synthesis and photocatalytic property of metal oxide film...

รายงานวจยฉบบสมบรณ ทนอดหนนการวจย งบประมาณเงนรายได (เงนอดหนนจากรฐบาล)

มหาวทยาลยบรพา ประจ าปงบประมาณ พ.ศ. ๒๕๕๗

โครงการวจย การสงเคราะหฟลมโลหะออกไซดผสม เพอคณสมบตการกระตนดวยแสงส าหรบใชในงานกระจกไรคราบ

Synthesis and photocatalytic property of metal oxide film for self-cleaning glass application

โดย

รองศาสตราจารย ดร. เอกรตน วงษแกว ภาควชาวศวกรรมเคม คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยบรพา

ก

บทคดยอ

งานวจยนเปนการศกษาผลกระทบของซงคออกไซดตอคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดของฟลมไททาเนยมไดออกไซด และซลกา สารละลายโลหะออกไซดผสมเตรยมดวยวธโซลเจลและขนรปฟลมโลหะออกไซดผสมบนกระจกสไลดดวยวธการจมเคลอบ ตวแปรทศกษาคอ ปรมาณซงคออกไซดทรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยนาหนก ไททาเนยมไดออกไซดคงทรอยละ 30 โดยนาหนก ฟลมบางโลหะออกไซดผสมทไดถกนาไปวเคราะหคณสมบตทางกายภาพ คอ ความขรขระ ความขรขระของฟลมขนอยกบปรมาณซงคออก-ไซด เมอเตมซงคออกไซดรอยละ 5 โดยนาหนก ฟลมมคาความขรขระ 0.726 นาโนเมตร เมอโดปซงคออกไซดปรมาณมากขน ทรอยละ 20 โดยนาหนกพบวามคาความขรขระ 2.128 นาโนเมตร เมอทาการวเคราะหสมบตทางแสงของฟลมดวยเครอง UV-Vis spectrophotometer โดยใชเทคนคการสองผานแสงทความยาวคลน 550 นาโนเมตร พบวาฟลมทเตรยมไดจากทก ๆ เงอนไข มการสองผานแสงในชวงแสงสขาวสงกวารอยละ 90 นาผลการวเคราะหคาการสองผานแสงไปคานวณคาชองวางแถบพลงงานของฟลม พบวามคาลดลงเหลอประมาณ 2.47 อเลกตรอนโวลต ฟลมทไดทงหมดถกแยกเปน 2 ชด ชดท 1 นาไปกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต ชดท 2 นาไปกระตนดวยแสงสขาว ระยะเวลากระตน 5 ชวโมง หลงจากกระตน ฟลมจะถกแยกเกบไวในกลองมดทควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 และกลองมดทไมมการควบคมความชนสมพทธ ฟลมทกสภาวะจะถกวดคามมสมผสของหยดนาทกวน โดยเมอวดเสรจจะตองเกบไวในกลองมดเสมอ ผลการทดลองพบวาจากการกระตนดวยแสงชนดตาง ๆ เพยง 1 ครง ฟลมบางไททาเนยมไดออกไซด และซลกา ทโดปดวยซงคออกไซดปรมาณรอยละ 5 โดยนาหนก เกบในกลองมดทควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 ตอบสนองตอคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด โดยมคามมสมผสของหยดนาอยในชวง 0–5 องศา ไดระยะเวลานานกวาเงอนไขอน โดยสามารถคงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดไดนาน 3 วน ทงนเนองจากฟลมมคาชองวางแถบพลงงาน 2.41 อเลกตรอนโวลต และมคาความขรขระของผวฟลมนอยทสด คาสาคญ : ฟลมโลหะออกไซดผสม, กระบวนการโซลเจล, วธการจมเคลอบ, ไฮโดรฟลกยงยวด, คาชองวางแถบพลงงาน, ซงคออกไซด

ข

Abstract

This work aims to study the effect of ZnO containing in TiO2/SiO2 film on the superhydrophilic property after exposed to different types of light. The metal solutions were prepared by sol gel technique and the film was deposited on glass slides by dip coating method. The parameter studied was the amount of ZnO in the TiO2/SiO2 film. The contents of ZnO were 5-20% weight (increased by 5%). The amount of TiO2 was constant at 30% weight. The obtained films were analyzed for their roughness. The results indicated that film roughness changed according to the ZnO contents. With 5%ZnO in the thin film, the roughness was 0.726 nm while 20%ZnO obtained the roughness of 2.128 nm. UV-Vis spectrophotometer was used for measuring of transmittance of films. At wavelength of 550 nm, the transmittances of every film was greater than 90%. Band gap energy of each film was calculated from the transmittance data. It was found that the average band gap energy of the films was 2.47 eV. Then, the films contained various amount of ZnO were grouped into 2 sets. The first set was exposed to visible light while the other set was exposed to UV. The duration of exposure was 5 hr. Both sets of films after exposed to any light were kept in a black box controlled relative humidity of 85%. Each film was measured contact angle every day. It was found that the 30%TiO2/5%Zn/SiO2 film exposed to visible light showed the best superhydrophilic property. The contact angle was about 0-5° within 3 days. This may due to the reduction of band gap energy in the presence of ZnO in TiO2/SiO2 films to 2.41 eV and the roughness of the film.

Keywords: Mixed oxide film, Sol gel, Dip coating, Superhydrophilicity, Band gap energy, ZnO

ค

กตตกรรมประกาศ

งานวจยนไดรบการสนบสนนเงนทนวจยไดรบการสนบสนนจาก ทนอดหนนการวจยงบประมาณเงนรายได (เงนอดหนนจากรฐบาล) มหาวทยาลยบรพา ประจ าปงบประมาณ ๒๕๕๗ ตามสญญาเลขท ๑๐๗/๒๕๕๗ โครงงานวจย เรอง “การสงเคราะหฟลมโลหะออกไซดผสม เพอคณสมบตการกระตนดวยแสงส าหรบใชในงานกระจกไรคราบ” ซงเปนโครงการวจยทมระยะเวลาด าเนนงาน ๒ ป โดยรายงานนเปนผลงานวจยฉบบสมบรณในปท ๒ ผวจยขอแสดงความขอบคณมา ณ. ทนดวย

ง

สารบญ หนา บทคดยอภาษาไทย ก บทคดยอภาษาองกฤษ ข กตตกรรมประกาศ ค สารบญ ง สารบญรป ฉ สารบญตาราง ญ บทท 1 บทน า 1.1 บทน า 1 1.2 วตถประสงค 3 1.3 ขอบเขตการท างานวจย 3 1.4 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 3 บทท 2 ทฤษฏและงานวจยทเกยวของ 2.1 วสดนาโน (Nanometerial) 5 2.2 การสงเคราะหวสดในระดบนาโน 6

2.2.1 วธการสงเคราะหจากการท าปฏกรยาในสถานะกาซ 6 2.2.2 วธการสงเคราะหอนภาคนาโนโดยการยอยอนภาคขนาดใหญ 9 2.2.3 วธการสงเคราะหจากการท าปฏกรยาในสถานะของเหลว 9

2.3 การเคลอบฟลม (Coating) 16 2.4 ไททาเนยมไดออกไซด 17 2.5 ซงคออกไซด 19 2.6 การท างานรวมกนของไททาเนยมไดออกไซดกบซงคออกไซด 20 2.7 กระบวนการไฮโดรฟลก (Hydrophilic Process) 20

2.8 การวเคราะหคณสมบตของผงโลหะออกไซดดวยเครองเอกซเรย 20 ดฟแฟรคชนเทคนคการเลยวเบนของรงสเอกซ (X-ray Diffraction; XRD) 2.9 การศกษาพนผวของผงโลหะออกไซดจากกลองจลทรรศน 21 อเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscope, SEM)

2.9.1 การวเคราะหหาองคประกอบของผงโลหะออกไซดจากเครอง 23 Energy Dispersive X-ray Microanalysis (EDX)

2.10 การวเคราะหพนผวฟลมดวยกลองจลทรรศนแรงอะตอม 24 2.11 การวดมมสมผสดวยเครองวดมมสมผส 24

จ

สารบญ (ตอ)

หนา

2.12 คามมสมผส 25 2.13 ความชนสมพทธ 26 2.14 รายงานวจยทเกยวของ 27

บทท 3 อปกรณและวธการทดลอง 3.1 สารเคม 29 3.2 เครองมอและอปกรณ 30 3.3 วธการทดลอง 30 3.3.1 การเตรยมสารละลาย 30 3.3.2 การเคลอบฟลมบาง 31 3.4 แผนการทดลอง 32 บทท 4 ผลการทดลองและอภปรายผลการทดลอง

4.1 คณลกษณะทางกายภาพของโลหะออกไซดผสม 33 4.1.1 รปแบบผง 33 4.1.2 รปแบบฟลมบาง 39 4.2 คณสมบตเฉพาะของฟลม 43 4.2.1 การวเคราะหสมบตทางแสง 43

4.2.2 การวเคราะหคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด 45

บทท 5 ผลการสรปผลการด าเนนงานและขอเสนอแนะ 56 แบบสรปผบรหาร 58 บรรณานกรม 59 ภาคผนวก 62

ฉ

สารบญรป หนา รปท 2.1 แสดงลกษณะการเรยงตวของอะตอมใน (ก) ศนยมต 6

(ข) หนงมต (ค) สองมต (ง) สามมต

รปท 2.2 แสดงวธการสงเคราะหจากการท าปฏกรยาในสถานะกาซ 7

รปท 2.3 แสดงวธการสงเคราะหแบบไอเคม 8 รปท 2.4 แสดงวธการสงเคราะหอนภาคนาโนโดยการยอยอนภาคขนาดใหญ 9 รปท 2.5 แสดงวธการสงเคราะหแบบรเวอรสไมเซลล 10 รปท 2.6 ผงวธโซล-เจล 11 รปท 2.7 การเกดเปนวงและโซของไบฟงกชนนลโมโนเมอร 13 รปท 2.8 การเกดกงของโพลฟงกชนนลโมโนเมอร 13 รปท 2.9 กลไกการเกดปฏกรยาไฮโดรไลซสในสภาวะทใชกรดเปนตวเรงปฏกรยา 15

ของ TEOS รปท 2.10 กลไกการเกดปฏกรยาไฮโดรไลซสในสภาวะทใชดางเปนตวเรงปฏกรยา 15

ของ TEOS รปท 2.11 การเตบโตของโพลเมอรและการเกดเจล 15 รปท 2.12 แสดงขนตอนการเคลอบแบบจม 17 รปท 2.13 โครงสรางผลกของไททาเนยมไดออกไซด แบบ (a) บรคไคท (Brookite) 18

(b) อนาเทส (Anatase) (c) รไทล (Rutile) รปท 2.14 กลไกการเกดไฮโดรฟลกยงยวดเมอถกกระตนดวยแสงของ 20

ไททาเนยมไดออกไซด รปท 2.15 แสดงการท างานของกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด 22 รปท 2.16 แสดงกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด LEO รนLEO 1450 VP 22 รปท 2.17 แสดงเครองวดมมสมผส 25 รปท 2.18 แสดงการวดมมสมผสของหยดน าบนพนผวของกระจก 25 รปท 2.19 แสดงคามมสมผสของหยดน า 26 รปท 4.1 รปแบบ XRD ของสารตวอยาง 30%TiO2/SiO2/ZnO 34

(ก) 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO (ข) 30%TiO2/60%SiO2/10%ZnO (ค) 30%TiO2/55%SiO2/15%ZnO (ง) 30%TiO2/50%SiO2/20%ZnO

รปท 4.2 ภาพถายจากเครอง SEM แสดงผงโลหะออกไซดทเตรยมโดยวธโซลเจล 35 (ก) 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO (ข) 30%TiO2/60%SiO2/10%ZnO (ค) 30%TiO2/55%SiO2/15%ZnO (ง) 30%TiO2/50%SiO2/20%ZnO

ช

สารบญรป (ตอ) หนา รปท 4.3 กราฟแสดงองคประกอบของธาตในสาร 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO 36

และ ผลวเคราะหปรมาณองคประกอบของธาตจากเครอง EDX รปท 4.4 กราฟแสดงองคประกอบของธาตในสาร 30%TiO2/60%SiO2/10%ZnO 36



