทยาลยสงขลานครนทร และขอขอบพระคณ ผชวยศาสตราจารย ดร.พพฒน ชโต

อาจารยประจ าภาควชาเคม คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร ส าหรบการใหความ

เออเฟอ เครองมอในการทดสอบประสทธภาพ และบณฑตวทยาลย มหาวทยาลยสงขลานครนทร ท

สนบสนนงบประมาณบางสวนในการท าวทยานพนธ

ขอขอบคณนกศกษาปรญญาโทและเอก เพอน ๆ พ ๆ และนอง ๆ ภาควชาวศวกรรมเหมอง

แรและวสด รวมทงบคคลอน ๆ ทมไดเอยนามไว ณ ทน ทไดสละเวลา ก าลงกายและก าลงใจ

ชวยเหลอ แนะน าและใหค าปรกษาทดเสมอมา คณประโยชนซงมจากวทยานพนธฉบบน ผวจยขอ

มอบอทศแดบพการและผมพระคณทกทาน ผวจยหวงเปนอยางยงวางานวจยฉบบนจะเปนประโยชน

ตอสวนรวม ผทสนใจทวไปไมมากกนอย ซงหากมขอความผดพลาดใด ๆ ผวจยขออภยไว ณ ทนดวย

สรชย ไชยชนะ

(8)

สารบญ

หนา

บทคดยอ ……………………………………………………………………………………………….…………….…………… (5)

Abstract …………………………………………………………………….………………………………….………………… (6)

กตตกรรมประกาศ ………………………………………….………………..………………….………….………………… (7)

สารบญ ………………………………………………………………………….………………………………….……..….…… (8)

รายการตาราง …………………………………………………………………….……………………….………….….…… (12)

รายการรป ……………………………………………………………………..……….………………………………….…… (13)

สญลกษณค ายอและตวยอ ……………………………………………………….……………………….……….……… (18)

บทท 1 บทน า …………………………………………………………….……………….………..…….………….…………… 1

1.1 บทน า ……………….…………….…………………………………..……………….…….………….…………… 1

1.2 วตถประสงคโครงงานวจย ……………….…………….………………………………...…………………… 2

1.3 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ ……………….…………….…………………………..……….………..……… 3

1.4 ขอบเขตของงานวจย ……………………….…………….………………….…….…………...……..….…… 3

บทท 2 ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ ……………………………………………….………………….…….………… 4

2.1 ปรากฏการณอเลกโทรโครมก ………………………………..………………………….…..……………… 4

2.1.1 รปแบบของกระบวนการเปลยนส ………………………………..….…….……….....……… 4

2.1.2 การเปลยนแปลงสในกระบวนการอเลกโทรโครมก ………………………..……..…..… 4

2.2 อปกรณอเลกโทรโครมก ……………….…………….………………………………….…………..………… 7

2.2.1 ขวไฟฟาโปรงแสง …………………………………………………………………..…….…..…….. 7

2.2.2 วสดอเลกโทรโครมก …………….…………..………………………………..…..……….……… 7

2.2.3 สารอเลกโทรไลต …………….……..……………………….…….………………..….……..…… 8

2.2.4 เคานเตอรอเลกโทรด .......................................................... ................................ 8

2.3 โครงสรางวสดอเลกโทรโครมก ……………………………………………………………….……………… 8

2.3.1 ทงสเตนไตรออกไซด ………………………………………………………..…...……………...… 8

2.3.2 กลไกของการเปลยนแปลงสของทงสเตนไตรออกไซด ……………………………..… 10

2.3.3 โมลบดนมไตรออกไซด …………………………………………………………………………... 13

2.3.4 ไนโอเบยมเพนทอกไซด …………………….……….………………………….…....………… 13

(9)

สารบญ (ตอ)

หนา

2.4 เทคนคของกระบวนการขนรปฟลม ………………………………………….………………..…...…… 13

2.4.1 ปฏกรยาโซล - เจล ……..…………………….……………………………..…..………..……… 13

2.4.2 การจมเคลอบ ……………….……………..…………………….……………..…..………..…… 14

2.5 เครองมอส าหรบการตรวจสอบลกษณะของฟลมในงานวจย …………..……………………..… 15

2.5.1 การศกษาสมบตทางไฟฟาเคมดวยเทคนคไซคลกโวลเทมเมทร …………...……… 15

2.5.1.1 ขวไฟฟา .................................................................................................. 18

2.5.1.2 สารละลายอเลกโทรไลต ........................................... .............................. 19

2.5.2 การวเคราะหโครงสรางตวอยางดวยเทคนคการเลยวเบนของรงสเอกซ …..…… 19

2.5.3 การศกษาสณฐานวทยาและขนาดอนภาคดวยกลองจลทรรศนแบบสองกราด . 20

2.5.4 การวเคราะหลกษณะการกระจายตวของธาตองคประกอบ ............................. 20

2.5.5 การวเคราะหองคประกอบทางเคมดวยเทคนคเอกซเรยโฟโตอเลกตรอนสเปก

โตรสโคป ......................................................................................................... 21

2.5.6 การศกษาสณฐานวทยาและขนาดของอนภาคดวยกลองจลทรรศนแรงอะตอม 21

2.5.7 การวเคราะหและทดสอบคาการสองผานแสงดวยเทคนคอลตราไวโอเลตและ

วสเบลสเปกโทรสโคป ............................................................................. ......... 21

2.6 เอกสารงานวจยทเกยวของ ……………………………………………………………………...…….…… 22

2.6.1 การสงเคราะหและสมบตอเลกโทรโครมกของสารประกอบ ………………..……… 22

2.6.1.1 การสงเคราะหทงสเตนไตรออกไซด ........................................................ 22

2.6.1.2 การสงเคราะหโมลบดนมไตรออกไซด ..................................................... 22

2.6.1.3 การสงเคราะหไนโอเบยมเพนทอกไซด .................................................... 23

2.6.2 งานวจยอน ๆ ทเกยวของ ………………………………………………….…………….…….. 24

บทท 3 วสด อปกรณและวธการด าเนนงานวจย …………………………………………………..………..……… 28

3.1 วธการวจย ……………………………………………………………….……..………….……………..……… 28

3.2 สารเคมและอปกรณ ………………………………………………………………..……………..……..…… 29

3.2.1 สารเคม ………………………………………………………………...……..…….…….…..……… 29

3.2.2 อปกรณ …………………………………………………………..……..…………………….……… 29

(10)

สารบญ (ตอ)

หนา

3.3 ขนตอนการเตรยมวสดรองรบ …………………………………………………….......…………..……… 29

3.4 ขนตอนการสงเคราะห …………………………….…………………….………….…………....……….… 31

3.4.1 การสงเคราะหทงสเตนไตรออกไซดดวยวธโซล-เจล และการเคลอบฟลมทงสเตน

ไตรออกไซด …………………………….…………….……………..……………………..……… 31

3.4.2 ขนตอนการสงเคราะหทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบ

ไนโอเบยมเพนทอกไซด ………………………………………………………………………… 31

3.4.2.1 การสงเคราะหทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดดวยวธ

โซล-เจล ………………………………………………….………….……………………………..… 32

3.4.2.2 การสงเคราะหทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบ

ไนโอเบยมเพนทอกไซดดวยวธโซล-เจล …………………………….………….………… 35

3.5 ขนตอนกระบวนการขนรปฟลมดวยวธการจมเคลอบ ………………….………………….……… 37

บทท 4 ผลการทดลองและการอภปรายผล …………………………………………………………………...……… 38

4.1 ผลการสงเคราะหฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดและไนโอเบยมเพน

ทอกไซด …………………………………………………….….……………………………….………..……… 38

4.1.1 ผลการวเคราะหโครงสรางหรอลกษณะเฟสของฟลมดวยเทคนค XRD ………… 38

4.1.2 การศกษาองคประกอบและโครงสรางเคมของฟลมดวยเทคนค XPS …...……… 40

4.1.3 การศกษาสณฐานวทยาของพนผวฟลมดวยเทคนค SEM …………………………… 43

4.1.4 ผลการศกษาการกระจายตวของธาตองคประกอบของฟลมดวยเทคนค EDX . 47

4.1.5 ผลการวเคราะหลกษณะความขรขระของฟลมดวยเทคนค AFM ………………… 53 4.2 สมบตอเลกโทรโครมกของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดและ

ไนโอเบยมเพนทอกไซด ................................................ ................................................. 54 4.2.1 การวเคราะหการเปลยนแปลงของสดวยเทคนคไซคลกโวลเทมเมทรแบบรอบ 54 4.2.2 การวเคราะหสมบตการสองผานของแสงดวยเทคนค UV-Vis ……………………... 62

บทท 5 สรปผลและขอเสนอแนะ …………………………………………………………………………….…..….…… 70

5.1 บทสรป ……………………………………………………………………………….……….…………..…….… 70

5.2 ขอเสนอแนะ ……………………………………………….………………………………….……..…….….… 70

(11)

สารบญ (ตอ)

หนา

เอกสารอางอง ………………………………………………………………..…………………………….………..…….…… 71

ภาคผนวก …………………………………………………………………………………….……………….…………..……… 77

เอกสารการเผยแพรผลงานในการประชมทางวชาการ ………………………………….………………...……… 78

เอกสารการตพมพผลงานวจย ……………………………………….……………………………..……………...……… 79

ประวตผเขยน …………………………………………………………………………………..………………..……...……… 80

(12)

รายการตาราง

หนา

ตารางท 2.1 ตวอยางปฏกรยาและการเปลยนแปลงของสทเกดขนในระบบอเลกโทรโครมกทมชน

อเลกโทรโครมกเคลอบดวยสารประกอบอนนทรย ………………………….………...…….…… 5

ตารางท 2.2 ตวอยางสารอเลกโทรโครมกทเปนสารประกอบอนนทรย ……………………….……………… 6

ตารางท 2.3 สมบตทางกายทวไปของทงสเตนไตรออกไซด …………………………………..………….….…… 9

ตารางท 3.1 สดสวนระหวางปรมาณทงสเตนไตรออกไซดตอปรมาณการเจอโมลบดนมไตรออกไซด 32

ตารางท 3.2 สดสวนระหวางปรมาณทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดตอปรมาณการ

เจอไนโอเบยมเพนทอกไซด ………………………………………….………..…………….…….…… 35

ตารางท 4.1 ปรมาณของธาตองคประกอบทตรวจพบจากบรเวณทท าการสมวเคราะหในฟลมชนดตาง ๆ 47

ตารางท 4.2 ปรมาณของธาตองคประกอบทตรวจพบจากบรเวณทท าการสมวเคราะหในฟลมทงสเตน

ไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบ

ไนโอเบยมเพนทอกไซดทสดสวนตางกน ………………………………………..……..……..…… 50

ตารางท 4.3 สมประสทธการแพรของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทสดสวน

ตางกน ………………………………………………………………………………………………………….. 57

ตารางท 4.4 สมประสทธการแพรของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณ

การเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทสดสวนตางกน ….… 61

ตารางท 4.5 คาความแตกตางเปอรเซนตการสองผานของแสงในฟลมทงสเตนไตรออกไซดและฟลม

ทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทสดสวนตางกน ……………….…….…… 63

ตารางท 4.6 คาความแตกตางเปอรเซนตการสองผานของแสงในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอ

โมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบไนโอเบยมเพน

ทอกไซดทสดสวนตางกน ………………………………..............................................….…… 65

(13)

รายการรป

หนา

รปท 1.1 ปรากฏการณอเลกโทรโครมกของกระจก ซงเปลยนจากโปรงแสงเปนทบแสง ……………..… 1

รปท 2.1 ภาพแสดงโครงสรางหลกภายในอปกรณอเลกโทรโครมก …………………….……….…………..… 7

รปท 2.2 โครงสรางผลกแบบออกตะฮดรอล (Octahedral) ทมลกษณะรปทรงแปดดาน ………..…… 9

รปท 2.3 โครงสรางผลกของทงสเตนไตรออกไซดแบบ (ก) โมโนคลนก (ข) ออรโธรอมบก และ (ค)

เฮกซะโกนอล …………………………………………….……….……………..….………………….…..……… 9

รปท 2.4 การเคลอนทของอเลกตรอนและไฮโดรเจนไอออนจากสารละลายกรดซลฟวรก ทมการจาย

กระแสไฟฟาใหกบระบบฟลมทงสเตนไตรออกไซด …………………………………………….…… 10

รปท 2.5 การแทรกตวของไฮโดรเจนไอออนในโครงสรางผลกของทงสเตนไตรออกไซดแบบโมโน

คลนก …………………….……………………………………….………………..….………………….………… 11

รปท 2.6 อนตรกรยาระหวางอเลกตรอนและการสนของโครงสรางผลก ท าใหทงสเตนไตรออกไซดเกด

การเปลยนสเปนสน าเงน ................................................................................................. 11

รปท 2.7 ความบกพรองของผลกจากการหายไปของออกซเจน ท าใหทงสเตนไตรออกไซดเปลยนส 12

รปท 2.8 โครงสรางผลกของไนโอเบยมเพนทอกไซด (ก) โมโนคลนก (ข) ออรโธรอมบก และ (ค) ซโด

เฮกซะโกนอล ……………………………………………………………………………..…..…………..……… 13

รปท 2.9 ขนตอนของกระบวนการขนรปฟลมดวยวธการจมเคลอบ ……..…………….………….….…..… 14

รปท 2.10 กราฟไซคลกโวลเทมโมแกรมแสดงความสมพนธระหวางคาศกยไฟฟาและกระแส …..… 16

รปท 2.11 ลกษณะรปแบบปฏกรยาการวเคราะหดวยเทคนคไซคลกโวลเทมโมแกรม ..................… 16

รปท 2.12 ไซคลกโวลเทมโมแกรมฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณ 30

เปอรเซนตโดยโมล (ผลการทดลองทไดจากงานวจย) ……………………………………….…… 17

รปท 2.13 กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด .....……………………..…………………………...…… 20

รปท 2.14 ภาพถาย SEM ของฟลมไนโอเบยมเพนทอกไซด : (ก) Nb2O5 (02) (ข) 0.2 % mol TiO2

(ค) 1.0 % mol TiO2 และ (ง) 10.0 % mol ทก าลงขยาย 20,000 เทา ……………….… 26

รปท 3.1 แผนภมแสดงขนตอนการท าความสะอาดกระจกน าไฟฟาชนด ITO (การเตรยมวสดรองรบ) 30

รปท 3.2 แผนภมแสดงขนตอนการสงเคราะหสารละลายกรดเพอรอคโซทงสตก …………………….… 30

รปท 3.3 แผนภมแสดงขนตอนการเตรยมฟลมทงสเตนไตรออกไซด ……..………………………...…….… 33

รปท 3.4 แผนภมแสดงขนตอนการเตรยมฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด ..… 34

(14)

รายการรป (ตอ)

หนา

รปท 3.5 แผนภมแสดงขนตอนการเตรยมฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบ

ไนโอเบยมเพนทอกไซด ……………….……………………………………………………....……………… 36

รปท 4.1 XRD สเปกตรมของฟลมทงสเตนไตรออกไซด และทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 15, 30 และ 50 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ………………….. 39

รปท 4.2 XRD สเปกตรมของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด 30 เปอรเซนตโดย

โมล รวมกบการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.1 , 0.3, 0.5 และ 0.7

เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ ………………..…………………………….…………………….………... 40

รปท 4.3 XPS สเปกตรมของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล ………………………………………………………………….……….…………..… 41

รปท 4.4 XPS สเปกตรมความละเอยดสงของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณ 30 เปอรเซนตโดยโมล (ก) สเปกตรมของธาตทงสเตนในระดบชน W4f (ข) สเปกตรมของธาตโมลบดนมในระดบชน Mo3d ………………..………………………..…………. 41

รปท 4.5 XPS สเปกตรมของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล ………………………………………………………………….………………..……….... 42

รปท 4.6 XPS สเปกตรมความละเอยดสงของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดท

ปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณ

การเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล (ก) สเปกตรมของธาตทงสเตน W4f (ข) สเปกตรมของ

ธาตโมลบดนม Mo3d ………………………………………………..………………………..…..……….… 42

รปท 4.7 ภาพถาย SEM ก าลงขยาย 5,000 และ 50,000 เทาของ (ก, ข) ฟลมทงสเตนไตรออกไซด

(ค, ง) ฟลมโมลบดนมไตรออกไซด และ (จ , ฉ) ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนม

ไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล ……….………………………………..…… 44

รปท 4.8 ภาพตดขวาง ก าลงขยาย 50,000 เทาของ (ก) ฟลมทงสเตนไตรออกไซด (ข) ฟลม

โมลบดนมไตรออกไซด และ (ค) ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไซดออกไซดท

ปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล …………………..…………….…………………….………… 45

(15)

รายการรป (ตอ)

หนา

รปท 4.9 ภาพถาย SEM ก าลงขยาย 50,000 เทาของ ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนม

ไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบการเจอไนโอเบยมเพนทอก

ไซดทปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล ……………………………..…………..………….. 46

รปท 4.10 การวเคราะห EDX - mapping เฉพาะจดและลกษณะการกระจายตวของธาตองคประกอบ

ทตรวจพบของฟลมทงสเตนไตรออกไซด ……………………………….…..………….…….…..…. 48

รปท 4.11 การวเคราะห EDX - mapping เฉพาะจดและลกษณะการกระจายตวของธาตองคประกอบ

ทตรวจพบของฟลมโมลบดนมไตรออกไซด ………………………..………………………….….…. 49

รปท 4.12 การวเคราะห EDX - mapping เฉพาะจดและลกษณะการกระจายตวขององคประกอบท

ตรวจพบของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30

เปอรเซนตโดยโมล ………………………………………………………………….…………………….….. 50

รปท 4.13 การวเคราะห EDX - mapping เฉพาะจดและลกษณะการกระจายตวของธาตองคประกอบ

ทตรวจพบของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30

เปอรเซนตโดยโมล รวมกบการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.1

เปอรเซนตโดยโมล ………………………………………………………………………….….…….…..…. 51

รปท 4.14 การวเคราะห EDX - mapping เฉพาะจดและลกษณะการกระจายตวของธาตองคประกอบ

ทตรวจพบของฟลมทงสเตนไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบ

การเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล ……………….… 52

รปท 4.15 ภาพถาย AFM ในรปแบบ (ขวา) 2 มต และ (ซาย) 3 มต ของ (ก, ข) ฟลมทงสเตนไตร

ออกไซด, (ค, ง) ฟลมโมลบดนมไตรออกไซด และ (จ, ฉ) ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอ

โมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ …………….. 53

(16)

รายการรป (ตอ)

หนา

รปท 4.16 ไซคลกโวลเทมโมแกรมของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด (ก) ฟลม

ทงสเตนไตรออกไซด แสดงผลการเจอโมลบดนมไตรออกไซด ทปรมาณการเจอ (ข) 15 (ค)

30 และ (ง) 50 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ และ (จ) ไซคลกโวลเทมโมแกรมเปรยบเทยบ

ผลของปรมาณโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 0 ถง 50 เปอรเซนตโดยโมล ใน

ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด ....................................................... 55

รปท 4.17 ไซคลกโวลเทมโมแกรมในจ านวน 5 รอบการเปลยนสกลบไปกลบมา แสดงระหวาง (ก)

ฟลมทงสเตนไตรออกไซดและ (ข) ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดท

ปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล ……………………..……………………………..…..………. 58

รปท 4.18 ไซคลกโวลเทมโมแกรมของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด 30

เปอรเซนตโดยโมล รวมกบการเจอดวยไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ (ก) 0.1 ,

(ข) 0.3, (ค) 0.5, (ง) 0.7, และ (จ) 0.9 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ และ (ฉ) ไซคลก

โวลเทมโมแกรมเปรยบเทยบของปรมาณโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณ 0 และ 30

เปอรเซนตโดยโมล ในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด .................... 59

รปท 4.19 ไซคลกโวลเทมโมแกรมเปรยบเทยบผลของปรมาณไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการ

เจอ 0.1 ถง 0.9 เปอรเซนตโดยโมล ในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด

ทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล ........................................... ............................. 60

รปท 4.20 คาการสองผานของแสงในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด (ก) ฟลม

ทงสเตนไตรออกไซด แสดงผลการเจอโมลบดนมไตรออกไซด ทปรมาณการเจอ (ข) 15 (ค)

30 และ (ง) 50 เปอรเซนตโดยโมลตามล าดบ ................................................................. 63

รปท 4.21 คาการสองผานของแสงเปรยบเทยบระหวางผลของปรมาณโมลบดนมไตรออกไซดท

ปรมาณการเจอ 0 ถง 50 เปอรเซนตโดยโมล ในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตร

ออกไซด .............................................................................................. ............................. 64

รปท 4.22 คาการสองผานของแสงในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด 30

เปอรเซนตโดยโมล รวมกบกรเจอดวยไนโอเบยมเพนทอกไซด ทปรมาณการเจอ (ก) 0.1 (ข)

0.3 (ค) 0.5 (ง) 0.7 และ (จ) 0.9 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ ..................................... 66

(17)

รายการรป (ตอ)

หนา

รปท 4.23 คาการสองผานของแสงเปรยบเทยบผลของปรมาณไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการ

เจอ 0.1 ถง 0.9 เปอรเซนตโดยโมล ในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด

ทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล ........................................... ............................. 67

รปท 4.24 ภาพเปรยบเทยบการเปลยนแปลงของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด

ทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณ

การเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล เมออยในสภาวะตาง ๆ (ก) กอนเปลยนส (ข) ขณะเกดการ

เปลยนส และ (ค) ขณะจางส ตามล าดบ ............................................ ............................. 68

(18)

สญลกษณค ายอและตวยอ

AFM Atomic Force Microscope

CV Cyclic voltammetry

eV Electronvolt

EC Electrochromic

EDX Energy Dispersive X-ray spectrometer

h-MoO3 โครงสรางของโมลบดนมไตรออกไซดทมลกษณะแบบเฮกซะโกนอล

ITO ฟลมบางอนเดยมทนออกไซด

nm นาโนเมตร

SEM Scanning Electron Microscope

Tbleached คาการสองผานของแสงขณะฟลมเกดภาวะจางส

Tcolored คาการสองผานของแสงขณะฟลมเกดภาวะเปลยนส

UV-Vis Ultraviolet-Visible spectroscopy

m ไมโครเมตร

XPS X-ray photoelectron spectroscopy

XRD X-Ray Diffraction

%T เปอรเซนตการสองผานของแสง

ΔT ผลตางการสองผานของแสงทเปลยนแปลง

-WO3 โครงสรางของทงสเตนไตรออกไซดทมลกษณะแบบโมโนคลนก

-WO3 โครงสรางของทงสเตนไตรออกไซดทมลกษณะแบบออรโทรอมบก

h-WO3 โครงสรางของทงสเตนไตรออกไซดทมลกษณะแบบเฮกซะโกนอล

-WO3 โครงสรางของทงสเตนไตรออกไซดทมลกษณะแบบอสณฐาน

%mol เปอรเซนตโดยโมล

1

บทท 1

บทน า

1.1 บทน า

ปจจบนเทคโนโลยในการปองกนคลนความรอนทผานกระจกเขามาพรอมความสวาง โดยสวน

ใหญจะมการเคลอบฟลมบางหลายชนบนพนผวกระจก เพอเพมความสามารถในการสะทอนคลน

อนฟราเรดทผานเขามาแตยอมใหแสงสวางยงคงสงผานไดเพยงในระดบหนง กระจกลกษณะนจะถก

ประกอบดวยชนฟลมซงประกบขนจากชนโลหะออกไซด สงผลท าใหคลนความรอนถกสะทอนกลบ

ออกสภายนอกไดไมมากกนอย และลกษณะโดดเดนพเศษกวากระจกทวไปทไมมการเคลอบชนฟลม

คอ ความสามารถในการปรบเปลยนสมบตทางแสงไดดวยการจายกระแสไฟฟาใหแกระบบฟลม ท าให

ฟลมสามารถเปลยนจากกระจกโปรงแสงกลายเปนกระจกทมสเขมหรอทบแสงมากขนและคนกลบมา

ใสไดดงเดมเมอปราศจากการจายกระแสไฟฟา ซงสามารถควบคมปรมาณแสงทสงผานได ลดการ

สะสมความรอนทจะเขาสภายใน สงผลตอการใชงานเครองปรบอากาศหรอเครองท าความเยนลดลง

ซงเปนการประหยดพลงงาน และลดคาใชจายในการตดตงอปกรณเสรม

กระจกทถกเคลอบดวยฟลมลกษณะนจะถกเรยกวา กระจกอจฉรยะ (Smart glass) หรอ

หนาตางอจฉรยะ (Smart window) (รปท 1.1) ซงปรากฏการณทกระจกเปลยนภาวะไดนนเรยกวา

ปรากฏการณอเลกโทรโครมก (Electrochromic effect)

รปท 1.1 ปรากฏการณอเลกโทรโครมกของกระจก ซงเปลยนจากโปรงแสงเปนทบแสง [52]

2

วสดทมสมบตอเลกโทรโครมกมหลายชนด ทงสารประกอบอนทรยและสารประกอบอนนทรย ซง

ใหสมบตทแตกตางกนออกไป โดยทวไปสารประกอบอนนทรยจะมประสทธภาพในการทนตอสารเคม

เสถยรเมอกระทบตออณหภมสงและมการประยกตใชงานน าไปขนรปทคอนขางหลากหลายกวาเมอ

เทยบกบสารประกอบอนทรย [1, 2]