และ ผลวเคราะหปรมาณองคประกอบของธาตจากเครอง EDX รปท 4.7 ภาพถายจากเครอง SEM แสดงลกษณะของฟลมบางทเตรยมโดยวธโซลเจล 39

(ก) 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO (ข) 30%TiO2/60%SiO2/10%ZnO (ค) 30%TiO2/55%SiO2/15%ZnO (ง) 30%TiO2/50%SiO2/20%ZnO

รปท 4.8 กราฟแสดงองคประกอบของธาตในสาร 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO 40 และผลวเคราะหปรมาณองคประกอบของธาตจากเครอง EDX




รปท 4.12 แสดงภาพถายสามมตจาก AFM ของฟลมบางโลหะออกไซดผสม 42 (ก) กระจกเปลา (ข) 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO (ค) 30%TiO2/60%SiO2/10%ZnO (ง) 30%TiO2/55%SiO2/15%ZnO (จ) 30%TiO2/50%SiO2/20%ZnO

รปท 4.13 กราฟแสดงความสมพนธระหวาง 2hv กบคาพลงงานโฟตอน 44 ของฟลมบางไททาเนยมไดออกไซด และซลกา ทโดปดวยซงคออกไซด

รปท 4.14 แสดงภาพลกษณะของหยดน าบนกระจกทเคลอบดวยฟลม โดยไมมการ 46 กระตนดวยแสง (ก) 30%TiO2, 65%SiO2 และ 5%ZnO (ข) 30%TiO2, 60%SiO2 และ 10%ZnO (ค) 30%TiO2, 55%SiO2 และ 15%ZnO (ง) 30%TiO2, 50%SiO2 และ 20%ZnO

ซ

สารบญรป (ตอ) หนา รปท 4.15 แสดงภาพลกษณะของหยดน าบนกระจกเคลอบฟลมบาง 46

30%TiO2, 65%SiO2 และ 5%ZnO (ก) การกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต (ข) หลงจากการกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 (ค) การกระตนดวยแสงสขาว (ง) หลงจากการกระตนดวยแสงสขาว และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85

รปท 4.16 แสดงภาพลกษณะของหยดน าบนกระจกเคลอบฟลมบางประกอบดวย 47 30%TiO2, 60%SiO2 และ10%ZnO (ก) กระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต (ข) หลงจากการกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 (ค) กระตนดวยแสงสขาว (ง) หลงจากการกระตนดวยแสงสขาว และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85

รปท 4.17 แสดงภาพลกษณะของหยดน าบนกระจกเคลอบฟลมบาง 48 30%TiO2, 55%SiO2 และ15%ZnO (ก) การกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต (ข) หลงจากการกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 (ค) กระตนดวยแสงสขาว (ง) หลงจากการกระตนดวยแสงสขาว และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85

รปท 4.18 แสดงภาพลกษณะของหยดน าบนกระจกเคลอบฟลมบาง 48 30%TiO2, 50%SiO2 และ20%ZnO (ก) กระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต (ข) หลงจากการกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 (ค) กระตนดวยแสงสขาว (ง) หลงจากการกระตนดวยแสงสขาว และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85

รปท 4.19 การเปลยนแปลงคามมสมผสของหยดน าบนกระจกทเคลอบฟลมบาง 50 30%TiO2, 65%SiO2 และ 5%ZnO ตอระยะเวลา หลงจากกระตนดวยแสง เปนเวลา 5 ชวโมง

รปท 4.20 การเปลยนแปลงคามมสมผสของหยดน าบนกระจกทเคลอบฟลมบาง 51 30%TiO2, 60%SiO2 และ 10%ZnO ตอระยะเวลา หลงจากกระตนดวยแสง เปนเวลา 5 ชวโมง และเกบในทมด

รปท 4.21 การเปลยนแปลงคามมสมผสของหยดน าบนกระจกทเคลอบฟลมบาง 52 30%TiO2, 55%SiO2 และ 15%ZnO ตอระยะเวลา หลงจากกระตนดวยแสง เปนเวลา 5 ชวโมง และเกบในทมด

ฌ

สารบญรป (ตอ) หนา รปท 4.22 การเปลยนแปลงคามมสมผสของหยดน าบนกระจกทเคลอบฟลมบาง 53

30%TiO2, 50%SiO2 และ 20%ZnO ตอระยะเวลา หลงจากกระตนดวยแสง เปนเวลา 5 ชวโมง และเกบในทมด

รปท 4.23 การเปลยนแปลงคามมสมผสของหยดน าบนกระจกทเคลอบฟลมบาง 54 30%TiO2/SiO2 ทโดปดวยซงคออกไซดปรมาณรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก ตอระยะเวลา หลงจากการกระตนดวยแสงสขาว และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85

ญ

สารบญตาราง หนา ตารางท 2.1 หมไลแกนดทนยมใชเปนสารตงตนในกระบวนการโซล-เจล (Sol-Gel) 12 ตารางท 2.2 การเปรยบเทยบลกษณะสมบตของไทเทเนยมไดออกไซดระหวาง 19

รไทลและอนาเทส ตารางท 3.1 แผนการทดลอง 32 ตารางท 4.1 แสดงคาองคประกอบของธาตในผงโลหะออกไซดจากการ 38

ค านวณทางทฤษฎและการวเคราะหดวยเครอง EDX ตารางท 4.2 แสดงสเปคตรมการสองผานแสง (Optical transmittance) 43

ทความยาวคลน 550 นาโนเมตร ทปรมาณซงคออกไซดตาง ๆ ตารางท 4.3 ตารางแสดงคาชองวางแถบพลงงานทปรมาณซงคออกไซดตางๆ 44

1

บทท 1

1.1 บทน ำ การด าเนนชวตของมนษยในปจจบนมความเกยวของกบวทยาศาสตรและเทคโนโลย ซง

เปนบทบาทส าคญตอชวตมนษยท าใหมนษยมการด ารงชวตทมความสะดวกสบายมากขน สามารถใชวทยาศาสตรและเทคโนโลยไดอยางเปนประโยชนมากขน เนองจากมการพฒนาเทคโนโลยทางวทยาศาสตรขนมา คอ นาโนเทคโนโลย ซงหมายถง เทคโนโลยประยกตซงเกยวของกบ การจดการ การสราง การสงเคราะหวสดหรออปกรณในระดบอะตอม สงผลใหวสดหรออปกรณตาง ๆ มหนาทใหม ๆ และมคณสมบตทพเศษขน ทงทางดานกายภาพ เคม และชวภาพ ท าใหมประโยชนตอผใช และเพมมลคาทางเศรษฐกจได

กระจกเปนวสดทอยรอบตวเราเปนวสดทสามารถพบเหนไดทวไป เนองจากกระจกเปนวสดทมความพเศษกวาวสดอน กลาวคอ กระจกสามารถเขากบโครงสรางตางๆ ไดอยางหลากหลาย และท าใหโครงสรางนนดสวยงาม กระจกจงไดรบความนยม และถกน ามาใชงานอยางกวางขวาง ทงในเรองของความโปรงแสง ความคงทน ความสวยงาม กระจกจงถกน ามาใชเปนสวนประกอบทส าคญของสงตาง ๆ รอบตวเรา เชน ผนงอาคารสง บานเรอน รถยนต เครองใชไฟฟาตาง ๆ รวมถงอปกรณอเลกทรอนกสมากมาย จากการใชเปนสวนประกอบทส าคญของสงตาง ๆ รอบตวเรา ท าใหตองค านงถงการดแลรกษาและท าความสะอาด พบวาในบางครง เชน อาคารสง การท าความสะอาด ตองเสยคาใชจายสง โดยเฉพาะบรเวณทมฝนละอองมาก หรอมเขมาควนจากรถยนต และตองใชผเชยวชาญในการท าความสะอาด เพอลดความเสยงจากอนตราย

ส าหรบนวตกรรมในการท าความสะอาดตวเอง (Self-cleaning) ของกระจกจากคราบสกปรก ซงสามารถท าใหกระจกสะอาดเหมอนใหมไดโดยไมเสยเวลาในการท าความสะอาดรวมทงไมตองการการท าความสะอาดโดยใชเจาหนาท จงไดมนวตกรรมทท าใหกระจกสามารถท าความสะอาดตวเองได (Self-cleaning glass) โดยการน ากระจกมาเคลอบดวยฟลมบางไททาเนยมไดออกไซด (Titanium dioxide, TiO2) ซงเปนสารตานจลชพขนาดนาโน (Nanoparticle Antimicrobial Agent) และเปนสารกงตวน า (Semiconductor) มความเสถยร ไมเปนพษหรออนตรายตอสงมชวต (Non-toxic, Biocompatibility) (พรนภา, 2005) และฟลมบางไททาเนยมไดออกไซดมคณสมบตเรงปฏกรยาดวยแสง (Photocatalytic) และสมบตไฮโดรฟลกยงยวดไดด (Super- hydrophilic) คณสมบตทงสองเกยวเนองจากการท าความสะอาดตวเอง โดยไททาเนยมไดออกไซดเมอกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต จะท าใหเกดคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด ซงหมายถงเมอมน ามาเกาะบนฟลม น าจะเกดการกระจายตวไหลเรยบไปกบแผนฟลม ในกรณทมฝนละอองบนหยดน า การไหลของน าในลกษณะฟลมบางจะท าใหฝนละอองเคลอนทไปจากฟลมพรอมกบหยดน า กระจกจงใสตลอดเวลา อกคณสมบตหนงทเกดขนคอ โฟโตแคตาไลตก คอฟลมบางไททาเนยมทถกกระตนจะสามารถก าจดแบคทเรย น ามนพช หรอควนบหร ใหสลายตวไปได

2

โดยการท าลายโครงสรางทางอะตอมของสารใหเปนสารชนดอนทมความเปนพษต า หรอเปนสารอนทไมเกาะตดกระจก

Ashkarran และคณะ (2007) ศกษาคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดของฟลมบางไททาเนยมไดออกไซดโดยเตรยมไททาเนยมไดออกไซด ดวยวธการโซลเจลและขนรปฟลมดวยวธปน (Spin Coating) มความหนาของฟลมประมาณ 140 นาโนเมตร จะแสดงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดได เมอถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลตเปนเวลา 10 นาท ท าใหมมสมผสของหยดน ากบผวฟลมมคานอยกวา 5 องศา ฟลมทไดสามารถคงสภาพในทมดไดเปนระยะเวลา 1 วน จากนนมมสมผสของหยดน าจะเพมขน จะเหนไดวาฟลมบางไททาเนยมไดออกไซดเพยงอยางเดยวจะคงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดไดในระยะเวลาอนสน จงตองมการกระตนฟลมดวยแสงอลตราไวโอเลตเสมอ ทงนการเตมโลหะออกไซดอนเขาไปจะท าใหคงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดไดนานขน (Guan และYin, 2005) จากงานวจยศกษาการเคลอบฟลมบางโดยวธจมเคลอบของศรนภา และสขมาลย (2549) พบวาฟลมบางทมองคประกอบของไททาเนยมไดออกไซด 30 เปอรเซนต และซลกา 70 เปอรเซนต ถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลตเปนเวลา 5 ชวโมง เกบในทมดและควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 คามมสมผสของหยดน ากบผวของฟลมมคาเปนศนย และคงสภาพไดนานถง 41 วน แสดงวาการท างานรวมกนของไททาเนยมไดออกไซดและซลกาสงผลใหการท าความสะอาดตวเองไดด และมระยะเวลานานในการคงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด ทงนขอเสยคอยงตองการการกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลตเพอใหเกดคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด ซงถอวาเปนขอจ ากดในการน าไปใชงานท าใหไมสะดวกในการน ากลบมากระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต ดงนนแนวคดทจะท าใหกระจกทเคลอบฟลมบางแลวเกดคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดไดโดยใชแสงสขาว (Visible light) ในชวงความยาวคลน 400-800 นาโนเมตร ตองใชพลงงานในการกระตนอยในชวง 2-3 อเลกตรอนโวลต ท าไดดวยการน าซงคออกไซดมาใชเพอลดคาพลงงานกระตน เนองจากการเตม ซงคออกไซดเขาไปในปรมาณเลกนอย คอ รอยละ 1-5 จะท าใหคาชองวางพลงงานลดลงเปนคา 2.91 อเลกตรอนโวลต (Sergio และคณะ, 2012)

ส าหรบการเคลอบฟลมนนม 2 วธคอ การเตรยมฟลมโดยใชสารละลายเปนสารตงตนโดยสรางฟลมภายใตความดนอากาศปกต เชน การเคลอบแบบจม (Dip Coating), การเคลอบแบบปน (Spin Coating) และเทคโนโลยในแบบทสองคอการเคลอบฟลมในสญญากาศ เชน การเคลอบแบบสปตเตอรง (Sputtering) วธการเคลอบแบบปน (Spin Coating) ตองอาศยความเรวรอบทแตกตางกนในการหมนเพอใหไดน าหนกของฟลมทเทากน ปญหาทเกดขนคอความไมสม าเสมอของการเคลอบ วธการสปตเตอรงเปนวธทตองควบคมความดน อณหภม และอตราการไหลของกาซ ซงมขนตอนทซบซอน และใชเวลานาน (นรนดร และคณะ, 2551) วธการเคลอบแบบจม (Dip Coating) เปนวธทสะดวก สามารถท าไดในสภาวะอณหภมหองและความดนบรรยากาศ

ดงนนในงานวจยนเปนการศกษาการเคลอบกระจกดวยโลหะออกไซดผสมทประกอบดวยไททาเนยมไดออกไซด (Titanium dioxide) ซลกา (Silica) และซงคออกไซด (Zinc oxide) เตรยมสารละลายโดยใชวธโซลเจล (Sol-Gel Method) และเคลอบฟลมแบบวธจมเคลอบ โดยศกษาผลการเตมซงคออกไซดในปรมาณทเหมาะสมทท าใหฟลมบางแสดงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด (Superhydrophilicity) ไดโดยใชแสงสขาว (Visible light) จากการเตรยมฟลมบางน

3

คาดหวงวาจะท าใหกระจกสามารถท าความสะอาดตวเองไดโดยไมตองอาศยการกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และสามารถคงสภาพอยไดยาวนาน

1.2 วตถประสงค

๑. เพอศกษาวธการเตรยมโลหะออกไซดผสมระหวางไททาเนยมไดออกไซด ซลกา และ ซงคออกไซด โดยวธการโซลเจล

๒. เพอศกษาคณสมบตไฮโดรฟลกอยางยงยวดของฟลมบางทได เพอใชกบงานกระจกไรคราบ

1.3 ขอบเขตของกำรท ำงำนวจย

๑. ศกษาปรมาณซงคออกไซดในสารละลายออกไซดในฟลมบางโลหะผสมไททาเนยมไดออกไซด และซลกา โดยปรมาณซงคออกไซดทศกษาไดแก รอยละ 5, 10, 15 และ 20 ตอน าหนกตามล าดบ

๒. ศกษาคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดของฟลม ทเตรยมหลงจากฟลมถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และแสงสขาว

๓.ศกษาผลกระทบของความชนสมพทธตอการคงอยของคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด โดยเกบกระจกเคลอบฟลมทถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และแสงสขาว ไวในกลองมด ทไมควบคมความชนสมพทธ และ ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85

1.4 ประโยชนทคำดวำจะไดรบ

๑. สามารถเคลอบฟลมบางโลหะออกไซดผสมดวยวธการเคลอบจม (Dip Coating) ๒. ทราบปรมาณทเหมาะสมของซงคออกไซดตอคณสมบตของฟลมบาง และทราบ

ผลกระทบของการเตมซงคออกไซดลงในฟลมโลหะออกไซดผสม ๓. ไดเรยนรการใชเครองมอวเคราะหคณสมบตทางกายภาพของฟลมบาง ไดแก เครอง

สเปกโตรโฟโตมเตอร (UV-Spectrophotometer) เพอวเคราะหความใสของฟลมบาง, เครองกลองจลทรรศนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscope : SEM) เพอศกษาพนผวของฟลมบาง, เครอง Atomic Force Microscope: AFM) ใชวเคราะหความขรขระบนพนผว

บทท 2

ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ

ในการด าเนนชวตของมนษยในปจจบนมความเกยวของกบวทยาศาสตรและเทคโนโลย ซงเปนบทบาทส าคญตอชวตมนษยท าใหมนษยมการด ารงชวตทมความสะดวกสบายมากขน สามารถใชวทยาศาสตรและเทคโนโลยไดอยางเปนประโยชน มการพฒนาเทคโนโลยทางวทยาศาสตรขนมา คอ นาโนเทคโนโลย เปนเทคโนโลยประยกตซงเกยวของกบ การจดการ การสราง การสงเคราะหวสดหรออปกรณในระดบอะตอม โมเลกลหรอชนสวน ปจจบนนาโนเทคโนโลยมบทบาทส าคญตอการพฒนาเทคโนโลยในอนาคต ซงเกยวของกบโครงสรางของวสดหรอสารมคณสมบตพเศษทสามารถน ามาใชประโยชน และเปนประตสนวตกรรม ดานอตสาหกรรม การเกษตร การแพทย และอน ๆ ซงสงผลตอคณภาพชวตและสงแวดลอม โดยเทคโนโลยระดบนาโนสวนใหญ ไททาเนยมไดออกไซดจะถกใชเปนตวเรงปฏกรยาในหลาย ๆ ดาน ไดแก การผสมส เครองส าอาง เครองปรบอากาศ นอกจากนนยงมบทบาทในอตสาหกรรมกระจกอกดวย ไททาเนยมไดออกไซดเปนสารกงตวน า (Semiconductor) ทมคณสมบตสองประการ คณสมบตประการทหนง คอ คณสมบตเรงปฏกรยาดวยแสง (Photocatalysis) เมอไททาเนยมไดออกไซดถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต จะท าใหสามารถท าลาย และสลายพวกสารอนทรย (Inorganic Compounds) บางชนดได โดยไมปลอยสารท เปนพษหรออนตราย และคณสมบตประการทสอง คอ คณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด (Superhydrophilic) สงผลใหหยดน ากระจายตวเปนฟลมบาง ๆ ปกคลมผวอยางสม าเสมอ คลายแผนกระจกบางใส ท าใหกระจกไมเปนฝา (Anti-Fogging)

จากหลายงานวจยทใชไททาเนยมไดออกไซดเปนตวเรงปฏกรยา พบวาฟลมไททาเนยมไดออกไซดจะคงสภาพสมบตไฮโดรฟลกยงยวดไดในระยะเวลาอนสน โครงงานวจยนจะท าการพฒนาคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด โดยโดปสารโลหะออกไซดเพมเขาไป ใชวธโซลเจลและวธจมเคลอบในการเตรยมไททาเนยมไดออกไซด ซลกา และซงคออกไซด โดยในบทนจะแบงเนอหาเปน 2 สวน คอสวนหนงจะกลาวถงทฤษฎทเกยวของ ไดแก วสดนาโน การสงเคราะหวสดนาโน การเคลอบฟลม ไททาเนยมไดออกไซด ซงคออกไซด การท างานรวมกนระหวางไททาเนยมไดออกไซดกบซงคออกไซด กระบวนการไฮโดรฟลกยงยวด และการวเคราะหคณภาพของฟลม สวนทสองกลาวถงงานวจยทเกยวของ ซงมรายละเอยดดงน

5

2.1 วสดนาโน (Nanomaterials) วสดนาโน คอ การจดการ การสราง การสงเคราะหวสดอปกรณ และระบบตาง ๆ ทมขนาดเลก

อยในชวง 1 ถง 100 นาโนเมตรดวยความถกตองและแมนย า ซงจะสงผลใหวสดหรออปกรณตาง ๆ มสมบตพเศษขน ท าใหเกดประโยชนตอผใชสอยและเพมมลคาทางเศรษฐกจได วสดหรอโครงสรางทมขนาดในระดบนาโนถกจดวาเปนโครงสรางทมระบบมตต า (Low Dimensional Systems, LDSs) ทงนเนองจากมตทางกายภาพ (กวาง ยาว และสง) ของวสดหรอโครงสรางนาโนอยางนอยหนงมตจะถกจ ากดอยในชวง 1 ถง 100 นาเมตรเทานน ซงจะท าใหการเคลอนทของอเลกตรอนภายในวสดหรอโครงสรางนาโนแตกตางไปจากวสดกอนใหญ (Bulk Materials) โดยทสามารถใช LDSs ในการแบงวสดและโครงสรางนาโนออกเปนดงน

1. ระบบศนยมต (Zero Dimensional (0D) System) คอ วสดหรอโครงสรางทมมตทางกายภาพทงสามมตถกจ ากดอยในชวงนาโนเมตร เชน กลมกอนของโลหะทมขนาดเสนผานศนยกลางอยในระดบนาโนเมตรซงวางอยบนชนแกรไฟต

2. ระบบหนงมต (One Dimensional (1D) System) คอ วสดหรอโครงสรางทมมตทางกายภาพสองมตถกก าจดอยในชวงนาโนเมตรแตมตท เหลอไมถกจ ากดขนาด ยกตวอยางเชน ลวดนาโน (Nanowires) หรอ ทอนาโนคารบอน (Carbon Nanotubes) ทมขนาดเสนผานศนยกลางอยในระดบนาโนเมตรแตมความยาวของทออยในระดบไมโครเมตรหรอมลลเมตร

3. ระบบสองมต (Two Dimensional (2D) System) คอ วสดหรอโครงสรางทมมตทางกายภาพหนงมตถกจ ากดอยในชวงนาโนเมตรแตมตทเหลอสองมตไมถกจ ากดขนาด ยกตวอยางเชน ฟลมบางในระดบนาโน (Nano Thin Film) ทเกดจากการประกอบตวเองของอะตอมหรอโมเลกล เปนตน

วสดหรอโครงสรางทมระดบมตต าจะมสภาวะอเลกทรอนกสทมลกษณะไมตอเนองจะมคาไดอยางจ าเพาะเทานน ลกษณะเชนนเรยกวา ควอนไทเซซน (Quantization) การเกดควอนไทเซซนของอเลกทรอนกสจะน าไปสการเกดสมบตใหม และปรากฏการณใหม เชน การแสดงผลของปรากฏการณทางควอนตมทถกกกขงไว (Quantum Confinement Effects) อทธพลอเลกตรอนเดยว (Single Electron Effect) การปดกนแรงระหวางประจไฟฟา (Coulomb Blockade) การกกขงเอกซตรอน (Excitron Confinement) ปรากฏการณขยบเคลอนของสเปกตรม (Spectrum Shift) ควอนไทเซซนของโฟนอน (Phonon Quantization) เปนตน ลกษณะการเรยงตวของอะตอมดงกลาวแสดงในรปท 2.1

6

รปท 2.1 แสดงลกษณะการเรยงตวของอะตอมใน (ก) ศนยมต (ข) หนงมต (ค) สองมต (ง) สามมต

(ยอดหทย และประมวล, 2545)

จะเหนวาการเรยงตวของอะตอมในมตใดมตหนงมขนาดนอยกวา 100 นาโนเมตร รป (ก) แสดงอนภาคระดบขนาดนาโนศนยมต เนองจากอนภาคมขนาดนอยกวา 100 นาโนเมตร ในทศทางใดๆ รป (ข) แสดงฟลมบางทเรยงซอนกนมความหนานอยกวา 100 นาโนเมตร ทประกอบดวยเกรนขนาดนาโน มลกษณะการเรยงตวในหนงมต รป (ค) แสดงชนฟลมบางทนอยกวา 100 นาโนเมตร ทประกอบดวยเกรนขนาดนาโน มลกษณะการเรยงตวในสองมต และรป (ง) แสดงเกรนหลาย ๆ เกรนเชอมตอกนเปนวสดนาโน มลกษณะการเรยงตวในสามมต 2.2 การสงเคราะหวสดในระดบนาโน

การสงเคราะหวสดนาโน หรออนภาคนาโน ใหไดเกรนหรออนภาคทมขนาด 10 -9 - 10 -7 เมตร ซงใชหลกการเรยงอะตอมเปนกลมกอน สามารถท าไดหลายวธ เนองจากในขนตนแตละอะตอมจะอยแยกกน ในลกษณะทเกดจากการแยกตวหรอกระจายตวอยในรปของกาซ สารละลาย หรอของแขง ดงนนวธการสงเคราะหอนภาคนาโนสามารถแบงได 3 ประเภท คอ 2.2.1 วธการสงเคราะหจากการท าปฏกรยาในสถานะกาซ (Gas Condensation Synthesis)