สารกงตวน าประเภทโลหะออกไซดทไดรบความนยมน ามาใช เชน ทงสเตนไตรออกไซด (WO3),

โมลบดนมไตรออกไซด (MoO3) และไนโอเบยมเพนทอกไซด (Nb2O5) ในงานวจยน ไดศกษาการ

สงเคราะหฟลมทงสเตนออกไซดเจอดวยโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด ซง

ทงสเตนไตรออกไซดเปนสารประกอบอนนทรยทมเสถยรภาพทดในระบบอเลกโทรโครมก เนองจาก

เปนสารกงตวน า สามารถเปลยนแปลงสไดทงโครงสรางแบบอสณฐานและแบบพหผลก เกดจากการ

เปลยนแปลงเลขออกซเดชนในปฏกรยารดอกซ [3] และเพอเปนการเพมประสทธภาพในการ

เปลยนแปลงสของฟลมใหดขน จงไดเจอโมลบดนมไตรออกไซดเขาไปในระบบของทงสเตนไตร

ออกไซด เนองจาก การเปลยนแปลงสของฟลมทมสมบตอเลกโทรโครมกตองอาศยกระแสไฟฟาจาก

ภายนอกเปนตวกระตนในปฏกรยาท าใหอเลกตรอนเกดจากการเปลยนแปลง ซง โมลบดนมไตร

ออกไซดมสมบตเปนตวเกบประจและเปนสารกงตวน าทด [4] สงผลใหอเลกตรอนหรอไอออนมการ

เคลอนทไดด และเจอรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด ทมสมบตเปนสารกงตวน า [5] เพอท าใหฟลมม

สมบตในการเปลยนแปลงสสลบกลบไปกลบมาไดโดยใชพลงงานกระตนทต าลง [6] คอ เมอไมม

กระแสไฟฟาเขาสระบบกระจกจะมลกษณะโปรงใส เมอจายกระแสไฟฟาเขาสระบบจะเกดการ

เปลยนแปลงสงผลใหกระจกทบแสงลกษณะมสฟาหรอสน าเงนเขม และท าใหฟลมสามารถเปลยนส

สลบกลบไปกลบมาในจ านวนรอบทมากขน [7, 8]

1.2 วตถประสงคของงานวจย

1. เพอสงเคราะหฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอก

ไซดดวยกระบวนการโซล-เจล เคลอบบนแผนกระจกน าไฟฟาชนด ITO

2. ศกษาปจจยทสงผลตอกระบวนการสงเคราะหและเตรยมฟลม ซงมตวแปรทเกยวของ ไดแก

ปรมาณของสารเจอ ขนาดของอนภาคหลงผานกระบวนการการจมเคลอบและการแคลไซน

3. ทดสอบสมบตอเลกโทรโครมกและลกษณะเฉพาะของฟลมทไดจากการสงเคราะห ในรปแบบ

การเปลยนแปลงสของฟลม

3

1.3 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ

1. สามารถสงเคราะหฟลมของทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยม

เพนทอกไซดดวยกระบวนการโซล-เจล เคลอบบนแผนกระจกน าไฟฟาชนด ITO

2. ทราบถงภาวะทเหมาะสมของการสงเคราะหและการเตรยมฟลม ซงสงผลดตอสมบตอเลกโทร

โครมก โดยฟลมมการเปลยนแปลงสทดในภาวะจางสและเกดส

3. สรางองคความรใหมทเปนประโยชนตอการพฒนาวสด เพอเปนแนวทางในการพฒนาเกยวกบ

การสงเคราะหสารในกระบวนการอเลกโทรโครมกทมประสทธภาพของการเปลยนส น าไปสการ

ประยกตใชในอตสาหกรรมทวไปในอนาคตได

4. เผยแพรขอมลในวารสารนานาชาตเกยวกบการพฒนาวสดอเลกโทรโครมกในอกรปแบบหนง

และเปนขอมลใหกบนกวจยรนใหมในการพฒนาตอไป

1.4 ขอบเขตของงานวจย

1. ศกษาฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดดวย

กระบวนการโซล-เจล ขนรปดวยวธการจมเคลอบบนแผนกระจกน าไฟฟาชนด ITO

2. ศกษาตวแปรทมผลตอสมบตของฟลมอเลกโทรโครมกของสารประกอบ เชน ปรมาณของสาร

ตงตนและสารเจอ

3. วเคราะหโครงสรางและสณฐานวทยาของฟลมดวยเทคนค XRD, XPS, AFM, SEM และ EDX-

mapping

4. ศกษาประสทธภาพการเปลยนแปลงสกลบไปกลบมทาของฟลม ทดสอบสมบตอเลกโทรโครมก

ของฟลมดวยกระบวนการวเคราะหดวยเทคนค UV-Vis และไซคลกโวลเทมเมทร

4

บทท 2

ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ

2.1 ปรากฏการณอเลกโทรโครมก

2.1.1 รปแบบของกระบวนการเปลยนส [9]

โครมซม (Chromism) ปรากฏการณหรอกระบวนการทสารเกดการเปลยนแปลงของสจาก

ภาวะไมมสจนเขาสภาวะมสหรอเปลยนแปลงจากสเดมกลายเปนสหนง ๆ ภายหลงการกระตนดวยสง

เราในลกษณะประเภทตาง ๆ ซงการเปลยนแปลงสนมกจะเกดขนแบบชวงหนงอยางไมถาวรและ

สามารถผนกลบสภาวะเดม สารทมสมบตโครมกในปจจบนพบไดมากทงลกษณะทเกดขนเองตาม

ธรรมชาตหรอถกสงเคราะหขนเพอใหมสมบตไดตามทตองการ สารดงกลาวอาจอยในรป สารประกอบ

อนทรย สารประกอบอนนทรย หรอจ าพวกสารประกอบโมเลกลทมขนาดเลก แตเมอมการกระตนด

จากภายนอกจะสงผลท าใหโครงรปหรอโครงสรางภายในผลกของโมเลกลเปลยนแปลงไปจะม

ความสามารถดดกลนหรอสะทอนแสงในชวงความยาวคลนทตางจากโมเลกลกอนถกกระตนได จงท า

ใหสารโครมกมการเปลยนแปลงสทมองเหนแตกตางจากเดม

โดยทวไปปรากฏการณโครมซม มกจ าแนกตามประเภทของสงเราภายนอกทมากระตน ไดแก

เทอรโมโครมก (Thermochromic) โฟโตโครมก (Photochromic) ฮาโลโครมก (Halochromic)

ไอโอโนโครมก (Ionochromic) และอเลกโทรโครมก (Electrochromic) เปนตน ซงงานวจยและ

การศกษาเกยวกบวสดโครมกเปนการสงเคราะหวสดโครมกชนดใหมหรอการพฒนาโครงสรางเดมใหม

สมบตการเปลยนแปลงสทดขนดวยกระบวนการทางเคมหรอกายภาพ จดประสงคเพอตอบสนอง

ความตองการในการน าไปประยกตใชผลตอปกรณทตองการความแปลกใหมหรอส าหรบการใชงาน

เฉพาะทาง ซงสมบตเหลานสามารถถกควบคมหรอปรบแตงโดยการดดแปลงระดบโมเลกลหรอการ

เจอระหวางสารอน ๆ กระทงเทคนคของการขนรปชนงาน

2.1.2 การเปลยนแปลงสในกระบวนการอเลกโทรโครมก [9]

ปรากฏการณทสารเกดการเปลยนแปลงส ซงเกดจากการท าปฏกรยาออกซเดชน-รดกชน

เรยกวา ปฏกรยารดอกซ (Oxidation-reduction or redox reaction) โดยทปฏกรยาจะถกเหนยวน า

ใหเกดดวยกระแสไฟฟา เปนผลจากสารทอยในรปออกซไดซและรปรดวซมสมบตดดกลนหรอสะทอน

แสงในชวงความยาวคลนทเปลยนไปจงสงผลใหสารทงสองรปนมสแตกตางกน โดยการเปลยนแปลงส

ทเกดขนเปนไดทงการเปลยนสระหวางโปรงใสหรอฟอกจาง (Transparent or bleached) ใหกลาย

5

มาเปนภาวะมส หรอเปลยนจากสหนงใหกลายเปนอกสหนงกได และเราเรยกสารอเลกโทรโครมกทม

การเปลยนสเมอเกดปฏกรยารดกชนวา วสดแคโธดกคอลลคลเลอรง (Cathodically coloring

materials) และเรยกสารอเลกโทรโครมกทมการเปลยนสเมอเกดปฏกรยาออกซเดชนวา วสดแอโน

ดกคอลลคลเลอรง (Anodically coloring materials) ซงสารแตละชนดมปฏกรยาและเกดการแปลง

เปลยนสทแตกตางกน ดงแสดงในตารางท 2.1

ตารางท 2.1 ตวอยางปฏกรยาและการเปลยนแปลงของสทเกดขนในระบบอเลกโทรโครมกทมชน

อเลกโทรโครมกเคลอบดวยสารประกอบอนนทรย [53] Metal Oxide Reaction Colour Change Cobalt Oxide 3CoO + 2OH Co3O4 + H2O + 2e- green brown

Indium Tin Oxide In2O3 + 2x(Li+ + e-) Li2xInIII(1-x)InI

xO3 colourless pale blue

Iridium Oxide Ir(OH)3 IrO2·H2O + H+ + e- colourless blue/grey Molybdenum

Trioxide MoO3 + x(Li+ + e-) LixMoVI

(1-x)MoVxO3 colour blue

Nickel Oxide NiOxHy [NiII(1-z)NiIIIz]OxH(y-z) + zH+ + ze- colourless brown/black

Tungsten Trioxide WO3 + x(Li+ + e-) LixWVI(1-x)WV

xO3 very pale blue blue

Vanadium Pentoxide LixV2O5 V2O5 + x(Li+ + e-) very pale blue

(brown/yellow)

Cerium Oxide CeO2 + x(Li+ + e-) LixCeO2 yellow very pale

Manganese Oxide MnO2 + ze- + zH+ MnO(2-z)(OH) yellow brown

Niobium Pentoxide Nb2O5 + x(Li+ + e-) LixNb2O5 colourless pale blue

หลกการท างานพนฐานเปลยนสของวสดอเลกโทรโครมก เกดจากปฏกรยาไฟฟาเคม เกดขนเมอมการใหความตางศกยไฟฟาเขาไปในระบบ สงผลท าใหเกดการแทรกตวของไอออนบวก (M+) และอเลกตรอน (e-) เขาสไปภายในโครงสรางของวสดอเลกโทรโครมก ปรากฏการณทเกดขนนถกเรยกวา การแทรกแบบค (Double injection) เนองจากไอออนบวกซงเปนโลหะอลคาไลน หรอธาตหม I เคลอนทเขาหาขวแคโทด และอเลกตรอนเคลอนทเขาหาขวแอโนด ซง การเกดสอาศยกระบวนการเปลยนแปลงทางปฏกรยาไฟฟาเคมหรอเกดไดในปฏกรยาแบบแคโทดก (Cathodic) และแอโนดก (Anodic) ลกษณะของการรบประจบวกและประจลบ ดงแสดงในสมการท 2.1 และ 2.2 ตามล าดบ [10]

6

Cathodic: ROy + xM+ + xe- MxROy 2.1

โดยท M+ ไดแก H+, Na+, Li+ หรอ K+ และ R คอ ธาตโลหะกลมทรานซชน

Anodic: ROy + xM- + xh+ MxROy 2.2

โดยท M- ไดแก H- หรอ OH- และ R คอ ธาตโลหะกลมทรานซชน

ตวอยางของสารประกอบอนนทรยทนยมน ามาใชงานกนอยางแพรหลายในปจจบนท

ตอบสนองตอสมบตอเลกโทรโครมกไดด ดงแสดงในตารางท 2.2

การประยกตใชงานของกระบวนการอเลกโทรโครมกนน นอกจากจะใชในการท าชนฟลม

เคลอบลงบนกระจก เพอใหมสมบตเปนกระจกอจฉรยะส าหรบอาคาร ทอยอาศยและยานพาหนะแลว

ยงสามารถน าไปประยกตใชเคลอบเปนชนฟลมเพอท าอปกรณชนดอนไดอก เชน กระจกสองหลง

รถยนต หนาจอแสดงขอมล อปกรณกระดาษอเลกทรอนกส หมกทใชส าหรบการพมพหรอสยอม และ

อปกรณชนดอน ๆ เปนตน

ตารางท 2.2 ตวอยางสารอเลกโทรโครมกทเปนสารประกอบอนนทรย [54]

สารประกอบ ปฏกรยาทท าใหเกดการเปลยนส ลกษณะรปแบบส

รปออกซไดซ รปรดวซ Ir(OH)3 ออกซเดชน

(วสดแอโนดกคอลลคลเลอรง) น าเงน-ด า โปรงใส

Ni(OH)2 น าตาล-บรอนซ โปรงใส หรอ เขยวออน WO3

รดกชน (วสดแคโธดกคอลลคลเลอรง)

โปรงใส น าเงน V2O5 เหลอง น าเงน-ด า MoO3 โปรงใส น าเงน Nb2O5 เหลอง น าเงน

ปรสเซยนบล (Prussian blue, [Fe4[Fe(CN)6]3])

น าเงน โปรงใส

7

2.2 อปกรณอเลกโทรโครมก [11]

โครงสรางพนฐานของอปกรณอเลกโทรโครมก (รปท 2.1) ประกอบดวยชนฟลมชนดตาง ๆ

และสารอเลกโทรไลต ทท าใหเกดกระบวนการเปลยนส โดยโครงสรางหลกทวไปจะมสวนประกอบ

ส าคญหลก ๆ 3 สวน ดงน

รปท 2.1 ภาพแสดงโครงสรางหลกภายในอปกรณอเลกโทรโครมก [12]

2.2.1 ขวไฟฟาโปรงแสง (Transparent conductive oxide, TCO) [11] เปนฟลมบาง

ของสารกงตวน าโปรงใสทน าไฟฟาได ซงสารทนยมใชท าเปนขวไฟฟา ไดแก อนเดยมทนออกไซด

( Indium tinoxide, ITO) ซ งเปนสารกงตวน าชนด (N-type semiconductor) โดยมสวนผสม

อนเดยมออกไซด (In2O3) ปรมาณ 90 เปอรเซนต โดยน าหนก ผสมกบทนออกไซด (SnO2) ปรมาณ

10 เปอรเซนต โดยน าหนก สารนท าหนาทเปนตวน าไฟฟาโปรงแสงใหกบระบบอเลกโทรโครมก ซงจะ

ใชชนตวไฟฟาโปรงใสน 2 ชนตอเขากบขวบวกและขวลบของแหลงก าเนดไฟฟาภายนอก

2.2.2 วสดอเลกโทรโครมก (Electrochromic material) [11] วสดนมความสามารถใน

การเปลยนสได เมอรบสนามไฟฟาจากภายนอกโดยเกดปฏกรยาเคมขนหลงการแทรกตวของโปรตอน

และอเลกตรอนในชนวสดท ใช ซงมทงชนดท เปนสารอนทรย (Organic) ไดแก ไวโอโลเจน

(Viologens) ปร ส เซ ยนบล (Prussian blue) แลนทาไนดฟาทา โล ไซยานน (Lanthanide

phthalocyanine) และไพลาโซลน (Pyrazoline) เปนตน และชนดทเปนสารอนนทรย (Inorganic)

ซงสวนมากนยมใชออกไซดของธาตโลหะในหมทรานซชน ไดแก ทงสเตนไตรออกไซด โมลบดนมไตร

ออกไซด ไทเทเนยมไดออกไซด ไนโอเบยมเพนทอกไซด และวานาเดยมเพนทอกไซด เปนตน

8

ออกไซดของโลหะทรานซชนเปนวสดทนยมใชกนอยา งแพรหลายทสด เนองจากม

ประสทธภาพในการเกดสสงโดยใชพลงงานไฟฟาต าและใหความสบายตาตอผทมองเหน

2.2.3 สารอเลกโทรไลต (Solid or gel electrolyte) [11] เปนสวนประกอบทเกดปฏกรยา

ไฟฟาเคมและเปนทางผานของไอออนอยในสถานะของเหลวหรอของเหลวกงแขง ไดแก สารละลาย

โซเดยมคลอไรด (NaCl) สารละลายลเทยมเปอรคลอเรต (LiClO4) หรอสารละลายกรดซลฟวรก

(H2SO4) เปนตน โดยจะตองมไอออนบวกแทรกตวและถอนตวอยภายในใครงสรางระบบฟลม ไอออน

สวนใหญทนยมใช คอ H+, Na+, Li+ หรอ K+ เปนตน

ซงสวนประกอบทง 3 สวนน เปนสวนประกอบทส าคญของอปกรณอเลกโทรโครมก แต

สามารถเปลยนแปลงรปแบบของระบบฟลมใหมประสทธภาพเพมขนได โดยการเพมชนเคานเตอร

อเลกโทรด

2.2.4 เคานเตอรอเลกโทรด (Counter-electrode) [55] เปนชนทท าหนาทตรวจสอบการ

ไหลของกระแสไฟฟา บงคบการไหลของกระแสหรอถายโอนอเลกตรอนทเคลอนทจากภายนอกคนส

สารละลายอเลกโตรไลต โดยทเคานเตอรอเลกโทรดตอง มคาการน าไฟฟาด พนผวลกษณะเปนรพรนสง

และมสมบตเปนตวเรงปฏกรยา วสดทนยมท าเปนเคานเตอรอเลกโทรด คอ โลหะแพลทนม (Pt) บางครง

ชนนอาจเปนชนอเลกโทรโครมก แตลกษณะการเกดปฏกรยาตรงขามกบชนอเลกโทรโครมกหลก

2.3 โครงสรางวสดอเลกโทรโครมก

2.3.1. ทงสเตนไตรออกไซด

ทงสเตนไตรออกไซด เปนสารประกอบของโลหะทรานซชน หม VI B ทมสมบตอเลกโทรโครมก เนองจากโลหะทรานซชนสวนใหญจะมเลขออกซเดชนหลายคา สารประกอบสวนมากจะมสทแตกตางกน และสารประกอบอยในรปของพนธะโควาเลนตทมอเลกตรอนรวมกนระหวางทงสเตนกบออกซเจน โดยเลขออกซเดชนเทากบ 6+ และ 2- ตามล าดบ [10] สมบตทางกายภาพทวไปของทงสเตนไตรออกไซด ดงแสดงคาในตารางท 2.3 ซงโครงสรางพนธะของทงสเตนออกไซดมยนตเซลลพนฐานเปนแบบ ReO3 หรอ Perovskite structure เกดการจบพนธะเดยวกบออกซเจนบรเวณมมภายในโครงสรางของผลกทมทงสเตนอยตรงกลาง (O-W-O) ท าใหรปแบบของโครงสรางผลกเปน WO6 หรอ ออกตะฮดรอล (Octahedral) คอ ลกษณะผลกรปทรงแปดดาน (รปท 2.2) [18]

9

ตารางท 2.3 สมบตทางกายทวไปของทงสเตนไตรออกไซด [56]

รปท 2.2 โครงสรางผลกแบบ ออกตะฮดรอล (Octahedral) ทมลกษณะรปทรงแปดดาน [18, 21]

หากโครงสรางผลกซงขนอยกบความเสถยรทางเทอรโมไดนามกถกท าใหเสยรปจากเดม เชน ผลของอณหภมทกอใหเกดการบดเบยวทางโครงสราง จะสงผลท าใหผลกมการจดเรยงโครงสรางผลกรปแบบใหม เชน โครงสร างผลกแบบโมโนคลน ก (Monoclinic, -WO3) ออร โธรอมบ ก (Orthorhombic, -WO3) และเฮกซะโกนอล (Hexagonal, h-WO3 ) เปนตน [18] (รปท 2.3)

(ก) (ข) (ค) รปท 2.3 โครงสรางผลกของทงสเตนไตรออกไซด (ก) โมโนคลนก (ข) ออรโธรอมบก และ (ค) เฮกซะโกนอล [57]

สมบตทางกายภาพของทงสเตนไตรออกไซด สตรโมเลกล WO3 น าหนกโมเลกล (Molar mass) 231.84 กรมตอโมล ลกษณะกายภาพ (Appearance) ของแขงสเหลอง ความหนาแนน (Density) 7.16 กรมตอลกบาศกเซนตเมตร จดหลอมเหลว (Melting point) 1,473 °C; 2,683 °F; 1,746 K จดเดอด (Boiling point) 1,700 °C; 3,090 °F; 1,970 K (Approximation)

10

2.3.2 กลไกของการเปลยนแปลงสของทงสเตนไตรออกไซด ถาอะตอมโครงสรางมการจดเรยงตวอยางเปนระเบยบและเหมอนกนทงระบบจะถอวาเปน

การจดเรยงตวตวโครงสรางเปนผลกอยางสมบรณ ซงโดยทวไปวสดยอมมความบกพรองแฝงอยภายในเสมอ และความบกพรองทเกดขนจะมลกษณะทแตกตางกน สงผลใหวสดมสมบตทเปลยนแปลง เชน สภาพการน าไฟฟา ความแขงแรงของเนอวสด การแพรกระจายของอะตอมในวสด หรอท าใหเกดการเปลยนแปลงสได [21] รปท 2.4 การเคลอนทของอเลกตรอนและไฮโดรเจนไอออนจากสารละลายกรดซลฟวรก ทมการจายกระแสไฟฟาใหกบระบบฟลมทงสเตนไตรออกไซด [21]

จากรปท 2.4 ไฮโดรเจนไอออน (H+) ซงเกดจากการแตกตวของสารละลายกรดซลฟวรก เคลอนทไปยงชนอเลกโทรโครมก เกดการแทรกตวและจดรปแบบใหม จากทงสเตนไตรออกไซดกลายเปนทงสเตนบรอนซ (Tungsten bronze) พรอมดวยอเลกตรอน (e-) จากขวแคโทดจะเคลอนทเขาไปยงชนอเลกโทรโครมก เกดเปนปฏกรยารดอกซในกระบวนการอเลกโทรโครมกสามารถเขยนได ดงสมการท 2.3 [21] ซงหากปฏกรยาเกดจากซายไปขวา เรยกวา ปฏกรยารดกชน เนองจาก ปฏกรยาทบรเวณขวไฟฟา ITO/WO3 ท าหนาทเปนขวแคโทดโดยการจายอเลกตรอนพรอมกบเกดการแทรกตวของไอออนบวกเขาสโครงสราง สงผลใหทงสเตนทมเลขออกซเดชน W6+ เปลยนคาเปน W5+ สารอเลกโทรโครมกจงเกดการเปลยนสเปนสน าเงน (สภาวะเกดส) และเมอมการกลบขวไฟฟาจะสงผลใหมการดงไอออนและอเลกตรอนออกจากชนอเลกโทรโครมกเกดปฏกรยาออกซเดชน ท าใหทงสเตนเปลยนจาก W5+ กลบไปเปน W6+ เปลยนสกลบมาใส (สภาวะจางส) เชนเดม แสดงใหเหนวาปฏกรยาเคมของปรากฏการณอเลกโทรโครมกสามารถเปลยนสกลบไปกลบมาภายใตสนามไฟฟาได [22]

Reduction WO3 + xe- + xM+ MxWO3 2.3

(ภาวะโปรงใส) Oxidation (สน าเงน) โดยท M+ ไดแก H+, Na+, Li+ หรอ K+

11

จากปรากฏการณการแทรกแบบค สามารถเขยนสตรโมเลกลใหมไดเปน HWO3 เมอพจารณาโครงสรางใหม พบการเปลยนโครงสรางผลกเปนแบบเพอโรสก (Perovskite) โดยประจบวกจะแทรกตวเขาไปอยตรงกลางของโครงสรางแบบโมโนคลนก ดงแสดงในรปท 2.5 จงเรยกทงสเตนไตรออกไซดทถกแทรกประจบวกในลกษณะนวา ทงสเตนบรอนซ [19]

รปท 2.5 การแทรกตวของไฮโดรเจนไอออนในโครงสรางผลกของทงสเตนไตรออกไซดแบบโมโนคลนก [18]

จากการแทรกตวของประจบวกในโครงสรางผลกของทงสเตนไตรออกไซด สงผลใหเกดการเหนยวน าของอเลกตรอนทบรเวณขวแคโทดเขาสโครงสรางของผลก และถกบงคบหรอโพลาไรซ (Polarization) จากการสนของโครงรางผลก (Lattice vibration) เปนผลท าใหอเลกตรอนเคลอนทเขามาอยในอะตอมของทงสเตนได อนตรกรยาระหวางการสนของโครงรางผลกหรอโฟนอน (Phonon) กบอเลกตรอนน เรยกวา โพลารอน (Polaron) หากโฟตอนจากภายนอกมาตกกระทบจะท าใหเกดการดดกลนและคายพลงงานจากโพลารอนขน พลงงานทถกดดกลนขนอยกบจ านวนโพลารอนในโครงสรางผลกและพลงงานโฟตอนทคายออกมาจะตรงกบชวงแสงสน าเงน [12] ดงแสดงใน รปท 2.6

รปท 2.6 อนตรกรยาระหวางอเลกตรอนและการสนของโครงสรางผลก ท าใหทงสเตนไตรออกไซดเกดการเปลยนสเปนสน าเงน [18]