การสงเคราะหวสดนาโนดวยวธการนเปนการเปลยนอะตอมหรอโมเลกลทจะน ามารวมกนเปนกลมกอนหรอเปนอนภาคนาโนใหอยในสถานะกาซหรอไอกอนทจะท าใหเกดการรวมตวกน ควบแนน และเกดการจบตวเปนกลมกอนอะตอมทเรยกวา “การเกดใหม (Nucleation)” กลมอะตอมจะโตขนเรอย ๆ เมอมการเกาะตวเพมขนของอะตอมของไอของโลหะ กลมอะตอมทจบตวกนจะถกเกบรวบรวมในบรเวณทเรยกวา “Cold Finger” ซงเปนอปกรณทมรปทรงกระบอก และถกหลอใหเยนดวยกาซไนโตรเจน ดงรปท 2.2

7

รปท 2.2 แสดงวธการสงเคราะหจากการท าปฏกรยาในสถานะกาซ (Gas Condensation Synthesis) (ยอดหทย และประมวล, 2545) ท าใหไอของอะตอมกลายเปนสถานะของเหลว โดยอนภาคนาโนทไดจะมสดสวนเชนเดยวกบสดสวนขององคประกอบในสารตงตน ซงอาจเปนไดทงโลหะหรอสารอนทรยทถกท าใหระเหยกลายเปนไอ โดยการสงเคราะหจะกระท าภายในหมออดความดนทความดนประมาณ 1-50 มลลบาร ของกาซเฉอย เชน ฮเลยม หรออารกอน และความรอนจากแหลงความรอนตาง ๆ เชน เตา เครองเลเซอร หรอล าแสงอเลกตรอน จงไดมการจ าแนกวธการสงเคราะหผงหรออนภาคนาโนตามประเภทของแหลงใหพลงงานทใชในการแยกสารตงตนเปน 3 วธใหญ ๆ คอ

1. วธการสงเคราะหแบบไอทางเคม (Chemical Vapor Deposition) การสงเคราะหแบบไอทางเคม เรมตนจากการทไอของสารตงตนถกสงผานไปยงบรเวณหมออด

ความดนทมการหลอรอน สารตงตนจะถกแยกสลาย และอนภาคหรอผงนาโนทเกดขนทเกดจะถกสงผานโดยการล าเลยงไอไปเกบไวทบรเวณ Cold-Finger ดงรปท 2.3 ขนาดของอนภาคนาโนทสงเคราะหจะขนอยกบระยะเวลาในการท าปฏกรยา อณหภมในหมอความดน องคประกอบและความดนของสารตงตน

8

รปท 2.3 แสดงวธการสงเคราะหแบบไอเคม (Chemical Vapor Deposition) (ยอดหทย และประมวล, 2545)

2. วธสงเคราะหพลาสมาจากไมโครเวฟ (Microwave Plasma Processing) การสงเคราะหอนภาคนาโนโดยใชพลาสมาทไดจากเครองไมโครเวฟในการแยกสารตงตน ขนาด

อนภาคนาโนขนอยกบสวนประกอบและความดนของสารตงตนและระยะเวลาในการท าปฏกรยา ขอดของวธการน คอ สามารถสงเคราะหอนภาคนาโนไดในชวงอณหภมทต ากวาวธการอน และสงผลใหการรวมตวเปนกลมกอนใหญของอะตอมลดนอยลง

3. วธการสงเคราะหโดยวธการสนดาป (Combustion Flame Synthesis) การสงเคราะหโดยการสนดาปจะแยกสลายสารตงตนโดยการเผาไหมดวยเชอเพลงหรอเปลวไฟ

การลดขนาดเปนกลมกอนของอนภาคนาโนในเปลวไฟสามารถท าไดโดยการลดขนาดเปลวไฟดงกลาวใหมความดนลดลง โดยทอณหภมเปลวไฟแปรผนกบต าแหนงของเปลวไฟ ซงจะท าใหขนาดของอนภาคนาโนของสารขนอยกบวาอนภาคนาโนมาจากต าแหนงใดในเปลวไฟ จงสามารถควบคมขนาดของอนภาคนาโนไดจากการควบคมลกษณะของเปลวไฟใหมอณหภมคงทตลอดแนวกวางของเปลวไฟ จะเหนวาการสงเคราะหทกวธสามารถใชในการผลตอนภาคนาโนของสารประกอบออกไซด โดยวธการควบแนนจากสถานะกาซและการสงเคราะหแบบไอทางเคมจะใชการสงเคราะหอนภาคนาโนของโลหะ โลหะผสม สารประกอบโลหะ และสารประกอบทไมใชออกไซด วธการสงเคราะหจากการท าปฏกรยาในสถานะกาซมขอด คอ อนภาคนาโนทผลตไดจะมสารปนเปอนในปรมาณทต า และสามารถควบคมขนาดอนภาคไดโดยการควบคมตวแปรในการสงเคราะห เชน อณหภม และความบรสทธของกาซ เปนตน

ขนาดของกลมกอนอะตอมจะขนอยกบเวลาทอะตอมรวมตวกน และขนอยกบความดนและประเภทของกาซเฉอยในหมอความดน ตลอดจนอตราการระเหยของสารตงตน ขนาดของอนภาคนาโนจะเพมขนเมอความดนกาซความดนไอ และมวลของกาซเฉอยทใชสงขน วธการสงเคราะหนเปนวธหนงทใชในการผลตผงหรออนภาคนาโนทมความบรสทธสง และสามารถใชผลตผงนาโนเซรามกส เนองจากผง

9

นาโนทผลตไดมความวองไวในการท าปฏกรยา ดงนนจะสามารถท าปฏกรยากบออกซเจนและเกดเปนสารประกอบออกไซดไดงาย

2.2.2 วธการสงเคราะหอนภาคนาโนโดยการยอยอนภาคขนาดใหญ การสงเคราะหอนภาคนาโนโดยการบดยอยอนภาคขนาดใหญใหมขนาดอนภาคนาโนโดยการ

ท าปฏกรยาในสถานะของแขง ซงเปนวธทนยมใชในการสงเคราะหผงหรออนภาคนาโนดวยวธทางกล(Machanic Alloying) ดงรปท 2.4 ซงจะเรมตนจากสารตงตนทมสถานะของแขงแลวท าการบดยอยขนาดของสารตงตนลงดวยลกบด โดยทลกบดจะท าใหเกดการลดขนาดของอนภาคของสารตงตนจากขนาดมลลเมตรไปทขนาดนาโนเมอเพมเวลาในการบดใหนานขนกจะสมารถผลตวสดหรอผลตภณฑสดทายทมสวนประกอบทตองการได ขนาดของอนภาคนาโนจะขนอยกบแรง และเวลาทใชในการบดยอย รวมทงอณหภมทใหในระหวางการบด ขอเสยของวธนคอการปนเปอนของสารอน

รปท 2.4 แสดงวธการสงเคราะหอนภาคนาโนโดยการยอยอนภาคขนาดใหญ (ยอดหทย และประมวล, 2545)

2.2.3 วธการสงเคราะหจากการท าปฏกรยาในสถานะของเหลว การสงเคราะหจากการท าปฏกรยาในสถานะของเหลว เตรยมไดจากการตกตะกอนของ

สารตงตนในของเหลว จะคลายกบการตกตะกอนของผลกเกลอจากสารละลายเกลอแกง ซงอนภาคนาโนจะสามารถตกตะกอนไดจากสารละลายของสารตงตน จดทส าคญของการสงเคราะหดวยวธนคอ การควบคมขนาดของอนภาคนาโนไมใหมขนาดใหญเกนไป และการขยายตวของอนภาคขนอยกบอตราการท าใหเยนตวลงของอนภาคนนๆ การสงเคราะหอนภาคนาโนในสถานะของเหลวทนยมม 2 วธดวยกนคอ

10

1. วธการสงเคราะหแบบรเวอรสไมเซลล (Reverse Micelles) การสงเคราะหแบบรเวอรสไมเซลล หมายถงการทหยดน าขนาดเลกทแขวนลอยอยใน

สารละลายอนทรยจะเกดเมอผสมน ากบน ามนและกวนผสมอยางรวดเรวจากการทน ากบน ามนไมสามารถละลายเขากนได เมอหยดกวนจะมหยดน าเลก ๆ ของสารชนดหนงลอยอยบนสารอกชนดหนงจ านวนมาก ถาตองการใหหยดน ามขนาดเลกลงใหเตมสารลดแรงตงผวในการสงเกตอนภาคนาโนของสารประกอบ 2 ชนดท าปฏกรยากนโดยทสารละลายตวหนงสามารถละลายน าไดและอกตวหนงสามารถละลายไดในสารละลายอนทรย จากนนน ามาผสมกบน าในปรมาณนอยมาก และสารละลายอนทรย จะเกดเปนอนเวอรสอมลชน (Inverse Emulsion) ขน และสารละลายทสามารถละลายไดในสารอนทรยจะแพรผานผวหนาของสารลดแรงตงผวและท าปฏกรยากบสารทละลายไดในน า เกดเปนสารประกอบขนในหยดน า ดงรปท 2.5 ซงขนาดของหยดน าขนอยกบอตราสวนของน าตอสารลดแรงตงผว ซงจะอยบรเวณพนผวระหวางหยดน ากบสารละลายอนทรย

รปท 2.5 แสดงวธการสงเคราะหแบบรเวรสไมเซลล (Reverse Micelles)

(ยอดหทย และประมวล, 2545)

11

2. วธการสงเคราะหแบบโซลเจล (Sol-Gel) กระบวนการเตรยมโซลเจล (Sol-Gel) เปนกระบวนการเตรยมทางเคมแบบเปยก (Wet

Process) เปนกระบวนการเปลยนสถานะจากของเหลวทเรยกวา “โซล” ซงสวนมากจะอยในรปของสารแขวนลอย ทเรยกวา “เจล” การเตรยมโลหะออกไซดเรมตนปฏกรยาระหวางสารตงตนกบปฏกรยาการไฮโดรไลซส (Hydrolysis Reaction) ไดอนภาคทมขนาดเลกทแขวนลอยในน าทเรยกวา “โซล” จากนนปฏกรยาจะด าเนนไปดวยปฏกรยาการควบแนน (Condensation Reaction) ท าใหอนภาคเชอมโยงตอกนเปนโครงรางตาขาย “เจล” เมอน าเจลไปแคลไซนจะไดโลหะออกไซดเพยงอยางเดยว ดงสมการน

ปฏกรยาไฮโดรไลซส (Hydrolysis) (2.1)

ปฏกรยาควบแนน (Condensation) (2.2) หรอ (2.3)

โดยท คอโลหะ และ คอ หมแอลคล (Alkyl Group: )

รปท 2.6 ผงวธโซลเจล (Brinker และScherer, 1990)

กระบวนการโซลเจล 1. ความหมายของค าวาโซล และเจล

โซล (Sol) การแขวนลอยของอนภาคของแขงทอยในของเหลว โดยทโซลจะมความหนาแนนอนภาคของแขงมากกวาของเหลวทอยรอบ ๆ อนภาคของของแขงทอยภายในของเหลวจะมขนาดเลกมาก (~1-1000 นาโนเมตร) จนมแรงตานทานแรงโนมถวงจงไมมการตกตะกอน และมการกระจายตวอยทวไปโดยทคอลลอยดบางชนดจะเปลยนสภาพจากโซลเปนเจล หรอจากเจลไปเปนโซลไดขนอยกบสภาวะ เชน อณหภม เปนตน

12

เจล (Gel) เปนสารละลายแขวนลอยชนดหนงซงจบตวแขงเปนวน ซงมความหนดสงจนสารละลายมความยดหยนอยางของแขง ทเปนเชนนเนองจากโครงขาย (Network) ของเฟสทกระจาย (Dispersed Phase) หรอคอลลอยด (Colloid) และสารตวกลางท ากระจาย (Dispersed Medium) วนเวยนอยทวโครงขายนน ทโครงสรางของของแขงเกดเปนโครงขายเชอมโยง 3 มตและมความพรนทกระจายปกคลมทวเฟสของเหลว มขนาดไมแนนอนขนอยกบภาชนะทบรรจถาโครงขายของของแขงเกดจากโซลทเปนอนภาคคอลลอยด เจลทเกดขนเรยกวา คอลลอยดเจล (Colloidal Gel) ถาโครงขายของของแขงเกดจากอนภาคทมขนาดเลกกวาคอลลอยดเจลทเกดขนเรยกวา โพลเมอรคเจล (Polymeric Gel)

2. สารตงตนในกระบวนการโซลเจล การเคลอบผวดวยวธโซลเจลนนสารประกอบตงตน (Precursor) ส าหรบเตรยมคอลลอยด

จะประกอบไปดวยโลหะ (Metal) หรอโลหะผสม (Metalloid) ซงถกลอมรอบไปดวยลแกนด (Ligand) ตาง ๆ ซงวธการโซลเจลนสามารถใชสารประกอบตงตนทหลากหลายมาก ดงแสดงในตารางท 2.1 ซ งแสดงหมลแกนดทนยมใชมากทสด ตาราง 2.1 หมลแกนดทนยมใชเปนสารตงตนในการบวนการโซลเจล (Sol-Gel)(Brinker และ Scherer,

1990) Alkyl Alkoxy Methyl Methoxy Ethyl Ethoxny n-propyl n-propoxy iso-propyl iso-propoxy n-butyl n-butoxy sec-butyl sec-butoxy iso-butyl iso-butoxy tert-butyl tert-butoxy

3. การเกดโพลเมอร (Polymer) โพลเมอร (Polymer) คอโมเลกลใหญซงเกดจากการรวมตวกนของโมโนเมอรจ านวนมาก

ทเกดการสรางพนธะอยางนอย 2 พนธะซงจ านวนพนธะทโมโนเมอรสามารถรวมตวได เรยกวา ฟงกชลนลลต (f) ถา f=2 หรอไบฟงกชนนลโมโนเมอร จะสรางพนธะกบ 2 หนวยขางเคยงได โมเลกลทมโครงสราง 2 มตแตถาโม- โนเมอรมพนธะแอคทพ 3 พนธะ (ไตรฟงกชนนล, f=3) จะสรางโมเลกลทมโครงสรางเครอขาย 3 มตโดยตวอยางของการเกดโพลเมอรแบบโซตรงและแบบวง ดงแสดงในรปท 2.7 โดยท คอโลหะอลคอกไซด และ คอ หมอลคล

13

รปท 2.7 การเกดเปนวงและโซของไบฟงกชนนลโมโนเมอร (f=2)(Brinker และ Scherer, 1990)

การเกดโพลเมอไรเซชนของซลกอนอลคอกไซด สามารถน าไปสการเกดเปนกงกานสาขา

(Branching) ตอเนองกนเปนโพลเมอร ถาเกดการไฮโดรไลซสอยางสมบรณของโมโนเมอร [Si(OH)4] ซงเปนเตตระฟงกชนนล, f=4

รปท 2.8 การเกดกงของ โพลฟงกชนนลโมโนเมอร (f>2)(Brinker และ Scherer, 1990)

14

อยางไรกดภายใตสภาวะ เชน ปรมาณน าลดลง เปนตน จะท าใหเกดการควบแนนไดนอยลงซงจะท าใหเกดกานทนอยลงถาโมโนเมอรสามารถเกดพนธะไดมากกวา 2 พนธะ จะสามารถรวมตวไดโมเลกลทมขนาดไมจ ากด และเปนขนาดทเลกมาก คอ สามารถมองเหนไดดวยตาเปลา แพรกระจายไปทวทงสารละลาย ซงเรยกวาการเกดเจล

4. การเกดเจล (Gel) เจล เปนสารละลายทประกอบดวยโครงสรางตอเนองของของแขงปกคลมทวเฟสของเหลว

ซงความตอเนองของโครงสรางของแขง ท าใหเจลมความยดหยน ซงเจลสามารถเกดจากสารละลายไดเมอเกดแรงกระท าแพรกระจายเชอมโยงไปยงโมเลกลอนในทศทางทท าใหเกดเปนโครงรางแหโดยทวไปเจลจะขนอยกบการรวมตวระหวางโครงสรางของของแขง และตวกลางของเหลว ถาของเหลวประกอบดวยน าเปนสวนใหญจะเรยกเจลนนวา เอควาเจล (Aquagel ) หรอไฮโดรเจล (Hydrogel ) แตถาของเหลวประกอบดวยแอลกอฮอลเปนสวนใหญจะเรยกเจลนนวา อลโคเจล (Alcogel)

การเกดเจล (Gelatin) อาจเกดไดจากการระเหยอยางรวดเรวของตวท าละลายซงเกดขนในระหวางการเตรยมฟลมหรอไฟเบอร โครงรางแหของเจลจะเคลอนยายตอไปยงต าแหนงตาง ๆ จนเกดการควบแนนตอไปเรอย ๆ คอมทงโซล โครงรางแหของเจลและโพลเมอรเลก ๆ ทอนภาคยงสามารถเชอมตอและท าใหเกดเปนโครงขายเชอมโยง

การหดตวของเจล (Shrinkage) อาจเกดขนไดในระหวางการสงเคราะหหรอการระเหยของของเหลว ในระหวางการอบแหง รวมถงการเปลยนแปลงรปรางของโครงรางแห และการไลน าออกจากรพรน การอบแหง (Drying) ท าโดยการระเหยภายใตสภาวะปกต จะท าใหเกดการหดตวของโครงสรางของเจลท าใหปรมาตรลดลง 5 ถง 10 เทาจากเดมซงเจลทเกดจากการอบแหงทสภาวะปกตเรยกวา ซโรเจล (Xerogel) แตถาน าเจลไปอบแหงในเครองอบไอน าความรอนสง (Autoclave) ภายใตสภาวะเหนอวกฤต (Supercritical Condition) ซงไมมชนผวสมผสระหวางของเหลว และไอน า ดงนนจงไมมแรงดนคาปลลาร (Capillary Pressure) ท าใหเกดการหดตวเพยงเลกนอยของเจล ผลตภณฑทไดจากการอบแบบนเรยกวา แอโรเจล (Aerogel) ซงไดจากของแขงทมขนาดเลกลงประมาณ 1 เปอรเซนต 5. ตวเรงปฏกรยาในกระบวนการโซล-เจล

ตวเรงปฏกรยาทใชในการเตรยมสารละลายในกระบวนการโซล-เจล แบงออกเปน 2 ประเภทคอ การใชกรดเปนตวเรงปฏกรยาและการใชดางเปนตวเรงปฏกรยา ซงทงสองสภาวะนจะสงผลตอการเกดเจลทตางกน สภาวะทใชกรดเปนตวเรงปฏกรยา ในสภาวะนอตราการเกดปฏกรยาไฮโดรไลซสจะเรวกวาปฏกรยาการควบแนน โดยในการเกดปฏกรยาไฮโดรไลซสและการควบแนนจะน าไปสการขยายตวของโพลเมอรสายโซตรงและโพลเมอรทมโซกงดงรปท 2.9 ซงการเกดเจลจะเกดขนเมอโพลเมอรทก าลงขยายตวมการพนกน และเกดพนธะขามระหวางสายโซและกรดจะเปนตวชวยท าใหอนภาคของโลหะอลคอกไซดมการกระจายตวอยางสม าเสมอ ซงกรดทเลอกมาใชเปนตวเรงปฏกรยานนมหลายชนดดวยกน เชน กรดไฮโดรคลอรก กรดไนตรก เปนตน

15

รปท 2.9 กลไกการเกดปฏกรยาไฮโดรไลซสในสภาวะทใชกรดเปนตวเรงปฏกรยาของ TEOS

(Brinker และ Scherer, 1990) สภาวะทใชดางเปนตวเรงปฏกรยา ในสภาวะนอตราการเกดปฏกรยาไฮโดรไลซสจะเกดชากวาปฏกรยาการควบแนน จะท าใหเกดกลมของโพลเมอรทเปนสายโซกง (Branched Polymer Cluster) ดงรปท 2.10 และเจลจะเกดขนเมอมการตอเชอมกนระหวางกลมโพลเมอร ทงนกรดและดางยงสงผลตอการเกดเจล และการเชอมตอกนของกลมโพลเมอรทแตกตางกน ดงรปท 2.11

รปท 2.10 กลไกการเกดปฏกรยาไฮโดรไลซสในสภาวะทใชดางเปนตวเรงปฏกรยาของ TEOS (Brinker และScherer, 1990)

รปท 2.11 การเตบโตของโพลเมอรและการเกดเจล (ก) สภาวะทใชกรดเปนตวเรงปฏกรยา (ข) สภาวะทใชดางเปนตวเรงปฏกรยา (Brinker และScherer, 1990)

16

2.3 การเคลอบฟลม (Coating) ฟลมบางของตวเรงปฏกรยาไวแสงมคณสมบตทเปนทตองการหลายอยาง เชน การท าความสะอาด

ผวดวยตวเองและการฆาเชอดวยตวเองการเลอกวธเคลอบทเหมาะสมนนขนอยกบ การน าไปประยกตใช การเคลอบฟลมม 2 วธ คอการเตรยมฟลมโดยใชสารละลายเปนสารตงตนโดยสรางฟลมภายใตความดนอากาศปกต เชน การเคลอบแบบจม (Dip Coating), การเคลอบแบบปน (Spin Coating) และเทคโนโลยในแบบทสองคอการเคลอบฟลมในสญญากาศ เชน การเคลอบแบบสปตเตอรง (Sputtering) วธการเคลอบแบบปน (Spin Coating) ตองอาศยความเรวรอบทแตกตางกนในการหมนเพอใหไดน าหนกของฟลมทเทากน ปญหาทเกดขนคอความไมสม าเสมอของการเคลอบ วธการสปตเตอรง (Sputtering) เปนวธทตองควบคมความดน อณหภมและอตราการไหลของกาซ ซงมขนตอนทซบซอน และใชเวลานาน วธการเคลอบแบบจม (Dip Coating) เปนวธทสะดวก สามารถท าไดในสภาวะอณหภมหองและความดนบรรยากาศ ดงนนในโครงงานวจยนจงน าวธการเคลอบแบบจมมาใชจงจะกลาวเฉพาะวธการเคลอบแบบจม (Dip Coating) เพยงเทานน

2.3.1 การเคลอบแบบจม (Dip Coating) การเคลอบแบบจม (Dip Coating) เปนวธการหนงของการประยกตใชในการเตรยมฟลมบาง

โดยอาศยหลกการเคลอบสารละลายบนพนผวอยางชาๆ การจมจะน าสารละลายมาเคลอบบนพนผวอยางชา ซงมการตองควบคมความเรวในการดงใหคงท เพอใหผวของวสดมความเรยบสม าเสมอและความหนาของฟลมนอย หากตองการฟลมทมความหนานอยใหใชความเรวในการเคลอบแบบจมเรว แตถาตองการเคลอบแบบหนามากใหใชความเรวทชา หรอจะท าการจมหลายๆ ครงเพอเพมความหนาใหกบฟลมไดเชนกน การวเคราะหความหนาของฟลมพจารณาจากแรง Drag Flow เกดจากผลของความหนดของสารละลายและความเรวในการจม (Dipping speed) ซงตวแปรทงสองจะสงผลตอความหนาของฟลม สารละลายทใชมความหนดมาก และใชความเรวในการเคลอบสงมากขน จะท าใหแรง Drag Flow มากขน และท าใหเนอสารทเคลอบบนพนผววสดมากตามไปดวย จงท าใหฟลมหนา ความสมพนธระหวางความหนาของฟลมกบตวแปรตางๆ ในการเคลอบแบบจม แสดงดงสมการน

2

16

1

3

2

0

0

94.0

gLv

Uh

(2.4)

เมอ คอ ความหนดของสารละลาย คอ ความเรวในการดง (Dipping Speed) คอ แรงตงผวระหวางของเหลวและกาซ (Liquid-Vapor Surface Tension) คอ ความหนาแนนของสารละลาย คอ ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก ขนตอนในการเคลอบแบบจม (Dip Coating) ม 5 ขนตอนดงน

17

1. การเคลอบแบบจม (Immersion) เปนขนตอนการน าวสดทตองการเคลอบมาจมลงในสารละลายทเตรยมไว ดงรปท 2.12 (a)