12

นอกจากปรมาณของไอออนและอเลกตรอนทมการแทรกเขาไปในโครงสรางของฟลมบางทงสเตนไตรออกไซดจะท าใหเกดปรากฏการณทงสเตนบรอนซแลว ยงสงตอสมประสทธการแพร (Diffusion coefficient) ของไอออนในวสดทมสมบตทางอเลกโทรโครมก โดยสมประสทธการแพรของไอออนในวสดทมโครงสรางอสณฐานจะมการแพรของไออนทเรวกวาวสดทมโครงสรางเปนผลก เนองจากวสดทมโครงสรางอสณฐานนนมความหนานแนนของโครงสรางต ากวา ท าใหไอออนเกดการการแทรกตว (Intercalation) และการถอนตว (Deintercalation) รวดเรว สงผลใหฟลมเกดการเปลยนแปลงของสไดงาย หากวสดทมสมบตทางอเลกโทรโครมกถกท าใหเกดการเปลยนโครงสรางจนความหนาแนนต าลง ความเรวในการตอบสนองตอการเปลยนสกจะมคาสงขน อยางไรกตาม กลไกการเกดสจากโพลารอนไมสามารถอธบายไดครบถวน เกยวกบอเลกตรอนทแทรกตวอยในอะตอมทงสเตน จงมการอธบายดวยลกษณะความบกพรองของผลกเพมเตม การเกดสของทงสเตนไตรออกไซด ยงถกอธบายโดยใชความบกพรองของผลกทเกดจากการหายไปของอะตอมออกซเจน (Oxygen vacancy) ทอยภายในโครงสรางทงสเตนไตรออกไซดแบบ อสณฐาน(Amorphous) เขยนสตรโครงสรางทางเคม a-WO3-y (เมอ y คอ คาความบกพรองเกดจากการสญเสยออกซเจน) เมอมสนามไฟฟาภายนอกเปนตวกระตน ท าใหประจบวกแทรกตวเขาสภายในโครงสราง และเหนยวน าอเลกตรอนทบรเวณขวแคโทดเขามาสโครงสรางซงอยในภาวะขาดออกซเจน ท าใหอเลกตรอนทเขามาจะถกดกจบโดยทงสเตนดวยการโพลาไรซจากการสนของโครงรางผลกเขามาอยในวงโคจรของอะตอมทงสเตนแทนทออกซเจนทขาดหายไป ท าใหเลขออกซเดชนของทงสเตนจาก 6+ เปลยนคาเปน 5+ และอเลกตรอนสามารถเคลอนทระหวางอะตอมทงสเตน (บรเวณทออกซเจนหายไป) โดยรศมวงโคจรอเลกตรอนจะขนอยกบระดบพลงงานทมอเลกตรอนเขาไปโคจรอยดวย ดงแสดงในรปท 2.7 [18, 21]

รปท 2.7 ความบกพรองของผลกจากการหายไปของออกซเจน ท าใหทงสเตนไตรออกไซดเปลยนส [18]

13

ท าใหทงสเตนไตรออกไซดเปนสารประกอบอนนทรยทไดรบความสนใจในการน ามาใชในสรางวสดอเลกโทรโครมกมากทสด เนองจากตอบสนองตอเกดการเปลยนแปลงของสเมอไดรบความตางศกยไฟฟาไดด จงนยมน าไปท าเปนชนอเลกโทรโครมก

2.3.3. โมลบดนมไตรออกไซด

โมลบดนมไตรออกไซดเปนโลหะทรานซชนออกไซด ทมลกษณะเปนผงสขาวหรอสฟาออน ม

สมบตเปนสารกงตวน าชนดเอน (N-type semiconductor) ซงมคาของชองวางแถบพลงงาน (Band

gap energy) เทากบ 2.90-3.15 อเลกตรอนโวลต [23] โครงสรางผลกเปน MoO6 หรอ ออกตะฮ

ดรอล [24] ซงโครงสรางแบบออรโธรอมบก เปนโครงสรางผลกทมความเสถยรทางเทอรโมไดนามก

ตอบสนองตอสมบตทางอเลกโทรโครมก [25]

2.3.4 ไนโอเบยมเพนทอกไซด

ไนโอเบยมเพนทอกไซดเปนสารประกอบอนนทรยของโลหะทรานซชน หม V B ลกษณะทาง

กายภาพเปนผงสขาว ไมละลายในน า มสมบตเปนสารกงตวน าชนดเอน คาของชองวางแถบพลงงาน

เทากบ 3.4 ถง 4.0 อเลกตรอนโวลต เกดการจบพนธะกบออกซเจน (Nb-O-Nb-O) ซงมหนวยเซลล

พนฐานเปน NbO6 ลกษณะโครงสรางผลกสวนใหญของไนโอเบยมเพนทอกไซด ไดแก โครงสรางผลก

แบบโมโนคลนก ออรโธรอมบก และซโด-เฮกซะโกนอล (Pseudohexagonal, TT-Nb2O5) เปนตน ซง

โครงสรางแบบโมโนคลนกจะแสดงสมบตทางอเลกโทรโครมก [5] (รปท 2.8)

(ก) (ข) (ค)

รปท 2.8 โครงสรางผลกของไนโอเบยมเพนทอกไซด (ก) โมโนคลนก (ข) ออรโธรอมบก และ (ค) ซโดเฮกซะโกนอล [5]

2.4 เทคนคของกระบวนการขนรปฟลม 2.4.1. โซล-เจล [13] ส าหรบการเคลอบฟลมใชเทคนคโซล-เจลและวธการจมเคลอบ

เนองจากเทคนคโซล-เจล เกดจากปฏกรยาทางเคมของสารในระดบโมเลกลเปนกระบวนการเปลยน

14

สถานะจากของเหลวทเรยกวา “โซล” โดยลกษณะทวไปจะอยในรปของสารแขวนลอยทมขนาด

อนภาคประมาณ 0.1 ถง 1 ไมครอน จนเปนของแขงทเรยกวา “เจล” โดยสารทสงเคราะหไดมความ

บรสทธสง องคประกอบส าคญทสงผลตออตราการเกดปฏกรยา คอ อตราสวนโมลของน า ตวเรง

ปฏกรยา และอณหภม ในภาวะทตางกนเปนปจจยทตองควบคม เนองจากปจจยเหลานจะสงผลให

โซลและเจลทสงเคราะหไดมสมบตโครงสรางตางกนดวย

ขอดของวธ โซล-เจล คอ ท าใหเกดพนธะบาง ๆ ระหวางวสดรองรบ (Substrate) กบตวสาร

เคลอบ สามารถเคลอบใหมความหนาเพอปองกนการกดกรอนได สามารถเคลอบไดทงวสดทมรปราง

งาย ๆ และทมรปรางซบซอน ท าไดงาย ราคาถก และเปนวธทมประสทธภาพในการเคลอบ มความ

บรสทธ ความเปนเนอเดยวกนสง และเตรยมไดทอณหภมต า จากขอดและความสะดวกในการ

สงเคราะห กระบวนการโซล-เจล จงเปนกระบวนการทไดรบความนยมเปนอยางมากในการผลตโลหะ

ออกไซดในระดบนาโน [14]

2.4.2. การจมเคลอบ [15] ส าหรบกระบวนการจมเคลอบ เปนเทคนคทใชในการเคลอบผว

วสดอกวธหนง ซงเปนกระบวนการทท าไดงาย ขนตอนไมยงยาก ราคาถก และเคลอบวสดรองรบทม

รปรางซบซอนได โดยกระบวนการจมเคลอบประกอบดวย 3 ขนตอน หลก ๆ ไดแก 1.การจมเคลอบ

วสดรองรบในของเหลวหรอสารละลายทไดจากการสงเคราะห 2. การดงวสดรองรบขนจากสารละลาย

อยางชา ๆ และสม าเสมอ และ 3.การเคลอบฟลม ซงเกดจากการไหลตวของสารละลายออกจากวสด

รองรบและเกดการระเหยตวของสารละลาย ท าใหเกดการเรยงตวของอนภาคบนพนผวของตวกลางท

ตองการ จากนนจงน าฟลมทไดจากกระบวนการจมเคลอบไปอบใหแหง และปรบปรงสมบตของฟลม

ดวยความรอน (Heat treatment) ดงแสดงในรปท 2.9 เพอท าใหฟลมสามารถยดตดบนผวของแผน

รองรบไดด

รปท 2.9 ขนตอนของกระบวนการขนรปฟลมดวยวธการจมเคลอบ [58]

15

โดยความหนาของฟลมทเคลอบในแตละครง ขนอยกบอตราเรวในการดงวสดรองรบ แรงดง

ผว ความหนดของสารละลาย ความดนไอ เปนปจจยทสงผลตอการไหลตวของสารละลายออกจาก

วสดรองรบ ดงแสดงในสมการท 2.4

D ≈ kv2/3 2.4

โดยท D คอ คาความหนาของชนฟลมบนวสดรองรบ

V คอ อตราเรวในการดงวสดรองรบจากของเหลว

K คอ คาคงท

(สมบตทมผลตอความหนาของฟลม ความหนด แรงตงผว และความดนไอ)

2.5 เครองมอส าหรบการตรวจสอบลกษณะของฟลมในงานวจย

2.5.1 การศกษาสมบตทางไฟฟาเคมดวยเทคนคไซคลกโวลเทมเมทร (Cyclic voltammetry, CV)

การวเคราะหสมบตทางไฟฟาเคม (Elcetrochemical) สามารถท าการศกษาไดหลายวธ จากงานวจยเลอกศกษาดวยเทคนคไซคลกโวลเทมเมทร ซงเปนเทคนคของการวเคราะหทางดานสาขาเคมทท าไดงายและ รวดเรว จงนยมน ามาใชกนอยางแพรหลายในการศกษาเกยวกบกระบวนการรดอกซ หรอการเกดปฏกรยารดกชนและปฏกรยาออกซเดชนของวสดตวอยาง [16] โดยการประเมนประสทธภาพของฟลมในกระบวนการอเลกโทรโครมก ท าการวดคากระแสทเกดขนจากปฏกรยาไฟฟาเคม เมอมการจายคาศกยไฟฟาในชวงทเหมาะสมใหแกเซลลไฟฟาเคม แลวจงแสดงคาความสม พน ร ะหว า งค าศ กย ไฟฟาและกระแสออกมาในร ปแบบของโวล เทมโมแ กรม (Voltammogram) เพอน าไปค านวณหาคาสมประสทธการแพร (Diffusion coefficient, D) ดงแสดงในสมการท 2.5 [17]

iP = 2.69 x 105 n3/2 AD1/2Cv1/2 2.5

โดยท iP คอ กระแสไฟฟาทจดสงสด (แอมแปร) n คอ จ านวนอเลกตรอนทเปลยนแปลงในปฏกรยา A คอ พนทหนาตดของขวไฟฟาท างาน (ตารางเซนตเมตร) D คอ คาสมประสทธการแพร (ตารางเซนตเมตรตอวนาท) C คอ ความเขมขนของอเลกโทรไลต (โมลตอลกบาศกเซนตเมตร) v คอ อตราการเปลยนคาความตางศกยไฟฟาในการวเคราะห (โวลตตอวนาท)

ไซคลกโวลเทมโมแกรม (Cyclic voltammogram) วดจากกระแสขณะขวไฟฟาก าลงท างาน

ในระหวางการสแกนศกยไฟฟา แสดงคาออกมาในรปแบบความสมพนธหวาง กระแส (แกน X) กบ

ศกยไฟฟา (แกน Y) [16, 17] และหากพจารณาลกษณะของกราฟ เมอลากเสนตดแกนศกยไฟฟาจาก

16

Potential / V

ΔEp=Ep,a-Ep,c

ต าแหนงจดยอดของกราฟดานบน ความสงทได คอ กระแสพคแอโนดก (Anodic peak current, ipa)

ต าแหนงศกยทางดาน พคแอโนดก (Anodic peak potential, Epa) แสดงคาบวก ในทางตรงกนขาม

ต าแหนงจดยอดของกราฟดานลาง ความสงทได คอ กระแสของพคแคโทดก (Cathodic Peak

current, ipc) ต าแหนงศกยทางดาน พคแคโทดก (Cathodic Peak current, ipc) กลบแสดงคาออกมา

เปนลบ ดงแสดงในรปท 2.10

รปท 2.10 กราฟไซคลกโวลเทมโมแกรมแสดงความสมพนธระหวางคาศกยไฟฟาและคากระแส [59]

ซงกระแสของพคสงมากหรอนอยจะเปลยนผนตามความเขมขนของสาร และต าแหนงศกยกเปนคาเฉพาะของสารแตละชนดทมสมบตทแตกตางกนออกไป โดยคาศกยไฟฟาสงสด (Epa, Epc) และกระแสสงสด (ipc, ipa) เปนคาพารามเตอรทส าคญของสญญาณแคโทดกและแอโนดกทแสดงออกมาจากกราฟโซคลกโวลเทมโมแกรม หากปฏกรยาทสารออกซแดนซรบอเลกตรอน (ปฏกรยารดกชน) มอตราเรวเทากบสารรดวซจายอเลกตรอน (ปฏกรยาออกซเดชน) เรยกการเกดปฏกรยาลกษณะนวา “ปฏกรยาไฟฟาเคมแบบยอนกลบ”

รปท 2.11 ลกษณะรปแบบปฏกรยาการวเคราะหดวยเทคนคไซคลกโวลเทมโมแกรม [60]

Curre

nt /

A

17

-25

-15

-5

5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1

Curre

nt d

ensit

y (m

A/cm

2 )

Potential/ V vs. Ag/AgCl

ip

จากรปท 2.11 ในกรณทสารสามารถเกดปฏกรยาแบบยอนกลบ (Electrochemically reversible reaction) ไดนน คากระแสไฟฟาของปฏกรยาออกซเดชนจะตองมคาเทากบคากระแสไฟฟา

ปฏกรยารดกชน ท าใหคาความแตกตางของศกยไฟฟาระหวางปฏกรยาของ 2 ปฏกรยา (ΔEP) จะสามารถเปนตวบอกจ านวนของอเลกตรอนทเกยวของในปฏกรยาได [17] ดงแสดงในสมการท 2.6

ΔEP = [Epa - Epc ] = 0.059/n 2.6

โดยท n คอ จ านวนอเลกตรอนทเคลอนทในปฏกรยา

ถงแมวาวธการวเคราะหโดยเทคนคไซคลกโวลเทมเมทรจะเปนวธทางไฟฟาเคมอยางงาย แตกมขอควรระวง เชน การเลอกใชขวไฟฟาใหเหมาะสม และการท าความสะอาดขวไฟฟาท างาน ซงจดวาเปนสงส าคญ

จากงานวจยท าการศกษาการเปลยนสของฟลมดวยเครองไซคลกโวลเทมเมทรแบบรอบ โดยมเงอนไขของการศกษา ดงน Potential : -1 V to 1 V Counter electrode : Pt (Platinum) Scan rate : 100 mV/s Referencence electrode : Ag/AgCl Electrolyte : H2SO4 0.5 M Working electrode : WO3 film

ตวอยางการค านวณคาสมประสทธการแพรของฟลม

รปท 2.12 ไซคลกโวลเทมโมแกรมของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณ

30 เปอรเซนตโดยโมล (ผลการทดลองทไดจากงานวจย)

30 %mol MoO3-doped WO3

18

การค านวณสมประสทธการแพรของฟลม จากสมการของ Randles Servcik ในสมการท 2.5 [17, 49] จากตวอยางฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณ 30 เปอรเซนตโดยโมล (รปท 2.12)

เมอ iP = 2.69 x 105 n3/2 AD1/2Cv1/2

D = iP 1/2

2.69 x 105 n3/2 ACv1/2

= 6.002x10-3 2 (2.69 x 105)(1)3/2 (2 x 2)(0.5 x 10-3)(0.1)1/2

= 1.24 x 10-9 ตารางเซนตเมตรตอวนาท

โดยท ip คอ กระแสไฟฟาทจดสงสด 6.002 มลลแอมแปร n คอ จ านวนอเลกตรอนทเปลยนแปลงในปฏกรยา A คอ พนทหนาตด 2 x 2 ตารางเซนตเมตร D คอ คาสมประสทธการแพร (ตารางเซนตเมตรตอวนาท) C คอ ความเขมขนของอเลกโทรไลต 0.5 โมลตอลกบาศกเซนตเมตร v คอ ชวงของการสแกน 100 มลลโวลตตอวนาท

2.5.1.1 ขวไฟฟา [21] ขวไฟฟา (Electrodes) ของเซลลไฟฟาเคมเปนสวนประกอบส าคญทท าใหเกดปฏกรยา ม

หนาทเปนตวน าไฟฟาใหเชอมระหวางอปกรณทใชท าการวดสญญาณไฟฟาและสารละลายอ เลกโทรไลต เพราะฉะนนเทคนคตาง ๆ ทใชการวเคราะหเชงไฟฟาเคม จะประกอบดวยขวไฟฟา 3 ขว คอ 1. ขวไฟฟาอางอง (Reference electrode, RE) เปนขวไฟฟาทมคาศกยไฟฟาคงท ไมเปลยนแปลงตามกระแสทไหลอยภายในวงจร ไมเปลยนแปลงตามคาของอณหภมและไมแปรเปลยนกบสวนประกอบของสารตวอยางมกตอพวงบรเวณขวแอโนด ซงในการวเคราะหเชงไฟฟาจะตองมขวไฟฟาอางองประกอบเพอชวยใหเซลลไฟฟาเคมครบระบบวงจร หากในวงจรมขวไฟฟาอางองททราบคาศกยไฟฟาทแนนอนจะท าใหหาคาศกยไฟฟาของขวไฟฟาทตอในวงจรอกขวหนงได หรอท าใหทราบผลการเปลยนแปลงทางไฟฟาทเกดขนกบขวไฟฟาใชงานในปฏกรยาเคมทเกดขนได ปจจบนขวไฟฟาอางองทใช แบงเปน 2 ประเภท คอ

19

1.1 ขวไฟฟาอางองปฐมภม เปนขวไฟฟาอางองมาตรฐานทมคาเปนศนยทกอณหภม โดยทขวไฟฟาประเภทนมเพยงชนดเดยว คอ ขวไฟฟาไฮโดรเจน (Standard hydrogen electrode, SHE)

1.2 ขวไฟฟาอางองทตยภม เปนขวไฟฟาอางองทมคาความตางศกยไฟฟาคงท ม

ประมาณ 3 ขวไฟฟา ปจจบนจะนยมใชกนมาก คอ ขวไฟฟาคาโลเมล (Saturated calomel

electrode, SCE) ขวไฟฟาเมอรควร-เมอรควรซลเฟต และขวไฟฟาซลเวอร-ซลเวอรคลอไรด

2. ขวไฟฟาใชงาน (Working electrode, WE) หรอขวแคโทดของเซลล ซงขวไฟฟาใชงานจะมการเปลยนแปลงคาศกยไฟฟาเมอปฏกรยาเกดการเปลยนแปลง และคาศกยไฟฟาจะแปรเปลยนตามตามปฏกรยาเคมเกดขน 3. ขวไฟฟาชวยหรอขวไฟฟารวม (Auxiliary electrode or Counter electrode) ท าหนาทเปนตวชวยในการถายเทอเลกตรอนหรอกระแสไฟฟาสงผานไปบรเวณขวไฟฟาใชงานไดโดยตรงไมตองไหลผานขวไฟฟาอางอง

2.5.1.2 สารละลายอเลกโทรไลต [18]

สารละลายอเลกโทรไลต เปนสารละลายทสมบตในการน าไฟฟาได เมอสารละลายอยภายใต

คาศกยไฟฟาเหนยวซงกอใหเกดการแตกตว เกดเปนอนภาคทมลกษณะแสดงคาประจไฟฟาหรอ

ไอออน โดยไอออนทมประจเปนบวกจะเดนทางเขาสขวแคโทด เรยกวา แคทไอออน และไอออนทม

ประจเปนลบจะเดนทางเขาสขวแอโนด เรยกวา แอนไอออน ลกษณะทวไปของสารละลายอเลกโทร

ไลตสามารถแบงยอยได 4 ประเภท คอ

1. สารละลายกรด เชน กรดไฮโดรคลอรก กรดไฮโดรฟลออรก และกรดซลฟวรก เปนตน

2. สารละลายเบส เชน โซเดยมไฮดรอกไซด และ แอมโมเนยมไฮดรอกไซด เปนตน

3. สารละลายเกลอ เชน โซเดยมคลอไรด และโพแทสเซยมไอโอไดด เปนตน

4. สารละลายอนทรย เชน เมทานอล เปนตน

2.5.2 การวเคราะหโครงสรางตวอยางดวยเทคนคการเลยวเบนของรงสเอกซ (X-Ray

diffractrometer, XRD)

เทคนคการวเคราะหโครงสรางและขนาดผลกของวสด ซงอาศยหลกการท างานเทคนคการเลยวเบนของรงสเอกซ ซงมความยาวคลนจากแหลงก าเนดเดยวสองกระทบท ามมตาง ๆ กบวสด ขณะทแหลงก าเนดรงสและวสดก าลงหมน ท าใหเกดการเลยวเบนของรงสสะทอนออก ความเขมของรงสและมมทเกดการเลยวเบนถกตรวจจบและบนทก โดยวสดทมโครงสรางผลกแบบหนง ๆ จะมรปแบบการเลยวเบนเปนลกษณะเฉพาะตว ใชบงบอกถงโครงสรางผลกของวสดชนดนนได จากงานวจยใชวเคราะหโครงสรางผลกของทงสเตนไตรออกไซดทสงเคราะหไ ด เมอเทยบกบกราฟ

20

มาตรฐาน JCPDS หมายเลข: 83-0950 ลกษณะโครงสรางผลกแบบโมโนคลนก และยนยนผลกของโมลบดนมไตรออกไซด ทมลกษณะโครงสรางผลกแบบเฮกซะโกนอล กบกราฟมาตรฐาน JCPDS หมายเลข: 21-0569 ตวอยางมลกษณะเปนฟลมเคลอบบนกระจกน าไฟฟาชนด ITO วเคราะหดวยเครองการเลยวเบนของรงสเอกซ (X-Ray diffractrometer รน JEOL, JDX-3530, 2kW แบบ theta-2Ө)

2.5.3 การศกษาสณฐานวทยาและขนาดอนภาคดวยกลองจลทรรศนแบบสองกราด

(Scanning electron microscope, SEM)

การศกษาลกษณะพนผวและรปรางของวสดดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด มก าลงขยายสง สามารถระบถงรายละเอยดลกษณะของภาพ ท าไดโดยการวเคราะหการตรวจจบอเลกตรอนบนผวตวอยาง ท าใหไดภาพลกษณะแบบ 3 มต โดยแหลงก าเนดอเลกตรอนถกปรบขนาดล าแสงใหใหญหรอเลกได ทถกตรวจจบดวยเครอง ท าการแปลสญญาณออกมาในลกษณะรปภาพ ทงส ามารถว เ ค ร า ะห ธ าต อ ง ค ป ร ะกอบภาย ในว สด ไ ด เ ร ย กว า Energy–dispersive x-ray measurements (EDX) เปนเทคนคการวเคราะหดวยการยงล าแสงอเลกตรอน เกดเปนหลมอเลกตรอนผลจากการทอเลกตรอนบนผววสดหลดออก ขอมลทไดจะแปลผลในรปการกระจายตวของธาตในวสดนน ๆ จากการศกษางานวจยวเคราะหวสดดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM รน FEI Quanta 400) ดงแสดงในรปท 2.13

รปท 2.13 กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด [61]

2.5.4 การวเคราะหลกษณะการกระจายตวของธาตองคประกอบ (Energy dispersive

x-ray spectrometer, EDX)

EDX หรอ EDS mapping เปนการวเคราะหลกษณะของการกระจายตวธาตองคประกอบ

สามารถวเคราะหหาธาตเชงปรมาณและเชงคณภาพ ซงเปนองคประกอบภายในวสดตวอยาง อปกรณ

การวเคราะหชนดน มกตดตงควบคกบกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด เพอตรวจดลกษณะ

รปรางพรอมกบตรวจสอบการระจายตวของธาตองคประกอบในขนตอนเดยว จากการวจยใช EDX file

imission ของกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด รน FEI Quanta 400 (EDX, ISIS 300, Oxford)

21

2.5.5 การวเคราะหองคประกอบทางเคมดวยเทคนคเอกซเรยโฟโตอเลกตรอนสเปกโตร

สโคป (X-Ray Photoelectron spectroscopy, XPS)

การวเคราะหดวยเทคนค XPS เปนวธวเคราะหสวนประกอบธาต พนธะระหวางโมเลกล รวมถงสถานะทางเคมและอเลกตรอน ซงในงานวจยไดใชเพอการค านวณหาอตราสวนของธาตองคประกอบทตรวจจบได วเคราะหโครงสรางทางเคม จ านวนและชนดของธาต เครองจะท าการตรวจวดจ านวนอเลกตรอนและระดบพลงงานท าใหระบอเลกตรอนหลดออกมา ซงธาตหรอพนธะทตางกนจะใชพลงงานทท าใหอเลกตรอนหลดออกมาตางกน วสดตวอยางวเคราะหส าหรบงานวจยน คอ ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด (XPS รน AXIS ULTRADLD ยหอ Kratos analytical, England)

2.5.6 การศกษาสณฐานวทยาและขนาดของอนภาคดวยกลองจลทรรศนแรงอะตอม

(Atomic force microscope, AFM)