2. การดง (Start Up) เปนขนตอนของการดงวสดทจมเคลอบขนจากสารละลาย โดยขณะดงขนควรควบคมความเรวในการดงใหคงท เพอใหสารละลายสามารถเกาะตดวสดไดอยางสม าเสมอ ดงรปท 2.12 (a)

3. การเกาะตด (Deposition) เปนขนตอนทใชพจารณาความสามารถของสารละลายวาสามารถเกาะตดกบพนผวของวสดไดหรอไม ถาสารละลายไมสามารถเกาะตดกบผววสดได สารละลายจะไหลออกจากผววสด ท าใหการเคลอบผววสดเกดขนไมสมบรณ ดงรปท 2.12 (c)

4. การระเหย (Evaporation) เปนขนตอนทท าใหสารละลายทเกาะตดอยทพนผววสดมลกษณะคลายกบเจล เนองจากมการระเหยสารละลายบางสวนออกไป ท าใหความหนดของสารละลายเพมขน ดงรป 2.12 (d)

5. การระบายทง (Drainage) เปนขนตอนการจ าจดสารละลายสวนเกนออกไป โดยการปลอยใหสารละลายไหลออกจากผววสด ซงอาศยแรงโนมถวงของโลกทจะท าใหสารละลายบางสวนออกจากวสด รวมทงยงท าใหสารละลายทเคลอบบนผววสดมความบางมากขน ดงรป 2.12 (e)

รปท 2.12 แสดงขนตอนการเคลอบแบบจม (Dip Coating)

(Brinker และScherer, 1990)

2.4 ไททาเนยมไดออกไซด (Titanium dioxide, TiO2) ไททาเนยมไดออกไซดเปนสารกงตวน าทนยมน ามาใชมากในการเปนตวเรงปฏกรยาเพราะคา

ชองวางพลงงานมคาประมาณ 3.0 อเลกตรอนโวลต ซงคานใกลกบคาพลงงานการกระตนของรงสอลตราไวเลต (~ 380 นาโนเมตร) ส าหรบสารกงตวน าอนๆเชน แคดเมยม (II) ซลไฟด (CdS) และซงค (II) ออกไซด (ZnO) กมคณสมบตใกลเคยงกบไททาเนยมไดออกไซด แตไมนยมน ามาใชเนองจากมความเปน

18

พษ เชน แคดเมยม (II) ซลไฟดมพษเมอเกดการกดกรอนจากปฏกรยาการใหแสง ไททาเนยมไดออกไซดนนมความเสถยรมากกวา และละลายน าไดนอยกวาแคดเมยม (II) ซลไฟด และซงค (II) ออกไซด ซงแสดงใหเหนวาไททาเนยมไดออกไซดจะไมเสยคณสมบตไปมากเมอน ากลบมาใชใหม เนองจากมการกดกรอนนอยมาก นอกจากนยงมราคาถกกวาตวเรงปฏกรยาอน ๆ ไททาเนยมไดออกไซดทมอยในธรรมชาตมรปแบบของผลกอย 3 แบบ ไดแก คอ

1. รไทล (Rutile) สามารถโนมนาว มเสถยรภาพมากไดทอณหภมสง ๆ ชนดของไททาเนยมได-ออกไซดท ใชในอตสาหกรรม สวนมากจะเปนรไทลเกอบทกโรงงาน เชน โรงงานส โรงงานท าเครองส าอาง โรงงานท าอาหาร และบางครงพบในหนอคน

2. อนาเทส (Anatase) สามารถโนมนาวใหมเสถยรภาพไดทอณหภมต ากวารไทล ผลกชนดนนยมใชในกระบวนการใชแสงขนสง

3. บรคไคท (Brookite) เปนผลกทพบในแรเทานน และมโครงสรางผลกแบบออโทรอมบค (Orthorhombic) ลกษณะโครงสรางโมเลกลบรคไคท อนาเทส และรไทล ดงรป 2.13

รปท 2.13 โครงสรางผลกของไททาเนยมไดออกไซด แบบ (a) บรคไคท (Brookite) (b) อนาเทส (Anatase) (c) รไทล (Rutile) (Carp และคณะ, 2004)

โครงสรางผลกของไททาเนยมไดออกไซดแบบอนาเทสนนจะมคาชองวางแถบพลงงานสงกวา

โครงสรางผลกแบบรไทล โดยคาชองวางแถบพลงงานของโครงสรางผลกแบบอนาเทส มคาเทากบ 3.23 อเลกตรอนโวลต ในขณะทรไทลมคาเทากบ 3.02 อเลกตรอนโวลต จงท าไหไททาเนยมไดออกไซดทมโครงสรางผลกแบบอนาเทส มความวองไวในการเกดปฏกรยาสงกวาไททาเนยมไดออกไซด ทมโครงสรางผลกแบบรไทล และโครงสรางผลกแบบบรคไคท สวนโครงสรางผลกแบบรไทล จะเกดการรวมตวใหมของอเลกตรอนและโฮลไดงายทงทยงมความสามารถในการดดตดผวต ากวาโครงสรางผลกแบบอนาเทส แตโครงสรางแบบอนาเทสจะไมเสถยรเมอไดรบความรอนทสงขน และสามารถเปลยนเปนโครงสรางแบบบรคไคทและรไทลไดงาย ซงการควบคมการเปลยนเฟสเปนเรองทส าคญจงมการวจยรายงานวาเมอเตมผงออกไซดอนลงไปจะชวยเพมประสทธภาพได (องคณา, 2548) ในปจจบนเปนทนยมใชโครงสรางแบบอนาเทสมากกวาแบบอน ลกษณะสมบตของไททาเนยมไดออกไซดแสดงดงตารางท 2.2

19

ตาราง 2.2 การเปรยบเทยบลกษณะสมบตของไททาเนยมไดออกไซดระหวางรไทล และอนาเทส (สดารตน, 2547) ลกษณะสมบต รไทล อนาเทส รปรางผลก ออโทรอมบค ออโทรอมบค คาชองวางพลงงาน (อเลกตรอนโวลต) 3.030 3.200 คาความกระดาง (โมห) 6.0 – 7.0 5.5 – 6.0 ความหนาแนน (กรมตอลกบาศกเซนตเมตร) 4.250 3.894 พลงงานกระตน, ∆Gf° (กโลแคลรอรตอโมล) -212.6 -211.4 คาคงทโครงราง, a (องสตรอม) 4.593 3.784 คาคงทโครงราง, c (องสตรอม) 2.959 9.515 จดเดอด 1858°C เปลยนเปนรไทลทอณหภมสง

กวา 800°C ประสทธภาพของไททาเนยมไดออกไซดนนขนอยกบปรมาณ และสดสวนของอนาเทสตอรไทลดวยซง (Yu และคณะ, 2000) ไดท าการศกษาถงประสทธภาพของฟลมบางไททาเนยมไดออกไซดทมปรมาณ อนาเทสทแตกตางกน โดยการน าฟลมบางไททาเนยมไดออกไซดไปใชในการลดสของเมธลออเรนจ ดวยกระบวนการโฟโตแคตตาไลตก ซงพบวาฟลมบางไททาเนยมไดออกไซดทมปรมาณของอนาเทสมากทสดจะมคาคงทในการเกดปฏกรยาลดสของเมธลออเรนจมากทสดละคาคงทในการเกดปฏกรยาจะลดลงเมอใชฟลมบางไททาเนยมไดออกไซดทมปรมาณอนาเทสลดลง

ไททาเนยมไดออกไซดมคณสมบตพเศษ คอ จะไมแสดงประจใด ๆ ขณะยงไมไดรบการเหนยวน าแตหากถกเหนยวน าโดยสงแวดลอมจะท าใหแสดงประจชนดเดยวกนกบสงแวดลอม ซงแตกตางจากคอลลอยดตามธรรมชาตทมประจเปนลบ ยกตวอยางเชน ถาหากใสไททาเนยมไดออกไซดลงไปในน าทมคาความเปนกรด-เบส ต าๆ ซงในน าจะมประจบวกอยมากจะท าไททาเนยมไดออกไซดจะถกเหนยวน าเปนบวก และถาหากใสลงไปในน าทมคาความเปนกรด-เบสสงๆ ซงในน าจะมประจลบอยมากไททาเนยมไดออกไซดกจะถกเหนยวน าเปนประจลบ ดวยลกษณะเชนนจงท าใหไททาเนยมไดออกไซดชวยในการก าจดมลภาวะน าเสย โดยโลหะหนกหรอสารอนทรยทเจอปนอยในน าเสยจะถกดดซบอยบนผวของโฟโตแคตาลส นอกจากการก าจดสารอนทรยและโลหะหนกโดยปฏกรยาออกซเดชน–รดกชน สารมลพษอนๆ ทงสารอนทรยและสารอนนทรยอาจถกก าจดจากสารละลายดวยการดดซบไวทผวของไททาเนยมไดออกไซด 2.5 ซงคออกไซด (Zincoxide, ZnO)

ซงคออกไซดมสมบตเปนสารกงตวน าแถบพลงงานกวาง มคาชองวางแถบพลงงานประมาน 3.37 อเลกตรอนโวลต เปนสารกงตวน าชนดเอน (n-type) โครงสรางผลกเปนแบบเฮกซะโกนอลโคลสแพค (hcp) มสมบตพโซอเลกตรก มสมบตทางดานโฟโตแคตาไลตก มสมบตเปนตวเรงปฏกรยา เปนสารทใชยบยงแบคทเรย (Anti-bacteria) นอกจากฆาแบคทเรยแลวยงชวยปองกนและยบยงการแบงเซลลของแบคทเรย สามารถปองกนรงส UV-A และ UV-B และยงระงบกลนอนไมพงประสงค นอกจากนยงเปนสารทปลอดภยตอรางกาย

20

2.6 การท างานรวมกนของไททาเนยมไดออกไซดกบซงคออกไซด ไททาเนยมไดออกไซดเปนสารทมคาชองวางแถบพลงงานสง จงตองการพลงงานจากแสง

อลตราไวโอเลต ในการกระตนใหเกดคณสมบตไฮโดรฟลก การเตมสารซงคออกไซดเขาไป จะสงผลใหคาชองวางแถบพลงงานของฟลมบางโลหะออกไซดผสมลดลงต ากวา 3 อเลกตรอนโวลตได ดงนนจงสามารถใชพลงงานจากแสงสขาว (Visible light) (โดยทคาพลงงานของแสงสขาวจะมคาอยในชวง 2-3 อเลกตรอนโวลต) ในการกระตนใหเกดคณสมบตไฮโดรฟลก

2.7 กระบวนการไฮโดรฟลก (Hydrophilic Process)

รปท 2.14 ไททาเนยมไดออกไซดทสภาวะไมถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลตหรอเมออยในทมดไมมแสงจะมสมบตเปนไฮโดรโฟบก (Hydrophobic) เมอมการสมผสกบแสงอลตราไวโอเลต หรอแสงทมความยาวคลนประมาณ 390 นาโนเมตร จะท าใหบรเวณพนผวทาเนยมไดออกไซดมพลงมากพอทความยาวคลนแสงนจะใหพลงงาน 3.2 อเลกตรอนโวลตหรอมากกวาทกระตนใหเกดอเลกตรอน (Excited Electron, e-) และโฮล (Hole, h+) ขน ซงอเลกตรอนทเกดขนจะออกซไดซ Ti4+ บนพนผวใหกลายเปน Ti3+ สวนโฮลจะถกจบอยในโครงผลก บรเวณพนธะระหวางไททาเนยมกบออกซเจน ท าใหความแขงระหวางพนธะลดลง ออกซเจนจงหลดออกจากโครงผลกเกดเปนชวงวาง (Vacancy) โดยชองวางนจะท าใหเกดการแตกตวของโมเลกลน าทถกดดซบอยบนพนผวเกดเปนหมไฮดรอกซล (Hydroxyl Group) บนพนผวซงหมไฮดรอกซลนมคณสมบตทชอบน า ดงนนพนผวของไททาเนยมไดออกไซดทถกกระตนดวยแสงจะมพนผวเปนแบบชอบน าในทสด