เทคนควเคราะหพนผววสดทมขนาดนาโนเมตรหรอถายภาพอะตอมของสสาร [19] วเคราะหความขรขระบรเวณผวฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทสงเคราะหได การท างานจะใชหวอานลกษณะคลายคาน เรยกวา คารตลเวอร และสวนปลายมหวเขมขนาดเลก ตรวจรอบบรเวณบนพนผวของวสดเกดเปนแรงดดและแรงผลก แรงทเกดขนจะท าใหเกดการโคงงอของกานหวอานและหวอานเอยงท ามมตาง ๆ กบความสม าเสมอของพนผวชนงาน แปลงสญญาณดวยคอมพวเตอรเปนภาพของพนผวของวสดแตละชนด จากงานวจยวเคราะหพนผววสดดวยกลองจลทรรศนแรงอะตอมชนงานมขนาดไมเกน 2 x 2 เซนตเมตร หนาไมเกน 1 เซนตเมตร ความขรขระไมเกน 5 ไมโครเมตร ขนาดภาพน าเสนอในรปแบบ 2 มต และ 3 มต (AFM รน Nano Scope IIIa บรษท Digital instruments, England)

2.5.7 การวเคราะหและทดสอบคาการสองผานแสงดวยเทคนคอลตราไวโอเลตและวส

เบลสเปกโทรสโคป (Ultraviolet-Visible spectroscopy, UV-Vis)

ในงานวจยไดท าการศกษาและทดสอบคาการสงผานแสงของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอ

โมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทเคลอบลงบนกระจกน าไฟฟาชนด ITO ดวย

กระบวนการจมเคลอบ แลวท าการตรวจวดความเขมของแสงทผานจากกระจกตวอยางเปรยบเทยบ

กบความเขมของแสงจากแหลงก าเนด พจารณาในชวงความยาวคลน 380 ถง 730 นาโนเมตร ใช

กระจกน าไฟฟาชนด ITO เปนตวเปรยบเทยบ น ามาวเคราะหผลตางการสองผานแสงของฟลมท

เปลยนแปลงไป (Optical modulation, ΔT) ซงเปนการประเมนประสทธภาพของฟลมในการ

22

เปลยนสกลบไปกลบมาในกระบวนการอเลกโทรโครมก ดงแสดงในสมการท 2.7 [20] ใชเครอง UV-

Vis spectrophotometer (Thermo science GENESYSTM)

ΔT = Tbleached - Tcolored 2.7

โดยท Tbleached คอ คาการสองผานของแสงขณะฟลมเกดภาวะจางส Tcolored คอ คาการสองผานของแสงขณะฟลมเกดภาวะเปลยนส

2.6 เอกสารงานวจยทเกยวของ

2.6.1 การสงเคราะหและสมบตอเลกโทรโครมกของสารประกอบ

2.6.1.1 การสงเคราะหฟลมทงสเตนไตรออกไซด สามารถสงเคราะหโดยเทคนคโซล-เจล เนองจาก เปนกระบวนการทงาย ตนทนการขนรปต า

ท าใหเปนกระบวนการทไดรบความนยม เชน การสงเคราะหทงสเตนไตรออกไซดทมสมบตเปนสาร

อเลกโทรโครมกดวยเทคนคโซล-เจลของ Biswas และคณะ [26] โดยใชสารตงตนเปนผงกรดทงสตก

แลวจงขนรปฟลมดวยกระบวนการจมเคลอบ เผาทอณหภม 200 ถง 300 องศาเซลเซยส ศกษาสมบต

อเลกโทรโครมกของฟลมดวยไซคลกโวลเทมเมทร โดยมลเทยมเปอรคลอเรตในโพรพลนคารบอเนต

เปนสารอเลกโทรไลต ชวงในการสแกน +1.5 โวลต ถง -1.8 โวลต พบวา ฟลมเกดการเปลยนแปลง

ของสเปนสน าเงนเขมท -1.8 โวลต และท +1.0 โวลต ฟลมกลบมาใสไดเหมอนเดม หรอ การศกษา

วสดอเลกโทรโครมกของ Patra และคณะ [27] ท าการสงเคราะหฟลมทงสเตนไตรออกไซดดวย

เทคนคโซล-เจล ใชสารตงตนเปนผงโลหะทงสเตน ขนรปฟลมดวยกระบวนการจมเคลอบ ศกษาความ

แตกตางของอณหภมในการอบฟลม ทอณหภม 60 ถง 400 องศาเซลเซยส เปนเวลา 1 ชวโมง ศกษา

สมบตอเลกโทรโครมกของฟลมทไดจากไซคลกโวลเทมโมแกรม ชวงความถ 0.01 ถง 0.05 โวลตตอ

วนาท โดยใชกรดไฮโดรคลอรก 1 โมลาร เปนสารอเลกโทรไลต พบวา ฟลมทน าไปอบทอณหภม

ประมาณ 200 องศาเซลเซยส แสดงใหเหนถงสมบตการเปนสารอเลกโทรโครมกจากการทดสอบดวย

เทคนคไซคลกโวลเทมเมทร ฟลมสามารถเปลยนสกลบไปกลบมาซ าไดจ านวนรอบของการเปลยนส

มากกวา 500 รอบ

2.6.1.2 การสงเคราะหฟลมโมลบดนมไตรออกไซด

การสงเคราะหโมลบดนมไตรออกไซดดวยเทคนคโซล-เจลของ S. Jiebing และคณะ [28]

โดยใชสารต งตน เปนผงโมลบดน ม ไตรออกไซด ละลายในสารละลายอะซต ลอะซ โตน

(CH3COCH2COCH3) แลวจงขนรปฟลมดวยกระบวนการหมนเหวยง (Spin coating) ซงกระบวนการ

23

เคลอบตองอยภายใตระบบสญญากาศ พบวา ฟลมโมลบดนมไตรออกไซดทสงเคราะหได มโครงสราง

ผลกเกดขน อนภาคมขนาด 1 ไมโครเมตร ถง 5 ไมโครเมตร อนภาคบนวสดรองรบมการกระจาย

สม าเสมอ เชนเดยวกบ Q Fu และคณะ [29] สงเคราะหโมลบดนมไตรออกไซดดวยเทคนคโซล-เจล

โดยใชสารตงตนเปนผงโมลบดนมไตรออกไซด ละลายในสารละลายแอมโมเนยม (NH4OH) ทอณหภม

60 องศาเซลเซยส เปนเวลา 30 นาท ไดสารละลายใสไมมส และหากใชไฮโดรเจนเปอรออกไซด

(H2O2) เปนตวท าละลาย ไดสารละลายทมสเหลองใส ใหสารละลายเยนตวทอณหภมหองแลวคอยน า

สารละลายเกบไปไว ซงความหนดและความเขมขนของถกปรบดวยการเตมโพลเอทลนไกลคอล

(Polyethylene glycol) และ เอทลนไกลคอลโมโนเอทลอเทอร (2-ethoxyethanol) ลงไป

สารละลายโมลบดนมไตรออกไซด จากนนท าการรปฟลมดวยกระบวนการหมนเหวยง โดยใชกระจก

น าไฟฟาชนด ITO เปนวสดรองรบ พบวา ฟลมทไดมโครงสรางอสณฐาน เหมาะแกการน าไปใชเปนชน

ไดโอดทท าจากสารกงตวน าในอปกรณอเลกทรอนก นอกจากน S. S. Mahajan และคณะ [7] ไดท า

สงเคราะหฟลมบางของโมลบดนมไตรออกไซดเจอดวยไนโอเบยมทมสมบตเปนสารอเลกโทรโครมก

แลวจงขนรปฟลมลงบนแผนกระจกน าไฟฟาชนด FTO ดวยวธสเปรยไพโรไรซส มวธการเตรยม

สารละลายตงตนในอตราสวนทเหมาะสมออกเปน 2 สวน ดงน

1. สารละลาย A : น าผงโมลบดนมไตรออกไซดละลายในแอมโมเนย

2. สารละลาย B : น าผงไนโอเบยมเพนทอกไซด ใชโพแทสเซยมไพโรซลเฟตเปนตวท าละลาย

ใชอณหภม 500 องศาเซลเซยส และละลายตอในกรดทารทารก

ผสมสารละลาย A และ B ตามสดสวนความเขมขนทตางกน แลวพนบนผวของแผนกระจก

FTO ทอณหภม 350 องศาเซลเซยส พบวา ฟลมโมลบดนมไตรออกไซดมโครงสรางผลกแบบออรโธ

รอมบก เมอท าการเจอไนโอเบยมจะสงผลท าใหโครงสรางผลกเปลยนเปนแบบอสณฐาน ล กษณะ

พนผวเกดรพรนเพมขน มสมบตการเปนสารอเลกโทรโครมกทดจากการทดสอบดวยเทคนคไซคลกโว

ลเทมเมทร ฟลมสามารถเปลยนสซ าไดจ านวนรอบของการเปลยนส 1000 รอบ

2.6.1.3 การสงเคราะหไนโอเบยมเพนทอกไซด

E. D. Costa และคณะ [31] สงเคราะหฟลมบางของไนโอเบยมเพนทอกไซดเจอดวย

ไทเทเนยมไดออกไซดทมสมบตอเลกโทรโครมก เปนการเตรยมฟลมเปรยบเทยบอตราสวนผสม

ระหวางไนโอเบยมตอไทเทเนยมดวยเทคนคโซล-เจล สารตงตนเตรยมดวย ไนโอเบยมเพนตะคลอไรด

(NbCl5) และ ไทเทเนยมเตตระไอโซโพรพอกไซด (Ti(OiPr)4) ใชไอโซโพรพานอล (Isopropanol) เปน

สารละลาย แลวจงเตมกรดอะซตรกลงไป กวนผสมสารทงหมดเขาดวยกนดวย เคลอบลงบนกระจกน า

24

ไฟฟาชนด ITO เผาทอณหภม 560 องศาเซลเซยส เปนเวลา 3 ชวโมง จากนนท าการทดสอบ เมอท า

การแทรกประจลเทยมเขาไปในระบบ เกดการเปลยนสของชนฟลมเปนสน าเงนเทา จากฟลมโปรงใส

ในชวงของคลนรงสอนฟราเรดระหวาง ประมาณ 80 ถง 90 เปอรเซนต และเปลยนสในชวง 20 ถง

40 เปอรเซนต นอกจากการสงเคราะหฟลมบางของไนโอเบยมเพนทอกไซดดวยกระบวนการโซล-เจล

จะเปนวธทไดความนยมกนอยางแพรหลายในงานวจยปจจบน N. Ozer และคณะ [33] , M. Ristic

และคณะ [34] , L. Melo และคณะ [35] การปรบองคประกอบอน ๆ กมความส าคญตอระบบฟลมอ

เลกโทรโครมก ทงการเตมสารเจอหรอการใชตวกระตนส าหรบกระบวนการเปลยนสภายในระบบท

แตกตางกนระหวางประจลเทยมและประจไฮโดรเจน

2.6.2 งานวจยอน ๆ ทเกยวของ

การศกษาสมบตของฟลมบางหลงท าการขนรปโดยไมมสารเจอของ K. Yoshimura และคณะ

[36] สงเคราะหฟลมบางของไนโอเบยมเพนทอกไซด พบวา ฟลมมโครงสรางเปนผลกและอสณฐาน

และหากภายในโครงสรางมความเปนผลกสงจะมคาแถบพลงงานในการเปลยนแปลงของสจะต ากวา

โครงสรางอสณฐาน และ N. Ozer และคณะ [33] พบวา ฟลมของไนโอเบยมเพนทอกไซดจะมชวง

การเปลยนแปลงสกวาง 230 นาโนเมตร ถง 870 นาโนเมตร ภายใตการกระตนของประจลเทยม

เหมาะสมในระบบของอเลกโทรโครมก ขณะท M. Ristic และคณะ [34] รายงานอณหภมท 300

องศาเซลเซยส โครงสรางผลกของไนโอเบยมเพนทอกไซดเปนอสณฐานและอณหภมท 600 องศา

เซลเซยส โครงสรางภายในเกดความเปนผลกมากขน โดยงานวจยของ Avellaneda และคณะ [37]

รายงานวาไนโอเบยมเพนทอกไซดทมโครงสรางผลกแบบซโด-เฮกซะโกนอล จากการเผาฟลมท

อณหภม ท 560 และ 600 องศาเซลเซยส ท าใหไดฟลมมลกษณะโปรงใสและเมอฟลมเกดการ

เปลยนแปลงของสจะไดฟลมเปนสน าเงน จากนนฟลมเปลยนสกลบมาโปรงใสอกครงแตฟลมยงคงมส

เหลองอยเลกนอย ซงขนาดอนภาคทไดจากการวเคราะหมขนาดเลก โครงสรางมความเปนผลก ความ

หนาแนนทไดใกลเคยงกน ฟลมตอบสองตอการเปลยนสในระบบอเลกโทรโครมก S. Papaefthimiou

และคณะ [38] ศกษาฟลมโมลบดนมไตรออกไซด ทงระบบสารเดยวและระบบสารเจอรวมกบทงสเตน

ไตรออกไซด ผลทไดจากการสงเคราะหมลกษณะเชนเดยวกบระบบของฟลมไนโอเบยมเพนทอกไซด

กลาววา อณหภมทสงจะสงผลตอการเกดผลกของฟลมโมลบดนมไตรออกไซด ท าใหกระทบตอการ

ตอบสนองการเปลยนแปลงสของฟลม โดยสฟลมจะเขมขนแสดงคาผลตางการสองผานแสงถง 74

เปอรเซนต หากสารละลายโมลบดนมไตรออกไซดทมการเจอดวยทงสเตนไตรออกไซด ฟลมทไดจาก

การสงเคราะหแสดงคาประสทธภาพการท างานดกวา เนองจากมชวงของการเปลยนสทกวางกวาเมอ

25

เทยบกบฟลมโมลบดนมไตรออกไซดหรอฟลมทงสเตนไตรออกไซดเพยงอยางเดยว การศกษาเพมเตม

เปนการน าสารตวเตมหรอสารเจอทมสมบตเฉพาะตาง ๆ เขามาในระบบเพอปรบปรงโครงสรางเดม

ท าใหเกดการเปลยนแปลงทดขน เชน การเจอสารเพอลดอณหภมทใชในการเปลยนโครงสราง เพอท า

ใหอนภาคมขนาดทเลกลง หรอเพอท าใหกระบวนการเปลยนแปลงสกลบไปกลบมาในระบบอเลกโทร

โครมกสามารถท างานไดมประสทธภาพเพมมากขน M. Schmitt และคณะ [39] ศกษาฟลมบางของ

ไนโอเบยมเพนทอกไซดทมการเจอดวยสารเจออตราสวน ดงน ดบก (Sn) 15 เปอรเซนต เซอรโคเนยม

(Zr) 15 เปอรเซนต ลเทยม (Li) 15 เปอรเซนต ไทเทเนยม (Ti) 30 เปอรเซนต และ โมลบดนม 30

เปอรเซนต พบวา สารเจอสงผลใหโครงสรางมความเปนผลกเพมมากขน เกดการเปลยนแปลงท

อณหภมต า ชวงของการเปลยนสกลบไปกลบมาตอบสนองไดดเมอเปรยบเทยบกบสารสงเคราะห

ไนโอเบยมเพนทอกไซดทปราศจากสารเจอ ภายหลงการแทรกตวของลเทยมไอออนโครงสรางผลก

ทงหมดของฟลมเปนแบบอสณฐาน ลกษณะของฟลมเปลยนสเปนสน าตาล แตเมอโครงสรางเกดการ

เปลยนแปลงลกษณะผลกแบบเฮกซะโกนอลลกษณะของฟลมเปลยนเปนสฟาเขม และเปลยนเปนส

เทาเมอโครงสรางผลกอยในรปออโธรอมบก (ผลจากสารเจอโมลบดนมและไทเทเนยม) ขณะท

L. Noerochim และ คณะ [40] ท าการสงเคราะหโมลบดนมไตรออกไซดเจอดวยกราฟนในลกษณะ

ของวสดผสม พบวา อนภาคทสงเคราะหไดมขนาดในระดบไมครอน (5 ถง 10 ไมโครเมตร) การ

ตอบสนองตอระบบไฟฟามการท างานทมประสทธภาพ K. Sheng และคณะ [41] อธบายถงจ านวน

รอบในกระบวนการจมขนรป โดยกลาววา ยงชนฟลมหนามผลใหประสทธภาพอเลกโทรโครมคลดลง

จากการทดสอบดวยเทคนคไซคลกโวลเทมเมทร เนองจากการแทรกตวของไอออนเคลอนทไดยาก

ภายในปฏกรยารดอกซ แมวาในระบบจะเปนการใชวสดผสมทมการเจอดวยกราฟนกตาม Y.

Zhang และคณะ [42] ศกษาฟลมของโมลบดนมไตรออกไซดเจอดวยลเทยมไอออนเตรยมดวยวธ

โซล-เจล พบวา ฟลมโมลบดนมไตรออกไซดทมการเจอดวยลเทยม 10 เปอรเซนต ฟลมมเสถยรภาพ

การตอบสนองตอระบบไฟฟาทด แสดงชวงของการเปลยนสทโดดเดนคาการสองผานแสงเทากบ 32.2

เปอรเซนต A. V. Rosario และคณะ [32, 43] เตรยมฟลมไนโอเบยมเพนทอกไซดเจอดวยไทเทเนยม

ไดออกไซด ความเขมขน 0.1–10 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบลเทยม ขนรปฟลมดวยวธพอลเมอรแบบ

ซอน (Pechini method) แลวตรวจสอบสมบตทางไฟฟาและสมบตอเลกโทรโครมกดวยเทคนคโว

ลเทมเมทร และตรวจสอบลกษณะพนผวของฟลม เปรยบเทยบจากการวดความหนาของแผนฟลม

กอนท าการเตมสารเจอ พบวา ฟลมมความหนาอยท 620 นาโนเมตร แตเมอท าการเตมสารเจอลงไป

ในระบบ สงผลใหความหนาของแผนฟลมลดลงเปน 440 ถง 550 นาโนเมตร (รปท 2.14) และการ

เตมสารตวเจอไทเทเนยมไดออกไซดเขาไปในปรมาณทพอด 1.0 เปอรเซนตโดยโมล ท าใหความ

26

หนาแนนบรเวณขวแคโทดเพมขน ฟลมแสดงคาผลตางการสองผานแสงเทากบ 84 เปอรเซนต

ประสทธภาพการตอบสนองตอสมบตไฟฟาเคมและสมบตอเลกโทรโครมก แตเมอเตมตวเจอทคา

ความเขมขนมากขน 10 เปอรเซนตโดยโมล ท าใหระบบเกดคาความแปรปรวน เกดจากการแทรกตว

ของอะตอมไทเทเนยมในโครงสรางของไนโอเบยม

รปท 2.14 ภาพถาย SEM ของฟลมไนโอเบยมเพนทอกไซด : (ก) Nb2O5, (ข) 0.2 %mol TiO2, (ค)

1.0 %mol TiO2 และ (ง) 10.0 %mol ทก าลงขยาย 20,000 เทา [43]

C. Wang และคณะ [44] ศกษาฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอไนโอเบยม ขนรปฟลมโดยใชวธ

E-beam co-evaporation พบวา ฟลมทเตรยมมลกษณะการเปลยนแปลงของสจากฟลมใสเปนส

น าตาลเมอโครงสรางของทงสเตนเปนแบบอสณฐาน R. Romero และคณะ [45] ศกษาเกยวกบ

พฤตกรรมการเปลยนแปลงของฟลมไนโอเบยมเพนทอกไซดทใชเปนวสดในระบบอเลกโทรโครมก ขน

รปฟลมบางดวยกระบวนการพนเคลอบ ท าลงบนพนผวของกระจกน าไฟฟาชนด ITO แลวผานความ

รอนทอณหภม 350 และ 500 องศาเซลเซยส พบวา ทอณหภมสง (500 องศาเซลเซยส) คาการ

เปลยนแปลงจากการทดสอบดวยเทคนคไซคลกโวลเทมเมทรจะตอบสนองไดดกวาทอณหภมต า (350

องศาเซลเซยส) นอกจากนยงมงานวจยของ C. L. Wu และ คณะ [46] สงเคราะหฟลมทงสเตนไตร

ออกไซด อบออนท อณหภม 300 องศาเซลเซยส โดยการเจอดวยสารลดแรงตงผว (F-127,

EO106PO70EO106) เพอใหฟลมมลกษณะเปนรพรนเพมขน จากการศกษาพนผวของฟลม พบวา การ

(ก) (ข)

(ค) (ง)

27

เตมสารเจอเพอลดแรงตงผว ท าใหฟลมมรพรนขนาด 10 นาโนเมตร โครงสรางผลกของฟลมเปนอ

สณฐาน มสมบตอเลกโทรโครมกทดขนและสมประสทธการแพรดกวาฟลมทไมไดเจอสารลดแรงตงผว

K. Paipitak และ คณะ [47] ศกษาฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอดวยไทเทเนยม (Ti) และ สงกะส

(Zn) ทปรมาณการเจอ 0 ถง 20 เปอรเซนต ขนรปฟลมดวยวธโซล-เจล ศกษาสมบตอเลกโทรโครมก

ของฟลม พบวา เมอปรมาณสารเจอเพมขน ผลกของทงสเตนไตรออกไซดมความเปนผลกลดลงจาก

โครงสรางแบบโมโนคลนก เปนผลจากการแทนทอะตอมของสงกะสในบรเวณของทงสเตน

ฉะนน งานวจยครงน ศกษาและสงเคราะหฟลมทมสมบตในระบบอเลกโทรโครมก จากการ

สงเคราะหสารตงตนจนไดทงสเตนไตรออกไซดอยในสภาวะสารละลาย แลวจงสงเคราะหสารเจอ

โมลบดนมไตรออกไซด รวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดอยในสภาวะของสารละลายผสมรวมกน ศกษา

อตราสวนเปอรเซนตโดยโมลทตอบสนองตอการเกดสดทสด เตรยมฟลมดวยวธโซล-เจล ขนรปฟลม

ดวยกระบวนการจมเคลอบ เผาทอณหภม 300 องศาเซลเซยส จากนนศกษาและทดสอบสมบตของ

สารทสงเคราะหรวมกน เนองจากงานวจยทกลาวถงนน พบวา ไนโอเบยมเพนทอกไซดท าหนาทเปน

สารเจอทด เกดการเปลยนแปลงของสไปในทศทางเดยวกนกบทงสเตนไตรออกไซดและโมลบดนมไตร

ออกไซด คอ การกระตนท าใหระบบเกดการเปลยนสจากฟลมทใสเปนสฟาน าเงน และยงสงผลตอการ

เปลยนโครงสรางการเกดผลกของสารประกอบในระบบภายใตการใชอณหภมทลดนอยลงเชนเดยวกน

อยางไรกตามระบบอเลกโทรโครมกยงคงเปนระบบทมการอาศยกระแสไฟฟาจากภายนอกเปน

ตวกระตนเขาสภายใน จงปรบปรงประสทธภาพของฟลมดวยการเจอสารประกอบออกไซดโลหะ

ทรานซชนทมสมบตตอการใชเปนสารกงตวน าไฟฟาทด

28

บทท 3

วสด อปกรณ และวธการด าเนนงานวจย

3.1 วธการวจย

งานวจยประกอบดวยการศกษาและพฒนาวสดทมสมบตอเลกโทรโครมก ดวยระบบ 3 สาร คอ ทงสเตนไตรออกไซด เจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด เพอเพมประสทธภาพของฟลมใหมสมบตในการการเปลยนแปลงสกลบไปกลบมาได โดยในงานวจยไดท าการแบงการศกษาการทดลองและสงเคราะหออกเปน 3 ขนตอนหลก ดงน

ขนตอนท 1 การศกษาและสงเคราะหฟลมทงสเตนไตรออกไซด ดวยวธโซล-เจล โดยใชสารตงตนโลหะทงสเตนทมลกษณะเปนผงในการสงเคราะห จากนนไดท าการขนรปดวยวธการจมเคลอบลงบนกระจกน าไฟฟาชนด ITO เพอใหไดฟลมทงสเตนไตรออกไซด แลวน าไปอบออนทอณหภม 300 องศาเซลเซยส ศกษาการเปลยนแปลงของสโดยการทดสอบสมบตทางไฟฟาเคมดวยเทคนค CV และเปอรเซนตการสองผานแสงในการเปลยนสของฟลมดวยเทคนค UV-vis จากนนจงน าฟลมมาตรวจสอบโครงสรางและสณฐานวทยาดวยวธ XRD, XPS, SEM, EDX และ AFM ตามล าดบ

ขนตอนท 2 ศกษาอทธพลของสารเจอโมลบดนมไตรออกไซดทสงผลตอความสามารถในการเปลยนแปลงสของฟลมทงสเตนไตรออกไซด โดยหาปรมาณของสารเจอทเหมาะสม ซงท าใหความสามารถในการเปลยนสของฟลมมประสทธภาพดขน โดยการน าฟลมไปศกษาการเปลยนแปลงของสโดยการทดสอบสมบตทางไฟฟาเคมดวยเทคนค CV และเปอรเซนตการสองผานแสงในการเปลยนแปลงสของฟลมดวยเทคนค UV-vis จากนนจงน าฟลมมาตรวจสอบโครงสรางและสณฐานวทยาดวยวธ XRD, XPS, SEM, EDX และ AFM ตามล าดบ

ขนตอนท 3 ศกษาอทธพลของสารเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทมสงผลตอความสามารถในการเปลยนแปลงสของฟลมทงสเตนไตรออกไซด โดยการน าฟลมทงสเตนไตรออกไซดทมการเจอดวยโมลบดนมไตรออกไซดในสดสวนทเหมาะสม หาปรมาณการเจอของไนโอเบยมเพนทอกไซดในสดสวนทเหมาะสม ซงสงผลท าใหความสามารถในการเปลยนแปลงสของฟลมมประสทธภาพทดขน จากนนน าฟลมไปศกษาการเปลยนแปลงของสโดยการทดสอบสมบตทางไฟฟาเคมดวยเทคนค CV และเปอรเซนตการสองผานแสงในการเปลยนสของฟลมดวยเทคนค UV-vis จากนนจงน าฟลมมาตรวจสอบโครงสรางและสณฐานวทยาดวยวธ XRD, XPS, SEM และ EDX ตามล าดบ

ฟลมทงสเตนไตรออกไซดทเจอดวยโมลบดนมไตรออกไซดในปรมาณสดสวนทตางกน และการเจอรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดในปรมาณสดสวนทตางกน ถกเตรยมขนเพอเลอกสดสวนของ

29

สารเจอทเหมาะสมทมผลตอสมบตอเลกโทรโครมก ตลอดจนศกษาลกษณะโครงสรางของฟลมดวยเทคนคตาง ๆ เพออธบายปรากฏการณทเกดขน

3.2 สารเคมและอปกรณ

3.2.1 สารเคม

1. Tungsten powder (W) ความบรสทธ 99.9 เปอรเซนต บรษท Sigma Aldrich 2. Ammonium heptamolybdate tetrahydrate ((NH4)6Mo7O24

. 4H2O) ความบรสทธ 99.9 เปอรเซนต บรษท Ajax Finechem

3. Niobium (V) oxide (Nb2O5) ความบรสทธ 99.9 เปอรเซนต บรษท BDH Chemical,

4. Hydrogen Peroxide (H2O2) ความเขมขน 35 เปอรเซนต บรษท Merck 5. Ethanol (C2H5OH) ความเขมขน 99.9 เปอรเซนต บรษท J.T. Baker 6. Acetone (CH3)2CO ความเขมขน 99.5 เปอรเซนต บรษท J.T. Baker

3.2.2 อปกรณ

1. กระจกน าไฟฟาชนด ITO บรษท Zhuhai Kaivo คาความตานทาน <7 /cm2 2. บกเกอร 7. โวลตมเตอร 3. แทงแมเหลกกวนสาร 8. อปกรณส าหรบจายกระแสไฟฟา 4. เครองกวนสาร 9. เครองอลตราโซนก 5. ขวดแกว (ส าหรบเตรยมโซล) 10. เตาอบออน 6. ปากคบ 11. เตาเผาสาร

3.3 ขนตอนการเตรยมวสดรองรบ

กระจกน าไฟฟาชนด ITO ทใชเปนวสดรองรบในกระบวนการจมเคลอบ ตองผานขนตอนของ

การลางท าความสะอาดในน ากลน อะซโตน และเอทานอล ตามล าดบ ซงการลางท าความสะอาด

กระจกในแตละครง จะใชเวลาประมาณ 30 นาท ดวยเครองอลตราโซนก และมการน ามาเกบไวให

แหงกอนจะท าการลางในสารละลายอนถดไป น าไปอบไลความชนทอณหภมประมาณ 80 องศา

เซลเซยสเปนเวลา 24 ชวโมง (รปท 3.1) ท าใหไดกระจกสะอาด พรอมน าไปใชในกระบวนการขนรป

ฟลมดวยวธการจมเคลอบฟลมตอไป

30

รปท 3.1 แผนภมแสดงขนตอนการท าความสะอาดกระจกน าไฟฟาชนด ITO (การเตรยมวสดรองรบ)

รปท 3.2 แผนภมแสดงขนตอนการสงเคราะหสารละลายกรดเพอรอคโซทงสตก

Tungsten powder 6.5 g

H2O2 40 ml

Distilled water 4 ml

4 ml

Solution

PTA Solution

Stirred for 24 hr.

ITO glass

Distilled water

4 ml

ITO glass

Acetone

Ultrasonic for 30 min Keep at room temperature

ITO glass cleaned

ITO glass

Ethanol

Ultrasonic for 30 min Keep at room temperature

Ultrasonic for 30 min Keep at room temperature

31

3.4 ขนตอนการสงเคราะห

3.4.1 การสงเคราะหทงสเตนไตรออกไซดดวยวธโซล-เจล และการเคลอบฟลมทงสเตน

ไตรออกไซด

การสงเคราะหทงสเตนไตรออกไซด เตรยมผงโลหะทงสเตนปรมาณ 6.5 กรม เตมลงในสารละลายไฮโดรเจนเปอรออกไซด 40 มลลลตรผสมดวยน ากลน 4 มลลลตร แลวท าการกวนดวยเครองกวนแมเหลกทอณหภมหอง เปนเวลา 24 ชวโมง ท าใหไดสารละลายทมลกษณะใสเปนกรด เพอรอคโซทงสตก (Peroxotungstic acid, PTA) ดงแสดงในรปท 3.2 น าเกบไวทอณหภมต า จากนนท าการแบง PTA ทสงเคราะหไดในปรมาตร 8.8 มลลลตร ผสมกบเอทานอลปรมาตร 8.8 มลลลตร กวนดวยเครองกวนแมเหลกทอณหภมหอง เปนเวลาประมาณ 1 ชวโมง แลวจงน าสารละลายทไดไปเกบไวทอณหภมต าอกครง เปนเวลา 24 ชวโมง ท าใหไดโซลทงสเตนไตรออกไซดทพรอมจะน ามาเคลอบบนกระจกน าไฟฟาชนด ITO ดวยกระบวนการจมเคลอบ เพอใหเกดเปนฟลมทงสเตนไตรออกไซด ซงกระจกทน ามาใชเปนวสดรองรบ ตองผานกระบวนการลางท าความสะอาด ดงทกลาวในหวขอท 3.3 ท าการขนรปฟลมดวยกระบวนการจมเคลอบ แลวน าไปทดสอบสมบตการเปลยนแปลงของส พรอมตรวจคณลกษณะตาง ๆ ของฟลมทงสเตนไตรออกไซด ดงแสดงในรปท 3.3

3.4.2 ขนตอนการสงเคราะหทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบ

ไนโอเบยมเพนทอกไซด

เมอสงเคราะหไดโซลทงสเตนไตรออกไซดจากขนตอนท 3.4.1 น าโซลทท าการสงเคราะหไดขนรปฟลมดวยกระบวนการจมเคลอบ เพอเตรยมฟลมน าไปทดสอบสมบตตาง ๆ จากนนจงปรบปรงสมบตการเปลยนแปลงสของฟลมทเคลอบบนกระจกน าไฟฟาชนด ITO ใหมประสทธภาพทดขน ดวยการเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด จากงานวจยท าการทดลองเพอหาปรมาณของสารเจอเพอเลอกสดสวนทเหมาะสมทจะท าใหฟลมมการเปลยนแปลงสทดขน ซงแบงการทดลองออกเปน 2 ขนตอนยอย ๆ ดงน

ขนตอนท 1 ศกษาผลและปรมาณการเจอทเหมาะสมของโมลบดนมไตรออกไซด จากนนไดท าการขนรปดวยกระบวนการจมเคลอบ แลวจงน าฟลมทไดไปทดสอบสมบตการเปลยนแปลงของส พรอมตรวจลกษณะตาง ๆ ของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด

ขนตอนท 2 น าโซลของทงสเตนไตรออกไซดทมการเจอดวยโมลบดนมไตรออกไซดในสดสวนทเหมาะสม เจอรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดเพอปรบปรงสมบตการเปลยนแปลงสของฟลมใหดขน โดยการศกษาหาปรมาณการเจอทเหมาะสมของไนโอเบยมเพนทอกไซด จากนนท าการขนรปฟลมดวยกระบวนการจมเคลอบ แลวจงน าฟลมทไดไปทดสอบสมบตการเปลยนแปลงของส พรอมตรวจ

32

ลกษณะตาง ๆ ของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด

3.4.2.1 การสงเคราะหทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดดวยวธโซล-เจล

1. การสงเคราะหโมลบดนมไตรออกไซด น าผงแอมโมเนยมเฮปตะโมลบเดต

เตตระไฮเดรตทสดสวนทงสเตนไตรออกไซดตอโมลบดนมไตรออกไซดตามปรมาณการเจอแตกตางกน

คอ 15, 30 และ 50 เปอรเซนตโดยโมล เตมลงในสารละลายไฮโดรเจนเปอรออกไซดปรมาตร 8.8

มลลลตร แลวท าการกวนเพอใหละลายเขากนดวยเครองกวนแมเหลกโดยใชอณหภมประมาณ 60

องศาเซลเซยส เปนเวลา 1 ชวโมง ท าใหไดสารละลายทมลกษณะใส (ปรมาณการเจอของโมลบดนม

ไตรออกไซด ดงแสดงในตารางท 3.1)

2. การสงเคราะหทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด ท าการเตรยมโซล

ของทงสเตนไตรออกไซดปรมาตร 8.8 มลลลตร จ านวน 3 ขวด แลวจงคอย ๆ เตมสารละลาย

แอมโมเนยมเฮปตะโมลบเดตเตตระไฮเดรต ตามปรมาณการเจอทแตกตางกน คอ 15, 30 และ 50

เปอรเซนตโดยโมล ใสลงไปสดสวนละ 1 ขวดโซลของทงสเตนไตรออกไซดจนหมด เกดเปน

สารละลายใสสเหลองอมสม กวนดวยเครองกวนแมเหลกทอณหภมหอง เปนเวลา 1 ชวโมง เพอให

สารละลายเขากน แลวจงผสมเอทานอลปรมาตร 17.6 มลลลตร กวนผสมใหเขากน เปนเวลา 1

ชวโมง จากนนน าไปเกบไวทอณหภมต า เปนเวลา 24 ชวโมง ท าใหไดโซลทงสเตนไตรออกไซดเจอ

โมลบดนมไตรออกไซดทพรอมจะน ามาเคลอบบนกระจกน าไฟฟาชนด ITO ดวยกระบวนการจม

เคลอบ จากนนท าการขนรปฟลมดวยกระบวนการจมเคลอบ แลวน าไปทดสอบสมบตการ

เปลยนแปลงของส พรอมตรวจคณลกษณะตาง ๆ ของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตร

ออกไซด ดงแสดงในรปท 3.4

ตารางท 3.1 สดสวนระหวางปรมาณทงสเตนไตรออกไซดตอปรมาณการเจอโมลบดนมไตรออกไซด

ตวอยาง ทงสเตน (กรม)

โมลบดนมไตรออกไซดเปอรเซนตโดยโมล

แอมโมเนยมเฮปตะโมลบเดต เตตระไฮเดรต

(กรม) WO3 (0 %mol MoO3) 1.3 0 0 15 %mol MoO3-doped WO3 1.3 15 0.1485 30 %mol MoO3-doped WO3 1.3 30 0.2971 50 %mol MoO3-doped WO3 1.3 50 0.4952

33

รปท 3.3 แผนภมแสดงขนตอนการเตรยมฟลมทงสเตนไตรออกไซด

PTA solution 8.8 ml

Ethanol 8.8 ml

4 ml

Sol WO3

Stirred for 1 hr. Aging at low

temperature 24 hr.

ITO glass substrate dip-coating

Annealing at 300ºC

rate 5ºC/min for 2 hr.

Keep at room temperature

WO3 film dip-coating on ITO

Characterized by XRD, XPS, SEM, EDX and AFM

Electrochromic properties test by UV-Vis and CV

substrate dip-coating

34

รปท 3.4 แผนภมแสดงขนตอนการเตรยมฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด

Sol WO3 8.8 ml

((NH4)6 Mo7O24. 4H2O) 15, 30, 50 %mol

H2O2 8.8 ml

4 ml

Clear Solution

Yellow-orange Solution

Stirred for 1 hr.

Stirred at 60ºC

for 1 hr.

Ethanol 17.6 ml

4 ml

MoO3-doped WO3 Sol

Stirred for 1 hr. Aging at low

temperature 24 hr.

ITO glass substrate dip-coating

Annealing at 300ºC

rate 5ºC/min for 2 hr. Keep at room temperature

WO3/MoO3 films on ITO

Characterized by XRD, XPS, SEM, EDX and AFM

Electrochromic properties test by UV-Vis and CV

substrate dip-coating

35

3.4.2.2 การสงเคราะหทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบ

ไนโอเบยมเพนทอกไซดดวยวธโซล-เจล

ท าการเตรยมโซลของทงสเตนไตรออกไซดทมการเจอดวยโมลบดนมไตรออกไซด 30

เปอรเซนตโดยโมล จ านวน 5 ขวด แลวจงคอย ๆ เตมผงไนโอเบยมเพนทอกไซดทสดสวนทงสเตนไตร

ออกไซดตอไนโอเบยมเพนทอกไซดตามปรมาณการเจอแตกตางกน คอ 0.1, 0.3, 0.5, 0.7 และ 0.9

เปอรเซนตโดยโมล (ปรมาณการเจอของไนโอเบยมเพนทอกไซด ดงแสดงในตารางท 3.2) ใสลงไป

สดสวนละ 1 ขวดโซลของทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดจนหมด เกดเปนสารละลาย

คอนขางมลกษณะขนสเหลองออน กวนดวยเครองกวนแมเหลกทอณหภมหอง เปนเวลา 6 ชวโมง

เพอใหสารละลายเขากน จากนนน าไปเกบไวทอณหภมต า เปนเวลา 24 ชวโมง ท าใหไดโซลทงสเตน

ไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด ทพรอมจะน ามาเคลอบบน

กระจกน าไฟฟาชนด ITO ดวยกระบวนการจมเคลอบ กอนท าการขนรปฟลม น าโซลทงสเตนไตร

ออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดไปกวนดวยเครองกวนแมเหลก เปน

เวลา 30 นาท จากนนท าการขนรปฟลมดวยกระบวนการจมเคลอบ แลวน าไปทดสอบสมบตการ

เปลยนแปลงของส พรอมตรวจลกษณะตาง ๆ ของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตร

ออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด ดงแสดงในรปท 3.5

ตารางท 3.2 สดสวนระหวางปรมาณทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ

30 เปอรเซนตโดยโมล ตอปรมาณการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซด

ตวอยาง 30% MoO3-doped WO3

ทงสเตน (กรม)

แอมโมเนยมเฮปตะโมลบเดต เตตระไฮเดรต

(กรม)

ไนโอเบยมเพนทอกไซด

(กรม) 0.1 %mol Nb2O5/ MoO3-doped WO3 1.3 0.2971 0.0015 0.3 %mol Nb2O5/ MoO3-doped WO3 1.3 0.2971 0.0045 0.5 %mol Nb2O5/ MoO3-doped WO3 1.3 0.2971 0.0075 0.7 %mol Nb2O5/ MoO3-doped WO3 1.3 0.2971 0.0104 0.9 %mol Nb2O5/ MoO3-doped WO3 1.3 0.2971 0.0134

36

รปท 3.5 แผนภมแสดงขนตอนการเตรยมฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบ

ไนโอเบยมเพนทอกไซด

Nb2O5 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9 %mol

4 ml

Nb2O5/MoO3 co-doped WO3 Sol

Stirred for 6 hr. Aging at low

temperature 24 hr.

ITO glass substrate dip-coating

Annealing at 300ºC

rate 5ºC/min for 2 hr.

Keep at room temperature

Nb2O5/MoO3 co-doped WO3 films on ITO

Characterized by XRD, XPS, SEM and EDX

Electrochromic properties test by UV-Vis and CV

substrate dip-coating

MoO3-doped WO3 Sol

Stirred for 30 min

37

3.5 ขนตอนกระบวนการขนรปฟลมดวยวธการจมเคลอบ

การขนรปฟลมดวยกระบวนการจมเคลอบ ท าโดยการน ากระจก ITO จมลงในสารละลาย แลวแชทงไวในสารละลายเปนเวลา 15 นาท จากนนคอย ๆ ท าการดงกระจกขนจากสารละลาย ชา ๆ อยางตอเนอง น ากระจกทผานกระบวนการจมเคลอบมาวางทงไวใหฟลมแหงทอณหภมหอง เปนเวลา 24 ชวโมง เมอฟลมแหงแลวคอยน าฟลมไปอบออนทอณหภม 300 องศาเซลเซยส เปนเวลา 2 ชวโมง รอใหกระจกเยนตวจนถงอณหภมหอง แลวน ากระจกออกจากเตา แลวน ากระจกทผานกระบวนการเคลอบฟลมไปศกษาการเปลยนแปลงของสโดยการทดสอบสมบตทางไฟฟาเคมดวยเทคนค CV และค านวณเปอรเซนตการสองผานแสงในการเปลยนสของฟลมดวยเทคนค UV-Vis พรอมทงวเคราะหโครงสรางของฟลมทสงเคราะหไดดวยวธ XRD ตรวจสอบลกษณะพนธะเคมดวยเทคนค XPS ตรวจดสภาพพนผวของฟลมบนกระจกดวยเทคนค SEM และการกระจายตวของธาตทเปนองคประกอบดวยวธ EDX รวมถงวดความขรขระของฟลมดวยเทคนค AFM

38

บทท 4

ผลการทดลองและการอภปรายผล

4.1 ผลการสงเคราะหฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด

จากผลการสงเคราะหทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 15

ถง 50 เปอรเซนตโดยโมล ดวยวธโซล-เจล ขนรปดวยกระบวนการจมเคลอบฟลม 1 ชนบนกระจกน า

ไฟฟาชนด ITO อบออนทอณหภม 300 องศาเซลเซยส เปนเวลา 2 ชวโมง จากนนน าฟลมทไดมา

ศกษาลกษณะการเปลยนแปลงสของฟลมทมสมบตอเลกโทรโครมก ผลจากการทดลองทแสดงออกมา

คอ ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล เปน

ฟลมทมสมบตอเลกโทรโครมกดทสด เมอเทยบกบการเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 15

และ 50 เปอรเซนตโดยโมล เมอวเคราะหโครงสรางความเปนผลก และความขรขระบนผวฟลมเพมขน

เมอมการเจอโมลบดนมไตรออกไซด จากนนเพมประสทธภาพการเปลยนแปลงสของฟลมดวยการเจอ

ไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.1 ถง 0.9 เปอรเซนตโดยโมล ผลจากการทดลองทแสดง

ออกมา คอ ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดย

โมลรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล เปนฟลมทมสมบตอเลก

โทรโครมกทดเมอเทยบกบการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.1, 0.3, 0.7 และ 0.9

เปอรเซนตโดยโมล จงน าฟลมมาทดสอบโครงสรางและสณฐานวทยาเพมเตม เพอตองการทราบวา

การเจอโมลบดนมไตรออกไซดและการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดมผลท าใหสมบตอเลกโทรโครมกด

ขนไดอยางไร ซงผลการทดสอบสมบตของฟลมไดแสดงผลออกมา ดงน

4.1.1 ผลการวเคราะหโครงสรางหรอลกษณะเฟสของฟลมดวยเทคนค XRD

จากการศกษาโครงสรางผลกของฟลมทงสเตนไตรออกไซดและทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 15, 30 และ 50 เปอรเซนตโดยโมล ลกษณะ XRD สเปกตรมของฟลม แสดงดงรปท 4.1 จากการวเคราะหเบองตน พบวา ลกษณะของกราฟทไดจากการวเคราะหเกดพคทคลายกน โดยต าแหนงพคสงในชวงมม 2Ө เทากบ 23.2, 24.3 และ 28.3 องศา อยในชวงเดยวกนกบ XRD สเปกตรมมาตรฐานของทงสเตนไตรออกไซด (ทงสเตนไตรออกไซดทมลกษณะโครงสรางผลกแบบโมโนคลนก JCPDS หมายเลข: 83-0950) เมอมการเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณ 15 และ 30 เปอรเซนตโดยโมล พบวา เกดต าแหนงพคขนในชวงมม 2Ө เทากบ 16.9 องศา และ 25.8 องศา อยในชวงเดยวกนกบ XRD สเปกตรมมาตรฐานของโมลบดนมไตรออกไซด (โมลบดนมไตรออกไซดทมลกษณะโครงสรางผลกแบบเฮกซะโกนอล JCPDS หมายเลข: 21-0569)

39

10 20 30 40 50 60 70

Inten

sity (

a.u.)

2Ө (degree)

WO3 h-MoO3 ITO

รปท 4.1 XRD สเปกตรมของฟลมทงสเตนไตรออกไซดและทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 15, 30 และ 50 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ

เมอทดลองเจอโมลบดนมไตรออกไซดเพมขนทปรมาณ 50 เปอรเซนตโดยโมล ต าแหนงพค

ในชวงมม 2Ө พบเฉพาะพคของกระจกน าไฟฟาชนด ITO เทานน หรอกลาวไดวา เมอเพมปรมาณ

ของโมลบดนมไตรออกไซดจนถงปรมาณการเจอ 50 เปอรเซนตโดยโมล ความเปนผลกของทงสเตน

ไตรออกไซดลดลงอยางเหนไดชดเจน [46, 47] สงผลท าใหฟลมทงสเตนไตรออกไซดทเจอโมลบดนม

ไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 50 เปอรเซนตโดยโมล มลกษณะโครงสรางอสณฐาน

จากนน ศกษาโครงสรางผลกของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดปรมาณ

การเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทปร มาณการเจอ 0.1 ถง 0.7

เปอรเซนตโดยโมล ดงแสดงในรปท 4.2 พบวา ลกษณะของกราฟทไดจากการวเคราะหเกดพคท

คลายกนทงหมด โดยต าแหนงพคสงในชวงมม 2Ө เทากบ 23 องศา และ 28 องศา อยในชวงเดยวกน

กบ XRD สเปกตรมมาตรฐานของทงสเตนไตรออกไซดและโมลบดนมไตรออกไซด ลกษณะทไดจาก

การวเคราะหคลายคลงกบรปท 4.1 พคทงสเตนไตรออกไซดคอนขางสงมากกวาเมอเทยบกบฟลม

ทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล [44] จากการ

วเคราะหดวยเทคนค XRD กลบไมปรากฏพคของไนโอเบยมเพนทอกไซด เนองจากไมสามารถท าการ

ระบลกษณะโครงสรางของไนโอเบยมเพนทอกไซดทท าการเจอได จงตองน าฟลมไปวเคราะหดวย

เทคนค XPS เพอตรวจสอบธาตองคประกอบของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด

50 %mol MoO3 30 %mol MoO3

15 %mol MoO3 WO3

40

10 20 30 40 50 60 70

Inten

sity (

a.u.)