รปท 2.14 กลไกการเกดไฮโดรฟลกยงยวดเมอถกกระตนดวยแสงของไททาเนยมไดออกไซด (Carp และคณะ, 2004) 2.8การวเคราะหคณสมบตของผงโลหะออกไซดดวยเครองเอกซเรยดฟแฟรคชนเทคนคการเลยวเบนของรงสเอกซ (X-ray Diffraction; XRD)

เปนเทคนคหนงทใชในการศกษาวเคราะหโครงสรางผลกทไมท าลายชนงานตวอยางทนยมใชอยางแพรหลายในงายดานเคมและเคมชวภาพ โดยใชในการตรวจวดโครงสรางของโมเลกลตาง ๆ ไมวาจะเปนสารประกอบอนทรย ดเอนเอ โปรตนทมอยในธรรมชาต รวมถงวสดทสงเคราะหขน ผผลตได

21

พฒนาเครองมอและอปกรณทใชเทคนคนใหมความสามารถมากยงขนและใชงานไดงายขน ท าใหเออประโยชนตอนกวทยาศาสตรทจะน าไปปรบปรงพฒนา หรอยกระดบการวเคราะห วจย หรอตรวจสอบในระดบสงขนไป XRD เปนเทคนคทคอยเสรมเทคนค Spectroscopic อน ๆ เชน เทคนคการเรองแสงของรงสเอกซ (X-ray Fluorescence; XRF) โดยท XRF จะสามารถบอกไดวาวสดเหลานนประกอบดวยธาตอะไรบาง ในขณะท XRD นนจะชวยใหสามารถรไดวาธาตเหลานนมองคประกอบเปนอยางไร (พรรณทพย, www.forensic2.co.th) ผลกแตละชนดมขนาดของหนวยเซลลไมเทากน และประกอบดวยอะตอมทแตกตางกน เมอรงสเอกซความยาวคลนเดยว (Monochromatic) ตกลงบนพนผลกจะเกดการเลยวเบนและไดรปแบบการเลยวเบนบนรงสเอกซ (X-ray diffraction pattern) ซงแสดงความสมพนธระหวางมมของการเลยวเบนบนรงสเอกซ (2q) กบความเขมสมพนธของรงสเอกซ ผลทไดคอชดพคการเลยวเบนของสารประกอบแตละชนดทมลกษณะเฉพาะตว ซงเมอเปรยบเทยบกบรปแบบการเลยวเบนของสารมาตรฐานทเกบรวบรวมไวแลว จะสามารถจ าแนกชนดของสารประกอบนนไมวาสารนนจะอยในรปสารประกอบเดยวหรอของผสมกตาม (www.oaep.go.th) โดยสามารถหาขนาดเสนผานศนยกลางของอนภาคจากสมการของ Scherrer

(2.5)

เมอ คอ ความยาวคลน 0.154 (นาโนเมตร) คอ คาคงท 0.94 สมมตวาเปนอนภาคทรงกลม คอ ความกวางของฐานคลน (เรเดยน)

2.9 การศกษาพนผวของผงโลหะออกไซดจากกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscope, SEM) กลองจลทรรศนอเลกตรอนสองกราดใชศกษาพนผวของเซลลหรอพนผวของตวอยางวตถทน ามาศกษา โดยล าแสงอเลกตรอนจะสองกราดไปบนพนผวของวตถ ท าใหไดภาพซงมลกษณะเปนภาพ 3 มต ประกอบดวยแหลงก าเนดอเลกตรอนซงท าหนาทผลตอเลกตรอนเพอปอนใหกบระบบ โดยกลมอเลกตรอนทไดจากแหลงก าเนดจะถกเรงดวยสนามไฟฟา จากนนกลมอเลกตรอนจะผาน Condenser Lens เพอท าใหกลมอเลกตรอนกลายเปนล าอเลกตรอนซงสามารถปรบใหขนาดของล าอเลกตรอนใหญหรอเลกไดตามตองการ หากตองการภาพทมความคมชดจะปรบใหล าอเลกตรอนมขนาดเลก หลงจากนนล าอเลกตรอนจะถกโฟกสโดย Objective Lens ลงไปบนผวชนงานทตองการศกษาและกราดในระนาบ xy หลงจากล าอเลกตรอนถกกราดลงบนชนงานจะท าใหเกดล าอเลกตรอนทตยภม (Secoundary EIectron) ขน ซงสญญาณจากอเลกตรอนทตยภมน จะถกบนทก และแปลงเปนสญญาณทางอเลกทรอนกสและชกน าไปสรางเปนภาพตอไป

http://www.oaep.go.th/

22

รปท 2.15 แสดงการท างานของกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด

(http://www.microscopic.center.sci.buu.ac.th/)

รปท 2.16 แสดงกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด ยหอ LEO รนLEO 1450 VP

(http://www.microscopic.center.sci.buu.ac.th/) เมอล าอเลกตรอนเขาชนชนงานจะถายเทพลงงานใหอะตอมในสารตวอยางซงหากพลงงานทอเลกตรอนไดรบสงกวาพลงงานยดเหนยวของอะตอม อเลกตรอนกจะหลดออกจากอะตอมกลายเปนอเลกตรอนทตยภม ซงสญญาณนมความส าคญมากในการศกษาลกษณะพนผวของชนงาน เนองจากโอกาสการเกดอเลกตรอนทตยภมจะขนอยกบความลกทอเลกตรอนปฐมภมทชนสามารถเคลอนทผานชนงาน หากอเลกตรอนปฐมภมสามารถแทรกผานชนงานไดลก โอกาสเกดอเลกตรอนทตยภมกจะนอยลง ดงนนอเลกตรอนทตยภมสวนใหญจะเกดจากบรเวณพนผวของชนงาน EIectron Detector หววดสญญาณอเลกตรอนจะเลอกเฉพาะสญญาณทตองการเนองจากบรเวณผวจะมสญญาณทเกดจากอนตรกรยาระหวางอะตอมของชนงานและอเลกตรอนทพงเขาชนหลายชนด หากสญญาณทตองการน าไปสรางภาพคอ อเลกตรอนทตยภม อเลกตรอนทตยภมจะถกดงดวยสนามไฟฟาจากหววดสญญาณ ซงอเลกตรอนทตยภมนจะมพลงงานต าจงเคลอนทอยบรเวณผวของชนงานเมออเลกตรอน

http://www.microscopic.center.sci.buu.ac.th/

23

เคลอนเขาสหววดสญญาณจะถกเรงใหเคลอนทเขาชน scintillator (ท ามาจาก CaF2 ) ท าใหเกดโฟตอน ซงถกสงไปตาม Light Guide เพอเปลยนสญญาณแสงเปนสญญาณไฟฟาและน าไปขยายสญญาณตอไป การเกดภาพของกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด เมออเลกตรอนปฐมภมตกกระทบผวชนงานจะท าใหเกตผลจาก อนตรกรยาตางๆ ดงทกลาวมาแลว หววดสญญาณจะตรวจวดสญญาณตางๆ ทเกดขน เชน อเลกตรอนทตยภม หรอ BacksCatterelectron และ น าสญญาณไปแสดงบนจอ cathode Ray Tube (CRT) โดย SEM จะมระบบชด scanning coil ซงเปนขดลวดทใชสรางสนามแมเหลกส าหรบควบคมการกราดของล าอเลกตรอนไปบนพนผวของชนงานซงสญญาณทควบคมการกราดของล าอเลกตรอนนจะท างานเขาจงหวะกบชดควบคมการแสดงแหนงบนจอภาพแบบจดตอจด ปรมาณของสญญาณอเลกตรอนจะถกน าไปควบคมความมดความสวางบนจอ เนองจากพนทในการกราดล าอเลกตรอนบนชนงานมขนาดเลกกวาพนทแสดงผลบนจอภาพ ดงนนเราจะไดก าลงขยายของกลอง SEM คอ

ก าลงขยาย =พนทแสดงภาพบน CRT / พนทกราดล าอเลกตรอนบนชนงาน ส าหรบความละเอยดของภาพจะขนอยกบความเรวของการกราดล าอเลกตรอน ถาใชความเรวในการกราดมคาสงกจะท าใหภาพมความละเอยดต า และหากใชความเรวในการกราดล าอเลกตรอนต ากจะท าใหภาพมความละเอยดสง ซงเราสามารถควบคมความเรวของการกราดล าอเลกตรอน ดวย Scanning coil 2.9.1 การวเคราะหหาองคประกอบของผงโลหะออกไซดจากเครอง Energy Dispersive X-ray Microanalysis (EDX) EDX เปนเทคนคทใชในการวเคราะหหาองคประกอบของธาตในของแขงและของเหลวโดยการฉายตวยรงสเอกซบนชนงานทตองการตรวจสอบเมอชนงานถกฉายดวยรงสเอกซจะท าใหชนงานปลดปลอยรงสเอกซซงมลกษณะเฉพาะตวของแตละธาตออกมา จากนน Energy Dispersive Detector จะตรวจสเปกตรมของรงสทถกปลอยออกมา ซงธาตเเตละธาตในสารตวอยางจะมความเฉพาะตวของพลงงานรงสทปลอยออกมา Sample Interaction เมอรงสเอกซกระทบชนงานจะมอนตรกรยากบอเลกตรอนชนในเนองจากรงสเอกซมพลงงานมากกวาพลงงานยดเหนยวของอเลกตรอนอเลกตรอนจะดดกลนพลงงานจลนและหลดออกไปจากอะตอม ท าใหเกดทวางในวงโคจรหลงจากนนอเลกตรอนตวอนทอยในระดบพลงงานทสงกวาจะเขามาแทนท การตกเขามาแทนทของอเลกตรอนวงนอกน เรยกวา Relaxation และอะตอมจะปลอยรงสเอกซทมลกษณะเฉพาะของ แตละอะตอมออกมา Auger EIectron เปนอเลกตรอนตวสดทายทไดจากกระบวนการ Auger Emission โดยรงสเอกซจะท าใหอเลกตรอนตวแรกหลดออกไปจากวงท าใหเกตทวางอเลกตรอนตวทสองในระดบพลงงานสงกวาจะตก

24

เขาแทนทและปลดปลอยพลงงาน ผลของพลงงานนจะท าใหอเลกตรอนทอยในระดบพลงงานทสงกวาหลดออกไป เรยกวา Auger EIectron Energy Dispersive x-ray Microanalysis (EDX) จะศกษาการกระจายของพลงงาน รงสเอกซทไดจากอะตอมของชนงานหลงจากฉายรงสเอกซกระทบชนงาน โดยจะแสดงความเขมขนของรงสเอกซทตรวจวดไดบนแกนตงและแสดงคาพลงงานบนแกนนอน ซงคาพลงงานทไดจากการเปลยนระดบพลงงานของอเลกตรอนวงนอกเขาสวงในจะมความเฉพาะเจาะจงของอะตอมเเตละธาต ท าใหสามารถศกษาธาตทเปนองคประกอบในชนงาน 2.10 การวเคราะหพนผวฟลมดวยกลองจลทรรศนแรงอะตอม (Atomic Force Microscope)

กลองจลทรรศนแรงอะตอม (Atomic Force Microscope) หรอ AFM เปนเครองมอทใชงานดานวทยาศาสตรระดบนาโน โดยสามารถศกษาแบบ high resolution ทมความละเอยดอยในระดบมากถง 0.1 นาโนเมตร เครอง AFM ประกอบดวยอปกรณตรวจจบหรอหววด (probe) ทมปลายแหลมเลก ซงตดอยกบคานยนทโกงงอไดทเรยกวา แคนทลเวอร (cantilever) โดยโพรบหรอ AFM tip นนจะมรศมทปลายเขม (end radius) อยในระดบเพยงไมกนาโนเมตร (ทวไปมขนาดประมาณ 5-20 นาโนเมตร) ดงนนกระบวนการผลตคานยนชนดนจะอาศยการผลตแบบ microlithography processes คลายคลงกบการผลต computer chips เมอเครอง AFM ลากสวนปลายเขมแหลมนไปบนพนผวของตวอยาง จะมแรงกระท าระหวางอะตอมทปลายเขมแหลมกบอะตอมหรอโมเลกลบนพนผวเกดขน เชน แรง Van de Waals และแรงพนธะเคมอนๆ จากแรงกระท านเองสามารถท าใหคานยนโกงงอ (เกด deflection ซงเปนไปตาม Hooke’s law) และจะถกตรวจวดไดดวยแสงเลเซอรทสองผานไปกระทบทสวนปลายของคานยนและสะทอนมายงจดรบแสง (photodiodes หรอ laser detector) แมวาแรงกระท าจะมขนาดนอยมากในระดบพโคนวตน (picoNewton, pN) กตาม แตเครอง AFM กสามารถตรวจวดขนาดของแรงปฏสมพนธระหวางความสมพนธเชงต าแหนงของสวนปลายเขมแหลมกบพนผวของวตถในขณะทสแกนบนพนผวไดดวยความชวยเหลอของอปกรณควบคมต าแหนง (piezoelectric tube) ซงจะถกน ามาแปรสญญาณและประมวลผลดวยระบบคอมพวเตอร เพอน ามาสรางเปนภาพสามมตของพนผวทมก าลงขยายสงไปแสดงบนจอภาพ (monitor) ท าใหสามารถศกษาลกษณะเชงโครงสรางของพนผวในระดบอะตอมหรอโมเลกล ขนาดและการจดเรยงตวได