2Ө (degree)

รวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด และวเคราะหดวยเทคนค EDX เพอสงเกตการณกระจายตว

องคประกอบธาตทเกดขน

รปท 4.2 XRD สเปกตรมของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.1, 0.3, 0.5 และ 0.7 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ

4.1.2 การศกษาองคประกอบและโครงสรางเคมของฟลมดวยเทคนค XPS

ผลจากการวเคราะหองคประกอบและโครงสรางเคมของฟลมทงสเตนไตรออกไซด เจอ

โมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล ชวงคาพลงงานยดเหนยว 0 ถง 1,200

อเลกตรอนโวลต แสดงดงรปท 4.3 ปรากฏสเปกตรมของธาตทงสเตน โมลบดนม ออกซเจน และ

อนเดยมในปรมาณ 13.05, 2.43, 57.41 และ 0.73 เปอรเซนตอะตอม ตามล าดบ และจากรปท 4.4

ปรากฏสเปกตรมความละเอยดสงของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทป รมาณ

การเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล ตรวจพบสเปกตรมของธาตทงสเตนในระดบชน W 4f7/2 และ W 4f5/2

คาพลงงานยดเหนยวเทากบ 36.09 และ 38.04 อเลกตรอนโวลต ตามล าดบ แสดงดงรปท 4.4 ก คาท

ไดจากการวเคราะหดวยเทคนค XPS เปนคาทแสดงใหทราบวา ทงสเตนทตรวจพบ อยในรป

สารประกอบทงสเตนไตรออกไซดทมเลขออกซเดชนเปน W6+ [48] นอกจากน ยงตรวจพบสเปกตรม

ของธาตโมลบดนมในระดบชน Mo 3d5/2 และ Mo 3d3/2 คาพลงงานยดเหนยวเทากบ 233.16 และ

236.31 อเลกตรอนโวลต ตามล าดบ แสดงดงรปท 4.4 ข คาทไดจากการวเคราะหเปนคาทแสดงให

0.7 %mol Nb2O5 0.5 %mol Nb2O5

0.3 %mol Nb2O5 0.1 %mol Nb2O5

WO3 h-MoO3 ITO

41

0

5000

10000

15000

231 233 235 237

Inten

sity (

cps)

Bindining Energy (eV)

0

10000

20000

30000

34 36 38 40

Inten

sity (

cps)

Bindining Energy (eV)

(ก) (ข)

ทราบวา โมลบดนมทตรวจพบ อยในรปสารประกอบโมลบดนมไตรออกไซดทมเลขออกซเดชนเปน

Mo6+ [51] มคาพลงงานยดเหนยวตรงกบคามาตรฐานของโมลบดนมไตรออกไซด พลงงานยดเหนยว

เทากบ 233.1 อเลกตรอนโวลต

รปท 4.3 XPS สเปกตรมของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล

รปท 4.4 XPS สเปกตรมความละเอยดสงของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณ 30 เปอรเซนตโดยโมล (ก) สเปกตรมของธาตทงสเตนในระดบชน W4f (ข) สเปกตรมของธาตโมลบดนมในระดบชน Mo3d

0

50,000

100,000

150,000

200,000

250,000

020040060080010001200

Inten

sity (

cps)

Binding Energy (eV)

W 4f7/2 W 4f5/2

Mo 3d5/2 Mo 3d3/2

W4f

Mo3d

30 %mol MoO3

O1s

In3d

38.24 36.09 233.16

236.31

W4d

42

0

1,000

2,000

3,000

231 233 235 237

Inten

sity (

cps)

Binding Energy (eV)

0

10,000

34 36 38 40

Inten

sity (

cps)

Bindining Energy (eV)

(ก)

รปท 4.5 XPS สเปกตรมของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30

เปอรเซนตโดยโมล รวมกบการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล

รปท 4.6 XPS สเปกตรมความละเอยดสงของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดท

ปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.5

เปอรเซนตโดยโมล (ก) สเปกตรมของธาตทงสเตน W4f (ข) สเปกตรมของธาตโมลบดนม Mo3d

ผลจากการวเคราะหองคประกอบและโครงสรางเคมของฟลมทงสเตนไตรออกไซด เจอ

โมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดท

ปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล แสดงดงรปท 4.5 ปรากฏสเปกตรมของธาตทงสเตน

0

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

70,000

02004006008001,0001,200

Inten

sity (

cps)

Binding Energy (eV)

W4f

Mo3d

0.5 %mol Nb2O5

O1s

In3d W4d

W 4f7/2 W 4f5/2 38.29

36.17 Mo 3d5/2 Mo 3d3/2 233.26 236.89

(ข)

43

โมลบดนม ออกซเจน และอนเดยม ในปรมาณ 11.98, 2.52, 44.07 และ 1.30 เปอรเซนตอะตอม

ตามล าดบ เนองจาก อนเดยมเปนธาตองคประกอบของกระจกน าไฟฟาชนด ITO ผลจากการวเคราะห

สเปกตรมของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนต

โดยโมลรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล พบวา ไมปรากฎ

สเปกตรมของธาตไนโอเบยมทเปนองคประกอบของสารประกอบไนโอเบยมเพนทอกไซด เนองจาก

การเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดในปรมาณทนอยกวาเครองมอจ าวเคราะหได

เมอวเคราะหสเปกตรมจากความละเอยดสงของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตร

ออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.5

เปอรเซนตโดยโมล ตรวจพบสเปกตรมของธาตทงสเตนท W 4f7/2 และ W 4f5/2 คาพลงงานยดเหนยว

เทากบ 36.17 และ 38.29 อเลกตรอนโวลตตามล าดบ (รปท 4.6 ก) ซงคาทไดจากการวเคราะหเปน

คาทแสดงใหทราบวา ทงสเตนทตรวจพบอยในรปสารประกอบทงสเตนไตรออกไซดทมเลขออกซเดชน

เปน W6+ เหมอนเดม [48]

นอกจากน ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณ 30 เปอรเซนตโดย

โมลรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล ยงตรวจพบสเปกตรมของธาต

โมลบดนมท Mo 3d5/2 และ Mo 3d3/2 คาพลงงานยดเหนยวเทากบ 233.26 และ 236.89 อเลกตรอน

โวลต ตามล าดบ (รปท 4.6 ข) ซงคาทไดจากการวเคราะหเปนคาทแสดงใหทราบวาโมลบดนมทตรวจ

พบ อยในรปสารประกอบโมลบดนมไตรออกไซดทมเลขออกซเดชนเปน Mo6+ [8] ลกษณะการตรวจ

วเคราะหดวยเทคนค XPS ของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ

30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล พบ

ธาตทเปนองคประกอบทงทงสเตนและโมลบดนมเชนเดยวกบฟลมทงสเตนไตรออกไซดท เจอ

โมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล

จงตองน าฟลมไปสงเกตการกระจายตวของอนภาค ดวยการศกษาและวเคราะหผลลกษณะ

สณฐานวทยาของผวฟลมดวยเทคนค SEM รวมทงศกษาองคประกอบธาตทมดวยเทคนค EDX

4.1.3 การศกษาสณฐานวทยาของพนผวฟลมดวยเทคนค SEM

จากการศกษาลกษณะรปราง ขนาด และพนทผวจ าเพาะของฟลม รปท 4.7 แสดงใหเหน

ลกษณะภาพพนผวของฟลมทงสเตนไตรออกไซด ฟลมโมลบดนมไตรออกไซด และฟลมทงสเตนไตร

ออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล เมอเปรยบเทยบภาพถาย

ก าลงขยาย 5,000 เทา และ 50,000 เทา ตามล าดบ แสดงดงรปท 4.7 ก ถง รป 4.7 ฉ พบวา ลกษณะ

44

รปราง ขนาด และการกระจายตวอนภาคฟลมทงสเตนไตรออกไซดทไมมการเจอสารอน (รปท 4.7 ก

และ 4.7 ข) เมอเทยบกบฟลมโมลบดนมไตรออกไซด (รปท 4.7 ค และ 4.7 ง) จะเหนไดวาพนผวฟลม

โมลบดนมไตรออกไซดจะมลกษณะขรขระ ขนาดของอนภาคไมสม าเสมอ เรยงตวกนหนาแนนทว

บรเวณทท าการสมตรวจมากกวาพนผวฟลมทงสเตนไตรออกไซด

รปท 4.7 ภาพถาย SEM ก าลงขยาย 5,000 และ 50;000 เทาของ (ก, ข) ฟลมทงสเตนไตรออกไซด

(ค, ง) ฟลมโมลบดนมไตรออกไซด และ (จ, ฉ) ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดท

ปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล

ภาพพนผวของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30

เปอรเซนตโดยโมล (รปท 4.7 จ และ 4.7 ฉ) พบวา บนพนผวของฟลมมอนภาคสขาวเกาะตวกนเปน

อนภาคใหญ ซงเกดจากการทอนภาคบางสวนของทงสเตนไตรออกไซดและโมลบดนมไตรออกไซด

เกาะรวมตวกนเปนอนภาคเดยว ขณะทอนภาคบางสวนเพยงแคเกาะตดกน อทธพลของโมลบดนม

ไตรออกไซดทเจอเขาไปมผลตอลกษณะฟลม คอ ท าใหฟลมทงสเตนไตรออกไซดมลกษณะอนภาคท

จบตวกนเปนกอนมากขน สงผลตอความบกพรองของโครงสราง ท าใหโครงสรางเปลยนรปแบบ จาก

งานวจยของ S. Papaefthimiou และคณะ [38] กลาววา โครงสรางของฟลมโมลบดนมไตรออกไซด

ทมการเจอดวยทงสเตนไตรออกไซด ฟลมทไดจะแสดงคาประสทธภาพการเปลยนแปลงสทดกวา

เนองจากโครงสรางมการเปลยนแปลงท าใหชวงของการเปลยนสกวางกวาเมอเทยบกบฟลมโมลบดนม

ทไมมการเจอสารอน และจากผล XRD ในหวขอท 4.1.1 การเจอโมลบดนมไตรออกไซดเขาไปใน

(ก)

(ข)

(ค)

(ง)

(จ)

(ฉ)

45

ระบบของทงสเตนไตรออกไซด สงผลใหโครงสรางผลกของฟลมทงสเตนไตรออกไซดมการ

เปลยนแปลง นอกจากนลกษณะพนผวฟลมทก าลงขยาย 50,000 เทา แสดงใหเหนวา อนภาคเหลาน

ยงคงมการกระจายตวไปทวบรเวณบนพนผวฟลม

รปท 4.8 ภาพตดขวางก าลงขยาย 50,000 เทาของ (ก) ฟลมทงสเตนไตรออกไซด (ข) ฟลมโมลบดนม

ไตรออกไซด และ (ค) ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30

เปอรเซนตโดยโมล

จากการศกษาลกษณะพนผวของฟลมไดท าการถายภาพภาพตดขวางของฟลมถายทก าลงขยาย 50,000 เทา (รปท 4.8) เพอแสดงใหเหนถงลกษณะของความหนาชนฟลมทแตกตางกนของฟลมทงสเตนไตรออกไซด (รปท 4.8 ก) ฟลมโมลบดนมไตรออกไซด (รปท 4.8 ข) และ ฟลมทงสเตนไดออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยมวล (รปท 4.8 ค) (ฟลม 1 ชน) ตามล าดบ ทเคลอบบนกระจกน าไฟฟาชนด ITO

(ก) (ข) (ค)

46

รปท 4.9 ภาพถาย SEM ก าลงขยาย 50,000 เทาของ ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตร

ออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการ

เจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล

จากรปท 4.9 ก ถงรปท 4.9 ง แสดงภาพถายลกษณะพนผวของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด 0.5 เปอรเซนตโดยโมล ทก าลงขยายเดยวกน 50,000 เทา จากภาพถายพนผวของฟลมทไดสมวเคราะหบรเวณตางกน สงเกตไดวาบางบรเวณพนผวของฟลมราบเรยบ ไมมความเปนผลก (รปท 4.9 ก) แตในบางบรเวณทสมวเคราะหกลบพบวาบางพนผวของฟลมมความขรขระ ไมสม าเสมอ เมอเปรยบเทยบรปท 4.9 ข ถงรปท 4.9 ง พบวา พนผวของฟลมมลกษณะแตกราว อนภาคคลายคลงกนเกาะรวมตวกนเปนอนภาคทมขนาดใหญ อาจเกดจากการจบตวกนเปนกอนของโซลทเคลอบบนแผนกระจกน าไฟฟาชนด ITO สงผลใหฟลมมความหนาไมเทากน เกดการเกาะตวกนเปนหยอมๆ ลกษณะทปรากฏเกดจากการตกตะกอนของโซล เมอมการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดลงไปกอนน ามาเคลอบบนกระจกน าไฟฟา

1 m 1 m

(ข)

1 m

(ก)

1 m

(ค) (ง)

47

ชนด ITO อยางไรกตาม การเกดรอยแตกของฟลม ท าใหพนผวบรเวณฟลมเพมขนมผลดตอปฏกรยาอเลกโทรโครมก แตสงผลใหฟลมเกดการหลดลอกงาย มเสถยรภาพต ากวาฟลมทไมไดเจอไนโอเบยมเพนทอกไซด ทไมมการรอยแตกเกดขนบนผวของฟลม คลายกบงานวจยของ A. V. Rosario และคณะ [43] ศกษาฟลมไนโอเบยมเพนทอกไซด การเจอไทเทเนยมในปรมาณมากขน ฟลมทไดจากการวเคราะหมลกษณะอนภาคเกาะรวมตวกน พนผวมความขรขระ ฟลมมความผลกเกดขนเปนกลมกอนและฟลมไนโอเบยมเพนทอกไซดทมการเตมสารเจอท าใหความหนาของฟลมเพมขน (รปท 2.14) จงสามารถระบไดวาอนภาคทสมวเคราะหเปนอนภาคไนโอเบยมเพนทอกไซดมการเกาะรวมตวกน ซงอนภาคของทงสเตนไตรออกไซดและโมลบดนมไดท าการแทรกตวอยปะปนอย แสดงใหเหนอนภาคทมลกษณะเปนกอนภายในฟลม จากนนวเคราะหบรเวณรอยแตกทมอนภาคขนาดเลก ๆ เกาะอยทวบรเวณ โดยท าการศกษาและวเคราะหผลการกระจายตวของธาตองคประกอบดวยเทคนค EDX (รปท 4.13 และ รปท 4.14) เพอตรวจสอบและยนยนวาอนภาคทพบในรปท 4.9 วาเปนอนภาคของไนโอเบยมเพนทอกไซดเกาะรวมตวปะปนกบอนภาคของทงสเตนไตรออกไซดและโมลบดนมไตรออกไซด

4.1.4 ผลการศกษาการกระจายตวของธาตองคประกอบของฟลมดวยเทคนค EDX

การศกษาการกระจายตวของธาตองคประกอบภายในฟลมทงสเตนไตรออกไซด เจอโมลบดนมไตรออกไซดและไนโอเบยมเพนทอกไซด จากรปท 4.10 โดยท าการศกษาสมวเคราะหบรเวณทมการกระจายตวของอนภาคบนพนผวของฟลม ท าใหไดปรมาณของธาตทอยในบรเวณสมตรวจ ดงตารางท 4.1

ตารางท 4.1 ปรมาณของธาตองคประกอบทตรวจพบจากบรเวณทท าการสมวเคราะหในฟลมชนดตาง ๆ

* หมายเหต ธาตองคประกอบแสดงคาไมครบ 100 เปอรเซนตโดยน าหนก เนองจาก ผลจากการวเคราะห มธาตองคประกอบอน ๆ ซงเปนธาตองคประกอบของวสดรองรบรวมดวย จงไมน า ธาตองคประกอบของวสดรองรบมาใชในการพจารณา

ตวอยาง ธาตองคประกอบ (เปอรเซนตโดยน าหนก)

ทงสเตน โมลบดนม ออกซเจน อนเดยม ดบก ซลกอน

WO3 film * 3.3 - 22.6 37.2 3.8 23.3 MoO3 film * - 10.4 27.1 34.2 3.9 17.2 30 %mol MoO3 -doped WO3 film

50.1 23.7 26.2 - - -

48

รปท 4.10 ภาพแสดงผลการวเคราะหธาตองคประกอบภายในฟลมทงสเตนไตรออกไซด ท าการเลอกวเคราะหเฉพาะจดทสนใจโดยการสมตรวจสอบบรเวณพนผวทมความราบเรยบและบรเวณมการจบรวมตวกนของอนภาค พบวา จดทมลกษณะเปนสขาว คอ การกระจายตวของทงสเตนไตรออกไซดมปรมาณทงสเตน 3.3 เปอรเซนตโดยน าหนก และจากการวเคราะห EDX-mapping เฉพาะจด พบวา ต าแหนงพคของซลกอนเกดขนชดเจนทสด ซงพคถดมา คอ พคของอนเดยม และทน โดยอนเดยมและทนทตรวจพบนน เปนธาตองคประกอบทอยในชนของกระจกน าไฟฟาชนด ITO จงไมน าธาตองคประกอบเหลานมาใชในการพจารณา จงสนใจเพยงธาตทเปนองคประกอบส าคญส าหรบการวเคราะหฟลมทงสเตนไตรออกไซด ไดแก ทงสเตน และออกซเจน

รปท 4.10 การวเคราะห EDX-mapping เฉพาะจดและลกษณะการกระจายตวของธาตองคประกอบ

ทตรวจพบของฟลมทงสเตนไตรออกไซด

รปท 4.11 ภาพแสดงผลการวเคราะหธาตองคประกอบภายในฟลมโมลบดนมไตรออกไซด ไดท าการเลอกวเคราะหเฉพาะจดทสนใจ พบวา อนภาคทมความขรขระลกษณะเปนกลมสขาว คอ การจบตวกนของโมลบดนมปะปนกบออกซเจน มปรมาณโมลบดนม 10.4 เปอรเซนตโดยน าหนก ต าแหนงพคทเกดขนชดเจนทสด เปนต าแหนงพคของซลกอน อนเดยมและทน เชนเดยวกนกบฟลมทงสเตนไตรออกไซดทไมไดเจอสารใด ซงเมอมการน าโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล เขารวมภายในระบบของฟลมทงสเตนไตรออกไซด พบวา บรเวณทท าการสมวเคราะหอนภาคสขาวทตรวจพบนนมการเกาะรวมตวกนของอนภาคเปนขนาดทใหญขน (รปท 4.12) สามารถอธบายไดวาเกดการจบตวกนของทงสเตนไตรออกไซดและโมลบดนมไตรออกไซด จงได

49

วเคราะห EDX mapping เฉพาะจดของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล เพอตรวจดการกระจายตวของธาตองคประกอบบรเวณการรวมตวกนของอนภาคบนผวฟลม เนองจากฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลมความสามารถในการเปลยนสกลบไปกลบมาไดดเมอเทยบกบฟลมทงสเตนไตรออกไซดทไมไดเจอสารใด คลายกบงานวจยของ S. Papaefthimiou และคณะ [38] กลาววา ฟลมทงสเตนไตรออกไซดทม อตราสวนผสมของโมลบดนมไตรออกไซด ฟลมมการเปลยนแปลงของสน าเงนเขมขนเมอเทยบกบฟลมทงสเตนไตรออกไซดทไมเจอสารใด

รปท 4.11 การวเคราะห EDX-mapping เฉพาะจดและลกษณะการกระจายตวของธาตองคประกอบ

ทตรวจพบของฟลมโมลบดนมไตรออกไซด

จากการสมวเคราะหบรเวณพนผวของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลครงน ศกษาเพยงธาตทเปนองคประกอบส าคญเทานน ไมพจารณาต าแหนงพคของธาตองคประกอบในกระจกน าไฟฟาชนด ITO ทใชเปนวสดรองรบ คอ ธาตซลกอน อนเดยม และทน ท าใหไดเปอรเซนตโดยน าหนกธาตของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล คอ ธาตทงสเตน โมลบดนม และออกซเจน เทากบ 50.1, 23.7 และ 26.2 ตามล าดบ แสดงดงรปท 4.12

50

รปท 4.12 การวเคราะห EDX-mapping เฉพาะจดและลกษณะการกระจายตวของธาตองคประกอบ

ทตรวจพบของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดย

โมล

ตารางท 4.2 ปรมาณของธาตองคประกอบทตรวจพบจากบรเวณทท าการสมวเคราะห ในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทสดสวนตางกน

หมายเหต เปอรเซนตโดยน าหนกธาตองคประกอบอาจมความแปรปรวน เนองจากเปนการสมตรวจบรเวณทมการกระจายตวธาตองคประกอบ บรเวณทตรวจพบธาตไนโอเบยมเทานน

ผลการวเคราะหธาตองคประกอบภายในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดบรเวณทสนใจเพอท าการสมตรวจการกระจายตวของธาตองคประกอบ โดยท าการศกษาบรเวณทมการเกาะตวของอนภาคสขาวขนาดใหญทคาดวาจะเปนการเกาะรวมตวกน

ตวอยาง 30 %mol MoO3 -doped WO3

ธาตองคประกอบ (เปอรเซนตโดยน าหนก)

ทงสเตน (W)

โมลบดนม (Mo)

ไนโอเบยม(Nb)

ออกซเจน (O)

0.1 %mol Nb2O5 69.3 6.9 2.0 21.7 0.5 %mol Nb2O5 70.2 5.3 4.0 20.5

51

ของไนโอเบยมเพนทอกไซดทมการปะปนกบทงสเตนไตรออกไซดและโมลบดนมไตรออกไซด และการกระจายตวอนภาคทมลกษณะเปนกลมกอนบรเวณรอยแตกของแผนฟลม ซงท าใหเกดการจบตวกนของธาตองคประกอบบนพนผวของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด ไดปรมาณของธาตทอยในบรเวณสมวเคราะห ดงตารางท 4.2 ปรากฏวาพบ ธาตไนโอเบยมทเปนธาตองคประกอบส าคญของการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซด

รปท 4.13 การวเคราะห EDX-mapping เฉพาะจดและลกษณะการกระจายตวของธาตองคประกอบทตรวจพบของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.1 เปอรเซนตโดยโมล

รปท 4.13 และ รปท 4.14 ภาพบรเวณทมการสมวเคราะหธาตองคประกอบภายในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.1 และ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ แสดงใหเหนถงการกระจายตวของอนภาคในบรเวณทสมวเคราะหพบธาตไนโอเบยมเทานน เปนผลจากการเจอไนโอเบยมปรมาณนอย เมอพจารณาการกระจายตวของอนภาค ปรากฏวา ผลจากการวเคราะหในบรเวณทเปนอนภาคและบรเวณรอยแตกของฟลม จะมปรมาณของธาตทงสเตน โมลบดนม และไนโอเบยมทมากกวาบรเวณทเปนผวเรยบ เนองจากอนภาคบางสวนมการเกาะตวกนสอดคลองกบผลการวเคราะหพนผวฟลมดวยเทคนค SEM ทใหผลจากการวเคราะหวาอนภาคสขาวเกาะรวมกนท าใหอนภาคมขนาดใหญบรเวณรอยแตก ซงเกดจากการรวมตวกนของทงสเตนไตรออกไซดและโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด

52

รปท 4.14 การวเคราะห EDX-mapping เฉพาะจดและลกษณะการกระจายตวของธาตองคประกอบ

ทตรวจพบของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนต

โดยโมลรวมกบการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล

จากการวเคราะห EDX mapping เฉพาะจด แสดงดงรปท 4.13 ถง รปท 4.14 การกระจายตวของธาตทงสเตน โมลบดนม ออกซเจน และไนโอเบยม ในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด 0.1 และ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ พบวา ฟลมมความขรขระ ลกษณะผลกเปนกอนเกาะอยบนผวฟลม เมอท าการวเคราะหการกระจายตวของธาต พบวา มการกระจายตวของธาตตาง ๆ สามารถสรปไดวาเปนอนภาคของไนโอเบยมทมการกระจายตวบางบรเวณ และมการเกาะรวมตวของทงสเตนและโมลบดนมอยภายใน และเมอท าการพจารณาจากรปท 4.14 พบวา อนภาคของธาตไนโอเบยมบนฟลมกระจายตวไมสม าเสมอลกษณะเปนกลมกอนจบตวกนหนาแนนเพยงบรเวณหนงเทานน คลายกบงานวจยของ A. V. Rosario และ คณะ [32] เมออนภาคของไนโอเบยมเพนทอกไซดบนผวฟลมมการเจอสารตวเตม ท าใหความขรขระเพมขน เกดการจบตวกนเปนกลมกอน จากผลการวเคราะหดวยเทคนค EDX-mapping สรปไดวาอนภาคขนาดใหญบรเวณรอยแตกฟลม คอ อนภาคของไนโอเบยมเพนทอกไซด โดยอนภาคเหลานกระจายตวหางกน ไมสม าเสมอ จากการทดสอบการเปลยนแปลงของสทมผลตอสมบตอเลกโทรโครมกการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดแสดงคาสมประสทธการแพรทด แตเนองจากฟลมไมไดเกดการเชอมกนเปนโครงขาย ท าใหการเปลยนสกลบไปกลบมาของฟลมมอายการใชงานทไมดนนเอง

53

4.1.5 ผลการวเคราะหลกษณะความขรขระของฟลมดวยเทคนค AFM ผลจากการศกษาโครงสรางและลกษณะพนผวของฟลม ในเบองตนท าใหทราบผลเกยวกบ

บรเวณผวของฟลม เมอมการเจอสารเขาไปสภายในระบบลกษณะพนผวของฟลม มอนภาคสขาวเกดขน ความขรขระเพมขน และเพอวเคราะหสภาพพนผวฟลมทมการเจอทละเอยดขน จงไดทดสอบดวยเทคนค AFM เพอตรวจดความขรขระของผวฟลม (รปท 4.15) แสดงภาพในแบบ 2 มต และ 3 มต

รปท 4.15 ภาพถาย AFM ในรปแบบ (ขวา) 2 มต และ (ซาย) 3 มต ของ (ก, ข) ฟลมทงสเตนไตรออกไซด (ค, ง) ฟลมโมลบดนมไตรออกไซด และ (จ, ฉ) ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ

(ง)

(ข)

(ฉ) (จ)

(ค)

(ก)

54

รปท 4.15 แสดงภาพของผวฟลมทงสเตนไตรออกไซด ฟลมโมลบดนมไตรออกไซดและฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยมวล พบวา พนผวของฟลมทงสเตนไตรออกไซดทไมไดเจอสารใด (รปท 4.15 ก และ รปท 4.15 ข) จะมสภาพพนผวคอนขางเรยบ เมอเทยบกบฟลมโมลบดนมไตรออกไซด (รปท 4.15 ค และ รปท 4.15 ง) แตเมอเจอโมลบดนมไตรออกไซดเขาไป สงผลใหผวของฟลมเกดความขรขระขน สงเกตไดจากอนภาคสขาวทเกาะบนผวฟลมอยางชดเจน สภาพพนผวมความขรขระ (รปท 4.15 จ และ รปท 4.15 ฉ) ท าใหฟลมมพนทผวเพมมากขนเปนผลดตอสมบตอเลกโทรโครนก เนองจาก การทฟลมมผวทพนในการท าปฏกรยามาก ท าใหอเลกโทรไลตสามารถสมผสกบผวของฟลมไดด สงตอการเกดปฏกรยาการเปลยนแปลงสของฟลมไดด

เนองจากฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล จากการศกษาผลของโครงสราง รปราง ขนาดและลกษณะพนผว (หวขอท 4.1.3 และ หวขอท 4.1.4) พบวา อนภาคของธาตไนโอเบยมมการจบตวกน อดแนนจนอนภาคมขนาดใหญเกาะอยบนผวฟลม ท าใหการวเคราะหความขรขระดวยเทคนค AFM ไมสามารถท าการวเคราะหคาได เมอทดสอบในบรเวณพนผวเรยบกลบพบเพยงความขรขระของผววสดรองรบกระจกน าไฟฟาชนด ITO เทานนเอง

4.2 สมบตอเลกโทรโครมกของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดและไนโอเบยมเพนทอกไซด

4.2.1 การวเคราะหการเปลยนแปลงของสดวยเทคนคไซคลกโวลเทมเมทรแบบรอบ

สมบตอเลกโทรโครมกของฟลมสามารถวดไดจากการวเคราะหการเปลยนแปลงของสดวย

เทคนคไซคลกโวลเทมเมทร ซงผลทแสดงคาออกมาสามารถเปรยบเทยบประสทธภาพการเปลยนส

ของฟลมทเกดขนได โดยการน าคากระแสทวดไดมาค านวณหาสมประสทธการแพรของฟลม อกทง

สมบตอเลกโทรโครมกของฟลมนนยงสามารถวดไดจากสมบตการสองผานแสงของฟลม จากการ

พจารณาคาความแตกตางการสองผานแสงของฟลมในชวงแสงทตาสามารถมองเหนได (380 ถง 730

นาโนเมตร) ฟลมทมคาความแตกตางของการสงผานแสงมากทสด แสดงวาเปนฟลมทสามารถเปลยน

สกลบไปมาไดดทสด โดยการเปลยนสของฟลมจ านวน 1 รอบของปฏกรยาทท าการศกษานน ใชเวลา

โดยประมาณ 40 วนาท ฟลมเปลยนสจากฟลมใสไมมสจนกระทงกลายเปนฟลมทมสน าเงนเขม และส

สภาวะฟลมจางสได โดยใชเวลาประมาณ 20 วนาท (จากการวเคราะหดวยไซคลกโวลเทมโมแกรม

แบบรอบ)

55

-25

-15

-5

5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1

Curre

nt d

ensit

y (m

A/cm

2 )

Potential/ V vs. Ag/AgCl

รปท 4.16 ไซคลกโวลเทมโมแกรมของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด (ก) ฟลมทงสเตนไตรออกไซด แสดงผลการเจอโมลบดนมไตรออกไซด ทปรมาณการเจอ (ข) 15 (ค) 30 และ (ง) 50 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ และ (จ) ไซคลกโวลเทมโมแกรมเปรยบเทยบผลของปรมาณโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 0 ถง 50 เปอรเซนตโดยโมล ในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด

-25

-15

-5

5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1

Curre

nt d

ensit

y (m

A/cm

2 )

Potential/ V vs. Ag/AgCl

-25

-15

-5

5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1Curre

nt d

ensit

y (m

A/cm

2 )

Potential/ V vs. Ag/AgCl

-25

-15

-5

5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1

Curre

nt d

ensit

y (m

A/cm

2 )

Potential/ V vs. Ag/AgCl

-25

-15

-5

5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1

Curre

nt d

ensit

y (m

A/cm

2 )

Potential/ V vs. Ag/AgCl

WO3 (0 %mol MoO3)

15 %mol MoO3

30 %mol MoO3

50 %mol MoO3

(ก) (ข)

(ค) (ง)

(จ)

WO3 (0 %mol MoO3)

15 %mol MoO3-doped WO3

30 %mol MoO3-doped WO3

50 %mol MoO3-doped WO3

56

จากรปท 4.16 ก ถง รปท 4.16 ง แสดงไซคลกโวลเทมโมแกรมแบบรอบของฟลมทงสเตนไตรออกไซด และฟลมทงสเตนไตรออกซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 15, 30 และ 50 เปอรเซนตโดยโมล (ฟลม 1 ชน) ตามล าดบ และรปท 4.16 จ แสดงไซคลกโวลเทมโมแกรมเปรยบเทยบระหวางผลของปรมาณโมลบดนมไตรออกไซดตอความหนาแนนของกระแสไฟฟาในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด โดยทจดทมคาความตางศกย -1 โวลตจะเปนต าแหนงทฟลมเกดการเปลยนภาวะเปนสน าเงนชดเจนทสด และเมอคาความตางศกยเปลยนแปลงจาก -1 จนถง 1 โวลต ฟลมไดเกดการถอนจ านวนของอเลกตรอนออกจากโครงสรางของฟลม ท าใหเมอถงจดทคาความตางศกยมคาเทากบ 1 โวลต ฟลมจะเกดการกลบสทสมบรณ คอ ฟลมจะอยในภาวะจางส ตอจากนนเมอความตางศกยเกดการเปลยนแปลงจาก 1 ถง -1 โวลต เปนชวงทฟลมมการแทรกตวของอเลกตรอนเขาไปสภายใน ท าใหฟลมเกดการเปลยนแปลงไปในภาวะมสอกครง โดยพจารณารปท 4.16 จ ท าใหเหนความแตกตางของต าแหนงพคแอโนดกของฟลมทแตกตางกนชดเจน โดยพคจะเปลยนต าแหนงพคในเปนชวงปฏกรยาเกดการสญฌสยอเลกตรอน แลวท าใหฟลมเปลยนจากสน าเงนเขมกลบมาสภาวะทฟลมสใส พบวา พคแอโนดกของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด 15 เปอรเซนตโดยโมล มพคสงทสด ซงแสดงวาฟลมมการกลบสทดทสดนนเอง โดยเมอน าคากระแสไฟฟาท ไดจากกราฟไปค านวณสมประสทธการแพร (Diffusion coefficient, D) คา D สามารถค านวณไดจากสมการของ Randles Servcik ในสมการท 4.1 [17, 49] คาทไดแสดงดงตารางท 4.3

ip = 2.69 x 105 n3/2 AD1/2Cv1/2 4.1

โดยท ip คอ กระแสไฟฟาทจดสงสด (แอมแปร) n คอ จ านวนอเลกตรอนทเปลยนแปลงในปฏกรยา A คอ พนทหนาตดของขวไฟฟาท างาน (ตารางเซนตเมตร) D คอ คาสมประสทธการแพร (ตารางเซนตเมตรตอวนาท) C คอ ความเขมขนของอเลกโทรไลต (โมลตอลกบาศกเซนตเมตร) V คอ อตราการเปลยนคาความตางศกยไฟฟาในการวเคราะห (โวลตตอวนาท)

จากตารางท 4.3 แสดงคาสมประสทธการแพรของอเลกตรอนฟลมทงสเตนไตรออกไซดและฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด พบวา ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด ทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล มคาสมประสทธการแพรสงทสด คอ 1.24 x 10-9 ตารางเซนตเมตรตอวนาท เมอเปรยบเทยบกบฟลมทงสเตนไตรออกไซดทไมไดเจอโมลบดนมไตรออกไซด พบวา มคาสมประสทธการแพรเพยง 0.126 x 10-9 ตารางเซนตเมตรตอวนาท โดยเมอท าการเจอ

57

โมลบดนมไตรออกไซดเพมขนเปน 50 เปรเซนตโดยโมล พบวา มคาสมประสทธการแพรลดลง เทากบ 0.589 x 10-9 ตารางเซนตเมตรตอวนาท (ตวอยางการค านวณแสดงในรปท 2.13)

ตารางท 4.3 สมประสทธการแพรของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทสดสวนตางกน

จากการค านวณคาสมประสทธการแพร สามารถอธบายไดวา การทคาสมประสทธการแพรลดลงนน เกดจากการเคลอนทของอเลกตรอนทอยภายในโครงสรางของฟลมมการเคลอนทไดล าบาก ซงสงผลมาจากอนภาคของทงสเตนไตรออกไซดและโมลบดนมไตรออกไซดจบตวกนอยางหนาแนน เปนผลท าใหฟลมมการกระจายตวของอนภาคอยางไมสม าเสมอ (จากหวขอท 4.1.1 ถงหวขอท 4.1.5) และเมอท าการทดสอบสมบตการเปลยนแปลงสของฟลมทสงเคราะหได แสดงใหเหนวาปรมาณการเจอโมลบดนมไตรออกไซดทเหมาะสมทสด คอ 30 เปอรเซนตโดยโมล (จากตารางท 4.3) ปรมาณของสารเจอโมลบดนมไตรออกไซด ท าใหฟลมทงสเตนไตรออกไซดทมการเจอโมลบดนมไตรออกไซด เกดพนทผวและความขรขระของฟลมมาก และมการสมผสกบอเลกโทรไลตอยางทวถงกน จงท าใหสามารถปรบปรงประสทธภาพของฟลมทงสเตนไตรออกไซดไดดทสด เมอเทยบกบฟลมทงสเตนไตรออกไซดทไมไดเจอสารใดเลย

จากนน จงไดท าการศกษาสมบตการเปลยนแปลงสของฟลมในจ านวนรอบทเพมขน โดยเพมจ านวนรอบเปลยนแปลงสของฟลมเปนจ านวน 5 รอบ เพอศกษาแนวโนมอายการใชงานของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล (รปท 4.17) พบวา การเปลยนสของฟลมทงสเตนไตรออกไซดทไมไดเจอสารใดมความเสถยรของรอบการเปลยนสทมากกวาฟลมทเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล และสงผลท าใหความกวางของพคมแนวโนมลดลงเรอย ๆ เมอเพมจ านวนรอบใหสงขน อยางไรกตามฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล กลบพบวาการลดลงของ

ตวอยาง คาสมประสทธการแพร

(ตารางเซนตเมตรตอวนาท)

WO3 (0 %mol MoO3) 0.126 x 10-9

15 %mol MoO3-doped WO3 0.181 x 10-9

30 %mol MoO3-doped WO3 1.24 x 10-9

50 %mol MoO3-doped WO3 0.589 x 10-9

58

-25

-15

-5

5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1Curre

nt d

ensit

y (m

A/cm

2 )

Potential/ V vs. Ag/AgCl

พคมแนวโนมทนอยกวาและยงคงความกวางของพคทสงกวาฟลมทไมไดเจอโมลบดนมไตรออกไซด ซงแสดงใหเหนวาการเจอโมลบดนมไตรออกไซด ท าใหการเปลยนสของฟลมมประสทธภาพทดกวาฟลมทงสเตนไตรออกไซดทไมไดเจอสารใดเลย เนองจากพนทผวของฟลมมความขรขระเพมขน เมอมการเจอโมลบดนมไตรออกไซดเขาไป (จากหวขอท 4.1.3 ถงหวขอท 4.1.5)

รปท 4.17 ไซคลกโวลเทมโมแกรมในจ านวน 5 รอบการเปลยนสกลบไปกลบมา แสดงระหวาง (ก)

ฟลมทงสเตนไตรออกไซด และ (ข) ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการ

เจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล

ซงเมอไดผลจากการศกษาฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลแลว จงไดท าการศกษาเพมเตมโดยการน าทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด ทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล เจอรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณสดสวนการเจอ 0.1 ถง 0.9 เปอรเซนตโดยโมล เพอปรบปรงโครงสรางและความสามารถของสมบตการเปลยนแปลงสของฟลมใหดขน โดยศกษาผลของฟลมทมปรมาณสารเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทสดสวนตางกน จดมงหมายในการศกษา ตองการใหฟลมทมการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดรวมอยนน สงผลใหฟลมมการเปลยนสเขมขน จากผลทดสอบสมบตการเปลยนแปลงสของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด แสดงดงรปท 4.18

-25

-15

-5

5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1Curre

nt d

ensit

y (m

A/cm

2 )

Potential/ V vs. Ag/AgCl

(ก) (ข)

WO3 (0 %mol MoO3)

30 %mol MoO3

59

รปท 4.18 ไซคลกโวลเทมโมแกรมของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบการเจอดวยไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ (ก) 0.1 (ข) 0.3 (ค) 0.5 (ง) 0.7 และ (จ) 0.9 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ และ (ฉ) ไซคลกโวลเทมโมแกรมเปรยบเทยบของปรมาณโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณ 0 และ 30 เปอรเซนตโดยโมล ในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด

-25

-15

-5

5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1Curre

nt d

ensit

y (m

A/cm

2 )

Potential/ V vs. Ag/AgCl

-25

-15

-5

5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1Curre

nt d

ensit

y (m

A/cm

2 )

Potential/ V vs. Ag/AgCl

-25

-15

-5

5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1

Curre

nt d

ensit

y (m

A/cm

2 )

Potential/ V vs. Ag/AgCl

-25

-15

-5

5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1Curre

nt d

ensit

y (m

A/cm

2 )

Potential/ V vs. Ag/AgCl

-25

-15

-5

5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1Curre

nt d

ensit

y (m

A/cm

2 )

Potential/ V vs. Ag/AgCl

0.5 %mol Nb2O5

0.7 %mol Nb2O5

0.9 %mol Nb2O5

0.1 %mol Nb2O5

0.3 %mol Nb2O5

(ก) (ข)

(ค) (ง)

(จ)

-25

-15

-5

5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1Potential/ V vs. Ag/AgCl

WO3

30 %mol MoO3

(ฉ)

Curre

nt d

ensit

y (m

A/cm

2 )

60

-25

-15

-5

5

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1

Curre

nt d

ensit

y (m

A/cm

2 )

Potential/ V vs. Ag/AgCl

รปท 4.19 ไซคลกโวลเทมโมแกรมเปรยบเทยบผลของปรมาณไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.1 ถง 0.9 เปอรเซนตโดยโมล ในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล

จาก รปท 4.18 ก ถงรปท 4.18 จ พบวา ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด 30 เปอรเซนตโดยโมล ต าแหนงพคของกราฟทกวางกวาฟมลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซด 0.1 และ 0.3 เปอรเซนตโดยโมล จากนนท าการพจารณาฟลมทเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดเพมมากขนเปน 0.5 เปอรเซนตโดยโมล พคของกราฟกลบเพมสงขนกวาเดม มากกวาความกวางของพคฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด 30 เปอรเซนตโดยโมล จากนน ทดลองเพมปรมาณการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดใหมากขนอก 0.7 และ 0.9 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ กลบพบวา พคของกราฟทไดมความกวางทลดนอยลงเรอย ๆ แสดงวาความสามารถในการเปลยนแปลงสของฟลมนนดอยลง ซงเมอน าคากระแสทวดไดจากกราฟมาค านวณคาสมประสทธการแพร สามารถสงผล ท าใหเหนความแตกตางทไดชดเจนมากขน ดงแสดงในตารางท 4.4

0.1 %mol Nb2O5/ 30 %mol MoO3-doped WO3

0.3 %mol Nb2O5/ 30 %mol MoO3-doped WO3

0.5 %mol Nb2O5/ 30 %mol MoO3-doped WO3

0.7 %mol Nb2O5/ 30 %mol MoO3-doped WO3

0.9 %mol Nb2O5/ 30 %mol MoO3-doped WO3

61

ตารางท 4.4 สมประสทธการแพรของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทสดสวนตางกน

จากตารางท 4.4 สมประสทธการแพรของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด

ทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทสดสวนปรมาณการเจอ 0.1, 0.3, 0.5, 0.7 และ 0.9 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ พบวา เมอมการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดเขาไปในระบบ สงผลท าใหความสามารถในการเปลยนแปลงสของฟลมคอย ๆ เพมขน

ซงฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล มคาสมประสทธการแพรสงทสด คอ 1.93 x 10-9 ตารางเซนตเมตรตอวนาท เมอเปรยบเทยบกบฟลมของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบไนโอเบยม เพนทอกไซดทสดสวนปรมาณการเจอ 0.1 และ 0.3 เปอรเซนตโดยโมล ซงมคาสมประสทธการแพรเพยง 0.317 x 10-9 และ 0.351 x 10-9 ตารางเซนตเมตรตอวนาท ตามล าดบ โดยเมอท าการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดเพมขนเปน 0.7 และ 0.9 เปอรเซนตโดยโมล พบวา มคาสมประสทธการแพรลดลง เทากบ 0.309 x 10-9 และ 0.294 x 10-9 ตารางเซนตเมตรตอวนาท ตามล าดบ เนองจาก ไนโอเบยมเพนทอกไซดมชองวางของชวงแถบพลงงานเทากบ 3.4 ถง 4.0 อเลกตรอนโวลต [50] สงผลตอการเคลอนทของอเลกตรอนทอยภายในโครงสรางของฟลมทงสเตนไตรออกไซดมการเคลอนทไดคลองตวขน จากงานวจยของ M. Schmitt และ คณะ [50] รายงานวา ไนโอเบยมเพน ทอกไซดมสมบตอเลกโทรโครมกทดมการเปลยนแปลงของสกลบไปกลบมาไดจ านวน 5,000 รอบ ถงความหนาของฟลมจะมขนาด 180 นาโนเมตร จากงานวจยเมอท าการทดสอบสมบตการเปลยนแปลงสของฟลมทสงเคราะหได เมอมการเจอไนโอเบยมในสดสวนทเพมขน การเปลยนสของฟลมแสดงคาการสงผานแสงไดนอยลง (จากหวขอท 4.2.2) เนองจากอนภาคไนโอเบยมมการเกาะตวเปนกลมกอน การกระจายตวไมสม าเสมอ สงผลใหเกดการจบกลมกนบางบรเวณในทงสเตนไตร

ตวอยาง คาสมประสทธการแพร

(ตารางเซนตเมตรตอวนาท)

0.1 %mol Nb2O5/30 %mol MoO3 -doped WO3 0.317 x 10-9

0.3 %mol Nb2O5/30 %mol MoO3 -doped WO3 0.351 x 10-9

0.5 %mol Nb2O5/30 %mol MoO3 -doped WO3 1.93 x 10-9

0.7 %mol Nb2O5/30 %mol MoO3 -doped WO3 0.309 x 10-9

0.9 %mol Nb2O5/30 %mol MoO3 -doped WO3 0.294 x 10-9

62

ออกไซดทเจอโมลบดนมไตรออกไซด อนภาคทตรวจพบจบตวกน ลกษณะเปนกลมกอนเพมขน ท าใหฟลมมความขระขร เกดพนผวฟลมเพมขน (จากหวขอท 4.1.3 ถงหวขอท 4.1.5) สงผลตอการเคลอนทของอเลกตรอนสมผสกบอเลกโทรไลตอยางทวถงกนในระบบดขน อยางไรกตามการเจอดวยไนโอเบยมเพนทอกไซดแสดงใหเหนวาปรมาณการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทเหมาะสมทสด คอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล (จากตารางท 4.2) แตเมอเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดมากขน 0.7 และ 0.9 เปอรเซนตโดยโมลท าใหระบบเกดความแปรปรวนจากการรวมเกาะตวของอะตอมทงสเตนและโมลบดนม [43] (จากหวขอท 4.1.3) ซงการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซด สามารถปรบปรงประสทธภาพของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดได เมอเทยบกบฟลมทงสเตนไตรออกไซดทเจอดวยโมลบดนมไตรออกไซดเพยงอยางเดยว แตการเกาะตดของฟลมจะตองมการปรบปรงเทคนคการขนรปฟลมเพอใหฟลมตดแนนขนตอไป

4.2.2 การวเคราะหสมบตการสองผานแสงดวยเทคนค UV-Vis จากผลการวเคราะหเปอรเซนตคาการสองผานของแสงทไดจากฟลมทงสเตนไตรออกไซด

และฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทสดสวนการเจอตางกนนน สามารถท าไดโดยใชเทคนค UV-Vis โดยเปรยบเทยบการเปลยนแปลงของสฟลม คอ ทดสอบฟลมขณะเปลยนสจากภาวะใสไมมสเปนฟลมทมสน าเงน และวดคาหลงฟลมจางสกลบภายหลงการเกดส ในชวงความยาวคลนของแสงทตาของมนษยทวไปสามารถมองเหนได (Visible light) ระหวางความยาวคลน 380 ถง 730 นาโนเมตร ดงแสดงในรปท 4.20 พบวา ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด 30 เปอรเซนตโดยโมลนน เมอท าการวดคาความแตกตางการสองผานของแสงทไดจากฟลม ขณะทฟลมเกดการเปลยนส จากภาวะไมมสเปนสน าเงนและจางกลบส ใหคาความแตกตางการสงผานแสงเฉลยมากทสด คอ 44.04 เปอรเซนต และเมอเปรยบเทยบกบฟลมทงสเตนไตรออกไซดและฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด 15 และ 50 เปอรเซนตโดยโมล แสดงในตารางท 4.5 กลบใหคาความแตกตางการสองผานแสงเฉลย เทากบ 31.57, 32.88 และ 32.63 เปอรเซนต ตามล าดบ

63

0

50

100

380 480 580 680

% T

rans

mitt

ance

Wavelength (nm)

Bleached Colored 0

50

100

380 480 580 680

% T

rans

mitt

ance

Wavelength (nm)

Bleached Colored

0

50

100

380 480 580 680

% T

rans

mitt

ance

Wavelength (nm)

Bleached Colored 0

50

100

380 480 580 680

% T

rans

mitt

ance

Wavelength (nm)

Bleached Colored

ตารางท 4.5 คาความแตกตางเปอรเซนตการสองผานแสงเฉลยของฟลมทงสเตนไตรออกไซดและฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทสดสวนตางกน

รปท 4.20 คาการสองผานแสงในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด (ก) ฟลมทงสเตนไตรออกไซด แสดงผลการเจอโมลบดนมไตรออกไซด ทปรมาณการเจอ (ข) 15 (ค) 30 และ (ง) 50 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ

ตวอยาง การสองผานแสง (เปอรเซนต)

สภาวะจางส สถาวะเกดส ผลตางการสองผานของแสง

WO3 (0 %mol MoO3) 85.83 54.26 31.57

15 %mol MoO3-doped WO3 74.79 41.91 32.88

30 %mol MoO3-doped WO3 90.25 46.21 44.04

50 %mol MoO3-doped WO3 86.94 54.31 32.63

WO3 (0 %mol MoO3) 15 %mol MoO3

30 %mol MoO3 50 %mol MoO3

(ก) (ข)

(ค) (ง)

64

0

50

100

380 480 580 680

% T

rans

mitt

ance

Wavelength (nm)

Bleached Colored

รปท 4.21 คาการสองผานแสงเปรยบเทยบระหวางผลของปรมาณโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 0 ถง 50 เปอรเซนตโดยโมล ในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด

จากตารางท 4.5 แสดงคาความแตกตางเปอรเซนตการสองผานแสงในฟลมทงสเตนไตรออกไซดและฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทสดสวนตางกน พบวา คาความแตกตางเปอรเซนตการสองผานแสงทไดจากฟลมเพมขน เมอเจอดวยโมลบดนมไตรออกไซดเพมขนและกลบลดคาลงในล าดบตอมา เปนผลจากฟลมขณะท าการเรมตนทดสอบการเปลยนสนน ฟลมทเคลอบบนกระจกน าไฟฟาชนด ITO พนผวของฟลมเปนมอนภาคลกษณะขาวขนกระจายอยทวบรเวณ เกดจากการเกาะตวกนของอนภาคทงสเตนไตรออกไซดและโมลบดนมไตรออกไซด ท าใหฟลมทไดมลกษณะเรยบไมสม าเสมอ สงผลกระทบตอความเขมของสขณะการเปลยนเปนสน าเงนและความขนของฟลมขณะจางส ท าใหปรมาณแสงสามารถสองผานกระจกน าไฟฟาชนด ITO ไดนอย (หวขอท 4.1.3 ถง หวขอท 4.1.5)

จากนน ไดท าการน าฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทสดสวนตางกน วดคาการสองผานแสงเพอสงเกตคาความแตกตางของแสงทสองผานฟลมเปรยบเทยบระหวางฟลมทอยในสภาวะการเกดสโดยฟลมเปลยนสจากสภาวะไมมสเปนฟลมทมสน าเงน และฟลมสภาวะจางสกลบภายหลงการเกดส ในชวงความยาวคลนของแสง ระหวางความยาวคลน 380 ถง 730 นาโนเมตร ดงแสดงในรปท 4.22

15 %mol MoO3-doped WO3

30 %mol MoO3-doped WO3

50 %mol MoO3-doped WO3 WO3

65

พบวา ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบไนโอเบยม เพนทอกไซดทสดสวนตางกนนน เมอท าการวดคาความแตกตางการสองผานแสงทไดจากฟลม ขณะทฟลมเกดการเปลยนส จากสภาวะไมมสเปนสน าเงนและจางกลบสใหคาความแตกตางการสองผานแสงมากทสดเทากบ 33.58 เปอรเซนต นนคอ ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล แสดงในตารางท 4.6 และเมอเปรยบเทยบกบฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.1 และ 0.3 เปอรเซนตโดยโมล กลบใหคาความแตกตางการสองผานแสงเทากบ 20.81 และ 21.69 เปอรเซนต ตามล าดบ จากนนคาความแตกตางการสองผานแสงในฟลมลดลงเรอย ๆ เทากบ 20.18 และ 7.04 เปอรเซนต เมอท าการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดเพมขน 0.7 และ 0.9 เปอรเซนตโดยโมล

ตารางท 4.6 คาความแตกตางเปอรเซนตการสองผานแสงเฉลยของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทสดสวนตางกน

รปท 4.22 ก ถง รปท 4.22 จ แสดงผลการวเคราะหคาการสองผานแสงของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบการเจอดวยไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ (ก) 0.1 (ข) 0.3 (ค) 0.5 (ง) 0.7 และ (จ) 0.9 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ และรปท 4.23 แสดงผลการวเคราะหคาการสองผานแสงเปรยบเทยบระหวางผลของปรมาณไนโอเบยมเพนทอกไซดในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทสดสวนตางกน

ตวอยาง

30 %mol MoO3-doped WO3

การสองผานแสง (เปอรเซนต)

ภาวะจางส ภาวะเกดส ผลตางการสองผานของแสง

0.1 %mol Nb2O5 74.76 53.95 20.81

0.3 %mol Nb2O5 78.76 57.07 21.69

0.5 %mol Nb2O5 78.01 44.43 33.58

0.7 %mol Nb2O5 78.48 58.30 20.18

0.9 %mol Nb2O5 73.51 66.47 7.04

66

0

50

100

380 480 580 680

% T

rans

mitt

ance

Wavelength (nm)

Bleached Colored 0

50

100

380 480 580 680

% T

rans

mitt

ance

Wavelength (nm)

Bleached Colored

0

50

100

380 480 580 680

% T

rans

mitt

ance

Wavelength (nm)

Bleached Colored 0

50

100

380 480 580 680

% T

rans

mitt

ance

Wavelength (nm)

Bleached Colored

0

50

100

380 480 580 680

% T

rans

mitt

ance

Wavelength (nm)

Bleached Colored

รปท 4.22 คาการสองผานแสงของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบการเจอดวยไนโอเบยมเพนทอกไซด ทปรมาณการเจอ (ก) 0.1 (ข) 0.3 (ค) 0.5 (ง) 0.7 และ (จ) 0.9 เปอรเซนตโดยโมล ตามล าดบ

0.1 %mol Nb2O5 0.3 %mol Nb2O5

0.5 %mol Nb2O5 0.7 %mol Nb2O5

0.9 %mol Nb2O5

(ก) (ข)

(ค) (ง)

(จ)

67

รปท 4.23 คาการสองผานแสงเปรยบเทยบผลของปรมาณไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.1 ถง 0.9 เปอรเซนตโดยโมล ในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล

พบวา คาความแตกตางการสองผานแสงในฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมลรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดนน มคาแตกตางกนเพยงเลกนอยแตเมอเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดเพมขนทปรมาณการเจอ 0.9 เปอรเซนตโดยโมล พบวา คาการสองผานแสงของฟลมมคาทเทากบ 7.04 เปอรเซนต เนองจากฟลมทเคลอบบนกระจกน าไฟฟาชนด ITO นน มลกษณะขนเกดการเกาะรวมตวของอนภาคบนกระจกทสามารถสงเกตเหนไดอยางชดเจน ท าใหภาวะเรมตนของการวเคราะหคาการสองผานแสงของฟลมมคาคอนขางต า จากค านวณคาความแตกตางของเปอรเซนตการสองผานแสงทไดจากการวเคราะหดวยเทคนค UV-Vis ดงแสดงในตารางท 4.6

จากการวเคราะหคาความแตกตางการสองผานแสงของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด 30 เปอรเซนตโดยโมล มคามากทสดคอ 44.04 เปอรเซนต แตเมอท าการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดรวมดวยในปรมาณทแตกตางกน ท าใหคาการสองผานของแสงในฟลม มคาสงสดเพยง 33.58 เปอรเซนต ซงมคานอยลงจากเดม เนองจากการ ไนโอเบยมเพนทอกไซดไมสามารถละลายในโซลทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดไดหมด ท าใหเกดการเกาะตวกน

0

50

100

380 480 580 680

% T

rans

mitt

ance

Wavelength (nm)

Bleached Colored

0.1 %mol Nb2O5

0.3 %mol Nb2O5

0.5 %mol Nb2O5

0.7 %mol Nb2O5

0.9 %mol Nb2O5

68

เปนกลมกอน และการจบตวกนระหวาง ทงสเตนไตรออกไซด โมลบดนมไตรออกไซด และไนโอเบยมเพนทอกไซด สงผลท าใหเกดเปนอนภาคขนาดใหญเกดการกระจายตวอยบนฟลม (จากหวขอท 4.1.3 ถงหวขอท 4.1.4) สงผลใหฟลมทไดมลกษณะขาวขน โดยเมอเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดมากขนการจบตวเปนอนภาคนนเกดขนเปนจ านานมาก ท าใหฟลมมลกษณะขนเพมขน แสงจงสองผานไดนอย แมวาฟลมจะอยในภาวะจางส เปนผลจากสทคางเปลยนคนสภาวะเดมไดไมหมดและความขนของฟลมเรมตน เมอมการจางสจงท าใหเหนความแตกตางของสทเกดขนนอยลงซงเปนผลมาจากการทเกดสตกคางในบรเวณทมอนภาคเกาะรวมตวกนอยเปนจ านวนมาก ท าใหการกลบสไมสมบรณ ซงลกษณะการกระจายตวของธาตองคประกอบสามารถศกษาจากผลการวเคราะหดวยเทคนค SEM และ EDX (จากหวขอท 4.1.3 ถงหวขอท 4.1.4)

รปท 4.24 ภาพเปรยบเทยบการเปลยนแปลงของสฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล เมออยในสภาวะตาง ๆ (ก) กอนเปลยนส (ข) ขณะเกดการเปลยนส และ (ค) ขณะจางส ตามล าดบ

จากการศกษาลกษณะสของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล เมออยในสภาวะตาง ๆ คอ กอนเปลยนส ขณะเกดการเปลยนส และขณะจางส (รปท 4.24) พบวา กอนเปลยนสฟลมจะมลกษณะขาวขนเลกนอย เมอมการใหความตางศกย -1 โวลต พบวา ฟลมเปลยนสกระจกเปนสภาวะเกดสน าเงนซงสงเกตไดอยางชดเจน และเมอกลบคาความตางศกยเปน 1 โวลต ซงเปนคาทท าใหฟลมมการเปลยนแปลงกลบเปนสใสเหมอนเดม แตพบวาฟลมมการตกคางของสไมสามารถกลบสใหใสไดเชนเดม เมอพจารณาคาสมประสทธการแพรของฟลม (ตารางท 4.4) และคาเปอรเซนตการสองผานของแสง (ตารางท 4.6) จะเหนวา ฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล รวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.5 เปอรเซนตโดยโมล เปนฟลมทดทสดเมอเทยบกบการเจอดวยไนโอเบยมเพนทอกไซดในสดสวน

(ก) (ข) (ค)

69

ตางกน และการเปลยนแปลงสของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอดวยโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดในสดสวนอน มลกษณะการเปลยนสทคลาย ๆ กน

จากการวเคราะหสมบตอเลกโทรโครมกของฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอดวยโมลบดนมไตรออกไซดรวมกบไนโอเบยมเพนทอกไซดนน ผลการทดลองอธบายไดวา ฟลมทงสเตนไตรออกไซด เมอเจอดวยโมลบดนมไตรออกไซด 30 เปอรเซนตโดยโมล สงผลใหฟลมมประสทธภาพในการเปลยนสดทสด เมอเปรยบเทยบกบการเจอโมลบดนมไตรออกไซดในสดสวน 15 และ 50 เปอรเซนตโดยโมล จากการพจารณากราฟทแสดงผลการวเคราะหการเปลยนแปลงของสดวยเทคนคไซคลกโวลเทมเมทร ซงคาความหนาแนนของกระแสไฟฟาทวดไดสามารถน าไปค านวณหาสมประสทธการแพรของฟลม คาสมประสทธการแพรมากทสด เทากบ 1.24 x 10-9 ตารางเซนตเมตรตอวนาท เนองจาก การเจอโมลบดนมไตรออกไซด 30 เปอรเซนตโดยโมล ท าใหเพมความเปนผลกและความขรขระของฟลมทงสเตนไตรออกไซดโดยการเพมพนทผวสมผสสารอเลกโทรโลต เมอน าเอาสดสวนของการเจอโมลบดนมไตรออกไซดทเหมาะสมทสดไปท าการศกษาเพมเตม จากการศกษาผลของการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดรวมดวยเพอเพมประสทธภาพของฟลมนน พบวา การเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดเขาไป สงผลท าใหประสทธภาพของฟลมมคาทเพมขนแสดงคาเทากบ 1.93 x 10-9 ตารางเซนตเมตรตอวนาท แตหากพจารณาเสถยรภาพของฟลมเมอมการเจอไนโอเบยมเพนออกไซดเขาไป จากการวเคราะหการกระจายตว อนภาคเกดการจบตวกนเปนกลมกอน เกดรอยแตกราวบนแผนฟลม สงผลใหฟลมหลดลอกออกงายกวาเมอเทยบกบฟลมทไมมการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดเขาไปในระบบ

70

บทท 5

สรปผลและขอเสนอแนะ

5.1 บทสรป

งานวจยนไดท าการสงเคราะหฟลมทงสเตนไตรออกไซดเจอโมลบดนมไตรออกไซด ดวยวธโซล-เจล ขนรปดวยวธการจมเคลอบฟลม 1 ชนบนกระจกน าไฟฟาชนด ITO ซงแปรคาโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 15 ถง 50 เปอรเซนตโดยโมล เลอกคาเปอรเซนตการเจอโมลบดนมทดทสด โดยพจารณาจากการวเคราะหดวยเทคนค UV-Vis และทดสอบการเปลยนแปลงสดวยเทคนคไซคลก โวลเทมเมทรแบบรอบ จากนนจงศกษาการทดลองเพมประสทธภาพของฟลมทมสมบตอเลกโทรโครมก โดยการเจอไนโอเบยมเพนทอกไซดซงแปรคาไนโอเบยมเพนทอกไซดทปรมาณการเจอ 0.1 ถง 0.9 เปอรเซนตโดยโมล พบวา ฟลมทงสเตนไตรออกไซดทมการเจอดวยโมลบดนมไตรออกไซดทปรมาณการเจอ 30 เปอรเซนตโดยโมล เปนฟลมทมการเปลยนสและจางสดทสดจากคาสมประสทธการแพรสงทสดเทากบ 1.24 x 10-9 ตารางเซนตเมตรตอวนาท และคาความแตกตางการสองผานแสงอยท 44 เปอรเซนต ฟลมมโครงสรางเปนผลก ซงทงสเตนไตรออกไซดมลกษณะโครงสรางผลกแบบโมโนคลนกและโมลบดนมไตรออกไซดมลกษณะโครงสรางผลกแบบเฮกซะโกนอล พจารณาลกษณะพนผวของฟลมมความขรขระใกลเคยงกน จากนนไดน าสดสวนการเจอดวยโมลบดนมทดทสดเจอรวมกบไนโอเบยมเพน ทอกไซดเพอเพมประสทธภาพการเปลยนสของฟลม พบวา จากการวเคราะหโครงสรางกลบไมปรากฏโครงสรางผลกของไนโอเบยมเพนทอกไซด การเจอดวยไนโอเบยมเพนทอกไซดท 0.5 เปอรเซนตโดยโมล เปนปรมาณทมคาสมประสทธการแพรสงทสดเทากบ 1.93 x 10-9 ตารางเซนตเมตรตอวนาท แตการเจอดวยไนโอเบยมเพนทอกไซด ท าใหคาความแตกตางการสองผานแสงลดลงเหลอประมาณ 33 เปอรเซนต เนองจาก อนภาคไนโอเบยมเพนทอกไซดเกดการเกาะตวกนเปนกลมกอน การกระจายตวไมสม าเสมอ และท าใหฟลมมลกษณะทบแสงมากขน และฟลมมรอยแตกมาก เกาะตดผวกระจกไมแนน

5.2 ขอเสนอแนะ

1. หาภาวะทเหมาะสมของการเตรยมโซลและการควบคมกระบวนการขนรปฟลมดวยวธการ

จมเคลอบ สงผลใหฟลมทไดมความเรยบสม าเสมอ และมเสถยรภาพ

2. ควรศกษาจ านวนรอบในการทดสอบประสทธภาพการเปลยนสกลบไปมาของฟลมท

เพมขน โดยการวเคราะหดวยดวยเทคนคไซคลกโวลเทมเมทรแบบรอบ

3. ควรศกษาอทธพลของความหนาของฟลม ทมผลตอสมบตอเลกโทรโครมก

71

เอกสารอางอง

[1] B. Kattou, Y. E. Eli, A. Siegman and G. L. Frey, “Hybrid mesostructured electrodes

for fast-switching proton-based solid state electrochromic devices,” Journal of

materials Chemistry, vol. 1, pp. 151-159, 2013.

[2] T. He and J. Yao, “Photochromism in composite and hybrid materials based on

transition-metal oxides and polyoxometalates,” Progress in Materials Science, vol.

51 (6), pp. 810-879, 2006.

[3] P. Jittiarporn, L. Sikong, K. Kooptarnond, W. Taweepreda, S. Stoenescu, S. Badilescu

and V. V. Truong, “Electrochromic properties of MoO3-WO3 thin films prepared by a

sol-gel method, in the presence of a triblock copolymer template,” Surface and

Coatings Technology, vol. 327, pp. 66-74, 2017.

[4] W.Tang, L. Liu, S. Tian, L. Li, Y. Yue and Y. Wu, “Aqueous supercapacitors of high

energy density based on MoO3 nanoplates as anode material,” Chemical

communications, vol. 47 (36), pp. 10058-10060, 2011.

[5] Y. Zhao, X. Zhou, L. Ye and S. C. Edman, “Nanostructured Nb2O5 Catalysts,” Nano Reviews & Experiments, vol. 3 (1), pp. 1-11, 2012.

[6] E. Pehlivan, F. Z. Tepehan and G. G, Tepehan, “Electrochromic properties of

undoped and doped Nb2O5 thin films,” Electrochromic Materials and Applications,

vol. 17, pp. 49-55, 2003.

[7] S. S. Mahajan, S. H. Mujawar, P. S. Shinde, A. I. Inamdar, P. S. Patil, “Structural, optical and electrochromic properties of Nb-doped MoO3 thin films,” Applied Surface Science, vol. 254, pp. 5895-5898, 2008.

[8] L. Zheng, Y. Xu, D. Jin and Y. Xie, “Novel metastable hexagonal MoO3 nanobelts

synthesis protochromic and electrochromic properties,” Chemistry of Materials,

vol. 21 (23), pp. 5681-5690, 2009.

[9] P. Bamfield and M. G. Hutching, “Chromic Phenomena Technological Applications

of Colour Chemistry,” The Royal Society of Chemistry, vol. 2, pp. 9-125, 2010.

72

[10] P. Bunpean, “study of electrochromism of WO3 film prepared by magnetron sputtering,” Master degree, Physics King Mongkut’s Institute of Technology Thonburi, 2005.

[11] กมล เอยมพนากจ, “การทบทวนสมบตอเลกโตรโครมคของฟลมทงสเตนไตรออกไซดส าหรบการประยกตใชเปนหนาตางอจฉรยะ,” วารสารวทยาศาสตรและเทคโนโลย, ฉบบ 2, หนา 178-185. 2555.

[12] P. Yang, P. Sun and W. Mai, “Electrochromic energy storage devices,” Materials today, vol. 19 (7), pp. 394-402, 2016.

[13] S. Suwanboon, “Synthesis and properties of nano-materials” Prince of Songkla University, 2013.

[14] B. Samiey, C. H. Cheng and J. Wu, “Organic-inorganic hybrid polymer as adsorbents for removal of heavy metal ions from solution: A review,” Material, vol. 7 (2), pp. 673-726, 2014.

[15] B. Kim, J. Portier, N. Park and G. Campet, “Synthesis of hybrid electrochromic material based on tungsten oxide,” Active and Passive Electronic Component, vol. 22 (2), pp. 133-146, 1999.

[16] C. Chanthad, “Preparation of tungsten oxide thin film by sol-gel technique,” Master

degree, Materials Technology, King Mongkut’s University of technology Thonburi,

2003.

[17] ธนศาสตร สขศรเมอง, “การวเคราะหสมบตทางเคมไฟฟาไซคลกโวลแทมเมตทร ,” Materials

characterization, ศนยเทคโนโลยโลหะและวสดแหงชาต, หนา. 76-79, 2548.

[18] P. Thawaisub, “Fabrication of tungsten oxide thin film towards smart window application,” Master degree, Physics King Mongkut’s University of Technology Thonburi, 2011.

[19] H. J. Butt, B. Cappella and M. Kappl, "Force measurements with the atomic force microscope: Technique, interpretation and applications," Surface Science Reports, vol. 59, pp. 1-152, 2005.

[20] J. Zhang, J. P. Tu, D. Zhang, Y. Q. Qiao, X. H. Xia and X. L. Wang, “Multicolor

electrochromic polyaniline-WO3 hybrid thin films: One-pot molecular assembling

synthesis,” Journal of Materials Chemitry, vol. 201 (43), pp. 17316-17324, 2011.

73

[21] S. Rojebuathong, “Study of electrochromic effect of tungsten oxide prepared by electron-beam evaporation,” Master degree, Physics King Mongkut’s University of Technology Thonburi, 2004.

[22] C. G. Granqvist, “Electrochromic tungsten oxide films: review of progress 1993-1998,” Solar Energy Materials and Solar Cell, vol. 60, pp. 201-262, 2000.

[23] S. Deb and J. Choorian, “Optical properties and color-center formation in thin films of molybdenum trioxide,” Journal of Applied Physics, vol. 37, pp. 4818-4825, 1966.

[24] T. He and J. Yao, “Photochromism of molybdenum oxide,” Journal of Photochemistry and Photobiology: Photochemistry Reviews, vol. 4 (2) , pp. 125-143, 2003.

[25] T. Ivanova, K. A. Gesheva and A. Szekeres, “Structure and optical properties of CVD molybdenum oxide films for electrochromic application,” Journal of Electrochem, vol. 7 (1), pp. 21-24, 2002.

[26] P. K. Biswas, N. C. Pramanik, M. K. Mahapatra, D. Ganguli and J.Livage, “Optical and electrochromic properties of sol-gel WO3 films on conducting glass,” Materials Letters, vol. 57 (28), pp. 4429-4432, 2003.

[27] A. Patra, K. Auddy, D. Ganguil, J. Livage and P. K. Biswas, “Sol-gel electrochromic WO3 coatings on glass,” Materials Letters, vol. 58 (6), pp. 1059-1063, 2004.

[28] S. Jiebing and X. Rui, “Preparation and characterization of molybdenum oxide thin films by sol-gel process,” Journal of Sol-Gel and Technology, vol. 27 (3), pp. 315-319, 2003.

[29] Q. Fu, J. Chen, C. Shi and D. Ma, “Room-Temperature Sol–Gel Derived Molybdenum Oxide Thin Films for Efficient and Stable Solution-Processed Organic Light-Emitting Diodes,” Applied Materials and Interfaces, vol. 5 (13) , pp. 6024–6029, 2013.

[30] D. V. Ahire, S. D. Shinde, G. E. Patil, K. K. Thakur, V. B. Gaikwad, V. G. Wagh and G. H. Jain, “Preparation of MoO3 thin films by spray pyrolysis and ITS gas seneing performance,” International Journal on Smart Sensing and Intelligent systems, vol. 5 (3), pp. 592-605, 2012.

74

[31] E. D. Costa, C. O. Avellaneda and A. Pawlicka, “Alternative Nb2O5-TiO2 thin filmsfor electrochromic devices,” Journal of Materials Science, vol. 36 (6), pp. 1407-1410, 2001.

[32] A. V. Rosario and E. C. Pereira, “Optimisation of the electrochromic properties of Nb2O5 thin films produced by sol–gel route using factorial design,” Solar Energy Materials & Cells, vol. 71, pp. 41-50, 2002.

[33] N. Ozer, T. Barreto, T. Buyuklimanli and C. M. Lampert, “Characterization of sol-gel deposited niobium pentoxide films for electrochromic devices,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 36, pp. 433-443, 1995.

[34] M. Ristic, S. Popovic and S. Music, “Sol–gel synthesis and characterization of Nb2O5 powders,” Materials Letter, vol. 58 (21), pp. 2658-2663, 2004.

[35] L. Melo, C. O. Avellaneda, R. Caram, E. Sichieri and A. Pawlicka, “Electrochromic properties of sol-gel coating of Nb2O5 and Nb2O5:Li+,” Materials Research, vol. 5, pp. 43-46, 2002.

[36] K. Yoshimur, T. Miki, S. Iwama and S. Tanemura, “Characterization of niobium oxide electrochromic thin films prepared by reactive d.c. magnetron sputtering,” Thin Solid Films, vol. 281-282, pp. 235-238, 1996.

[37] C. O. Avellaneda and A. Pawlicka, “Two methods of obtaining sol-gel Nb2O5 thin films for electrochromic devices,” Journal of materials science, vol. 33 (8), pp. 2181-2185, 1998.

[38] S. Papaefthimiou, G. Leftheriotis and P. Yianoulis, “Study of electrochromic cells incorporating WO3, MoO3, WO3-MoO3 and V2O5 coatings,” Thin Solid Films, vol. 343, pp. 183-186, 1999.

[39] M. Schmitt and M. A. Aegerter, “Electrochromic properties of Nb2O5 and Nb2O5 : X sol-gel coatings (X=Sn,Zr,Li,Ti,Mo),” Materials Research, vol. 3788, pp. 93-102, 1999.

[40] L. Noerochim, J. Wang, D. Wexler, Z. Chao and H. Liu, “Rapid synthesis of free-standing MoO3/graphene films by the microwave hydrothermal method as cathode for bendable lithium batteries,” Journal of Power Sources, vol. 228, pp. 198-205, 2013.

75

[41] K. Sheng, H. Bai, Y. Sun, C. Li and G. Shi, “Layer-by-layer assembly of graphene/polyaniline multilayer films and their application for electrochromic devices,” Polymer, vol. 52 (24), pp. 5567-5572, 2011.

[42] Y. Zhang, S. Kuai, Z. Wang and X. Hu, “Preparation and electrochromic properties of Li-doped MoO3 films fabricated by the peroxo sol–gel process,” Applied Surface Science, vol. 165 (1), pp. 56-59, 2000.

[43] A. V. Rosario and E. C. Pereira, “Lithium insertion in TiO2 doped Nb2O5 electrochromic thin films,” Electrochimica Acta, vol. 46 (12), pp. 1905-1910, 2001.

[44] C. Wang, D. Sahu, S. Wang and J. Huang, “Electrochromic Nb-doped WO3 films: Effects of post annealing,” Ceramics International, vol. 38 (4), pp. 2829-2833, 2012.

[45] R. Romero, E. A. Dalchiele, F. Martin, D. Leinen and J. R. Ramos-Barrado, “Electrochromic behaviour of Nb2O5 thin films with different morphologies obtained by spray pyrolysis,” Solar Energy Cells, vol. 93 (2), pp. 222-229, 2009.

[46] C. L. Wu, C. K. Wang, C. K. Lin, S. C. Wang and J. L. Huang, “Electrochromic properties of nanostructured tungsten oxide films prepared by surfactant-assisted sol-gel process,” Surface and Coatings Technology, vol. 231, pp. 403-407, 2013.

[47] K. Paipitak, W. Techitdheera, S. Porntheeraphat and W.Pecharapa, “Influence of Ti

and Zn dopants on structural properties electrochromic performance of sol-gel

derived WO3 thin films,” Energy Procedia, vol. 34, pp. 689-696, 2013.

[48] L. Bertus, C. Faure, A. Danine, C. Labrugere, G. Campet and A. Rougier, “Synthesis

and characterization of WO3 thin films by surfactant assisted spray pyrolysis for

electrochromic applications,” Materials Chemistry and Physics, vol. 140 (1), pp.

49-59, 2013.

[49] H. Soliman, A. Kashyout, M. S. E. Nouby and A. Abosehly, “Effect of hydrogen

peroxide and oxalic acid on electrochromic nanostructured tungsten oxide thin

film,” International Journal of Electrochemical Science, vol. 7, pp. 258-271, 2012

[50] M. Schmitt and M. A. Aegerter, “Electrochromic properties of pure and doped

Nb2O5 coatings and devices,” Electrochimica Acta, vol. 46 (13-14), pp. 2105-2111,

2001

76

[51] L. Zheng, Y. Xu, D. Jin and Y. Xie, “Novel metastable hexagonal MoO3 nanobelts synthesis protochromic and electrochromic properties,” Chemistry of Materials, vol. 21 (23), pp. 5681-5690, 2009

[52] http://www.siding-windows.com/uncategorized/smart-windows สบคนเมอ 23/10/2016 [53] https://www.scribd.com/document/100482497/Chromism สบคนเมอ 16/09/2017 [54] http://www.kmutt.ac.th/hynae/วสดเปลยนสได สบคนเมอ 05/12/2016 [55] http://dyesolarcells-kku.blogspot.com/2009/04/dye-sensitized-solar-cells.html สบคน

เมอ 19/06/2018 [56] http://en.wikipedia.org/wiki/Tungsten_trioxide สบคนเมอ 24/01/2016 [57] https://www.nature.com/articles/srep09910 สบคนเมอ 18/02/2018 [58] http://www.kmutt.ac.th/hynae/ความรพนฐานในการเตรยมวสดนาโน สบคนเมอ 26/08/2017 [59] http://urrjaa.blogspot.com/2013/08/cyclic-voltammetry-urrjaa-p0110-2013.html สบคน

เมอ 12/07/2018 [60] http://www.bank-ic.de/encms/knowhow/1_cvundsquarewavevoltammetrie สบคน

เมอ 21/05/2018 [61] http://www.sec.psu.ac.th/facilities.php สบคนเมอ 22/05/2018 สบคนเมอ 29/05/ 2018

77

ภาคผนวก

78

เอกสารการเผยแพรผลงานในการประชมทางวชาการ

ชอเรองผลงานทน าเสนอ The electrochromic property of MoO3/WO3

nanocomposite films

ชอหนวยงานทจดงานประชม 2018 the 2nd International Conference on

Materials Engineering and Nano Sciences

ระยะเวลา และสถานทจดการประชม Think Tank, The Jockey Club Innovation Tower

School of Design, The Hong Kong Polytechnic

University, Hong Kong during 11-13 January

2018.

79

80

ประวตผเขยน

ชอ สกล วาทรอยตรสรชย ไชยชนะ

รหสประจ าตวนกศกษา 5610120079

วฒการศกษา

วฒ ชอสถาบน ปทส าเรจการศกษา

วศวกรรมศาสตรบณฑต มหาวทยาลยสงขลานครนทร 2554

(วศวกรรมวสด)

ทนการศกษา (ทไดรบระหวางการศกษา)

- ทนศษยกนกฏ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร

- ทนอดหนนวจยเพอวทยานพนธ บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยสงขลานครนทร

เอกสารการตพมพเผยแพรผลงานวจย

- S. Chaichana, L. Sikong, K. Kooptarnond and K. Chetpattananondh, “The

electrochromic property of MoO3/WO3 nanocomposite films”, Materials Science and

Engineering, Vol. 378, pp. 1-7, 2018.