2.11 การวดมมสมผสดวยเครองวดมมสมผส (Contact Angle Metter)

เครองวดมมสมผสคอ เครองทใชวดมมสมผสของผวน าบนวสด โดยวดมมเปรยบเทยบกบวสดทไมไดเคลอบฟลม ปรมาณของน าทหยดลงวสดทใชทดสอบจะตองมปรมาณทเทากน เครองวดมมสมผสจะมเขม (ลกษณะคลายกบเขมฉดยาแตมหวเขมขนาดเลกมาก) เปนอปกรณควบคมปรมาณน าหยด ภายในเครองวดมมจะมหลอดไฟเพอเปนแหลงก าเนดแสง ซงล าแสงจะถกรวบรวมโดย Dark field Condensing Lens มลกษณะตรงกลางทบแสง ท าใหแสงผานเฉพาะบรเวณขอบของ Condenser ไปสหยดน า แสงทอยรอบๆหยดน าจะไมสามารถผานเขาส Objective Lens ท าใหพนหลง (Back Ground) มด สวนทตกกระทบหยดน า จะหกเหเขาส Objective Lens ท าใหมองเหนหยดน าได ซงภาพทมองเหนจะมลกษณะเปนภาพ 2 มต และภายในเครองจะมสเกลแบงองศาสามารถอานมมสมผสของน าได ถา

25

วสดมคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด (SuperHydrophilic) มมสมผสระหวางหยดน ากบผวฟลมทมคาประมาณ 0 – 5 องศา เครองวดมมสมผส (Contact Angle Meter) และวธการวดมมสมผสของน าบนผวของกระจกและฟลม แสดงดงรปท 2.17 และ 2.18

รปท 2.17 แสดงเครองวดมมสมผส (Contact Angle Meter)

รปท 2.18 แสดงการวดมมสมผสของหยดน าบนพนผวของกระจก 2.12 คามมสมผส (Contact Angle)

คามมสมผส (Contact angle) คอมมระหวางหยดของของเหลววดเทยบกบผววสด ณ จดทผวทงสองเกาะตดกน และใชคามมสมผสนเปนเกณฑแบงความชอบน าบนผวของแขงวามคณสมบตชอบน าไดดหรอไมด มเกณฑดงน

1. มมสมผสเทากบ 0 ถง 5 องศา คอ มคณสมบตชอบน าอยางสมบรณ (Super hydrophilic) หรอ ไฮโดรฟลกยงยวด ซงเปนกรณทแรงยดตดมคามากกวาแรงเชอมแนนมาก ๆ เมอของเหลว ถกหยดลงบนผวของเหลวจะกระจายไปตามผวของของแขงจนกลายเปนชนของของเหลวบาง ๆ คลมพนผวของ ของแขงเปนบรเวณกวางทสด

2. มมสมผสมคาระหวาง 5 ถง 90 องศา คอ มคณสมบตชอบน าไดด (Hydrophilic) หรอไฮโดรฟลก ของเหลวจะกระจายไปบนผวไดเปนบรเวณกวางแตกยงคงเกาะกนเปนหยดนนขนเลกนอยจากผว ของของแขง

3. มมสมผสมคาตงแต 90 แตไมถง 180 องศา คอ มคณสมบตไมชอบน า (Hydrophobic) หรอ

26

ไฮโดร- โฟบก ของเหลวจะรวมกนเปนหยดรปทรงคอนขางกลม จะมบรเวณเลกๆ ทฐานของหยดทของเหลว ยงคงแตะกบผวของแขง

4. มมส มผ สม ค า เท ากบ 180 องศา คอ ม คณ สมบ ต ไม ชอบน าอย างสมบ รณ (Super hydrophobic) เกดขนเมอแรงยดตดมคานอยกวาแรงเชอมแนนมากๆ ดงนนของเหลวจะรวมกนเปนหยดทรงกลม บรเวณทของเหลวแตะกนผวของแขงจะอยทฐานของทรงกลม ซงเลกมากจนแทบจะเปนจด เมอเปนแบบน ของเหลวสามารถกลงไปมาบนผวไดอสระเหมอนลกบอลกลงบนพนเรยบ

รปท 2.19 แสดงคามมสมผสของหยดน า (Starfall, 2011) 2.13 ความชนสมพทธ (Relatively Humidity)

ความชนสมพทธหมายถง อตราสวนของไอน าทมอยจรงในอากาศ ตอปรมาณไอน าทท าใหอากาศอมตว ทอณหภมเดยวกน โดยมคาความชนสมพทธแสดงออกมาเปนรปของปรมาณรอยละ (%)

RH = (ปรมาณไอน าในอากาศ) / (ปรมาณไอน าในอากาศอมตว) (2.6)

โดยทปรมาณของน าในอากาศขนอยกบอณหภมอากาศ ถาหากอากาศทรอนกจะสามารถเกบไอ

น าไดมากกวาอากาศทเยน ดงนนหากเราท าการลดอณหภมของอากาศจนถงจดหนงจะเกดภาวะทเรยกวา อากาศอมตว ในภาวะอากาศอมตวน อากาศจะไมสามารถเกบกกไอน าไดมากกวานแลว โดยในจดนเราจะสามารถเรยกไดวา อากาศมความชนสมพทธ 100% และเมออณหภมยงคงลดต าลงเรอย ๆ ไอน าในอากาศกจะเกดการกลนตวเปลยนสถานะเปนของเหลว ณ อณหภมทท าใหเกดการควบแนนตรงนจะเรยกวา จดน าคาง (Dew Point) จดน าคางของอากาศชนจะมอณหภมสงกวาจดน าคางของอากาศแหง โดยทงนในการควบแนนของไอน าในอากาศ ท าใหเกดการคายความรอนแฝง จะสงผลใหอณหภมของอากาศรอบขางสงขน และจากทงหมดน เราสามารถน ามาอธบายผลกระทบตอการระบายความรอนในขณะทอปกรณระบายความรอนท างานอยได กลาวคอ ความชนสมพทธเปนดชนทใชวดความสามารถของอากาศในการดดซมความชน คออากาศทมความชนสมพทธทสง กจะมผลใหการคายความรอนออกจากอปกรณระบายความรอน หรอหมอน าโดยการระบายเกดขนไดชาลง แตถาอากาศมความชนสมพทธทต ากจะใหผลในทางตรงกนขาม คอท าใหการคายความรอนเกดขนเรว (www.overlockzone.com)

http://www.overlockzone.com/

27

2.14 งานวจยทเกยวของ ศรนภา และสขมาล (2549) ศกษาการเคลอบฟลมบางดวยการจมเคลอบ พบวาฟลมบางทม

องคประกอบของไททาเนยมไดออกไซดรอยละ 30 และซลการอยละ 70 โดยน าหนก เมอถกกระตนดวยแสงอตราไวโอเลตเปนเวลา 5 ชวโมง เกบในทมดและควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 มคามมสมผสของหยดน ากบผวฟลมมคาเปนศนย และคงสภาพไดนาน 41 วน

สทธพงษ และสภทรพร (2550) การศกษาการเคลอบกระจกดวยโลหะออกไซดผสมของไททาเนยมได-ออกไซด ซลกาและซเรยมออกไซด โดยใชวธโซลเจลในการเตรยมสารละลายและจมเคลอบฟลมบนกระจกสไลด พบวาถกน าไปกระตนดวยแสงอตราไวโอเลตเปนเวลา 5 ชวโมง กระจกเคลอบฟลมนสามารถแสดงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดไดเปนเวลาอยางนอย 30 วน และทดสอบโฟโตแคตาไลซส โดยวดคาเปลยนแปลงสบนกระจกพบวาสของสารละลาย เมธลออเรนจหายไปในเวลา 24 ชวโมง

Guan และคณะ (2005) ศกษาคณสมบตไฮโดรฟลกจากการเตมสารละลายธรรมชาต ไดแก สาร CeO2 และ La2O3 ลงในฟลมไททาเนยมไดออกไซด/ซลกาพบวา เมอเตมซเรยมออกไซด ท าใหฟลมแสดงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดไดเปนอยางด เมอถกระตนดวยแสงอตราไวโอเลตเปนเวลา 1 ชวโมง มคามมสมผส 6 องศา เมอเปรยบเทยบกบฟลม TiO2/SiO2, TiO2/SiO2/La2O3 และ TiO2/SiO2/CeO2/La2O3 มคามมสมผส 14, 7 และ 6 องศา ตามล าดบ แสดงวาการเตม CeO2 สามารถแสดงคณสมบตไฮโดรฟลกไดดทสด

Meng และSun (2005) ศกษากลไกลการเพมคณสมบตไฮโดรฟลกโดยการโดปซลเวอรลงในฟลมไททา-เนยมไดออกไซดดวยวธอารเอฟแมกนตรอนสปตเตอรง โดยโดปซลเวอรรอยละ 2.5, 5, 10, 20 และ40 โดยปรมาตร หลงจากฉายรงสอลตราไวโอเลต เปนเวลา 10, 15 , 30, 60 และ120 นาท พบวาเมอเวลาในการฉายรงสอลตราไวโอเลตเพมขน คามมสมผสของหยดน าจะลดลงเรอย ๆ ขณะทฉายรงสอลตราไวโอเลตเปนเวลา 120 นาท สารตวอยางทโดปซลเวอร ในปรมาณตาง ๆ มคามมสมผสของหยดน า 12, 12, 13, 15 และ13 องศา ตามล าดบ ซงมคามมสมผสทใกลเคยงกน โดยงานวจยดงกลาวเลอกใชการโดปซลเวอรรอยละ 15 โดยปรมาตร เพราะแสดงคณสมบตไฮโดรฟลกไดดทสด ซงการโดปซลเวอรลงในฟลมไททาเนยมไดออกไซดในปรมาณทเหมาะสมจะท าใหเกดการเพมขนของ O2 (ซปเปอรออกไซดแรดคล) และการเกดปฏกรยาบนพนผวอเลกตรอนและ Ti4+ และกลายเปน Ti3+ ท าใหเกดการแยกของอเลกตรอนและโฮล จงสงผลใหคณสมบตของไฮโดรฟลกดยงขน แตอยางไรกตามฟลมบางทไดไมสามารถแสดงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดคอมคามมสมผสของน าบนฟลมระหวาง 0 - 5 องศา

จราภรณ และคณะ (2548) การสงเคราะหและพสจนเอกลกษณของไททาเนยมไดออกไซดงานวจยน าเสนอวธเตรยมไททาเนยมไดออกไซดโดยใชวธโซลเจล ซงเตรยมจากปฏกรยาไฮโดรไลซส (Hydrolysis) และปฏกรยาการควบแนน (Condensation) ของไททาเนยม (IV) ไดไอโพรพอกไซดบสเพนเทนไดโอโนต และ 1, 3 โพรเพนไดออลจากนนน าไปเผาทอณหภมตางๆ คอ 400, 500, 600, 700 และ800 องศาเซลเซยส น าผงไททาเนยมทไดไปศกษาโครงสรางผลกดวยเทคนคตรวจสอบการเลยวเบนของรงสเอกซ (X–ray diffraction, XRD) พบวาอณหภม 400 องศาเซลเซยส อนภาคของไททาเนยมไดออกไซดจะอยในรปอนาเทสเทานน เฟสรไทลเรมเกดเมออณหภมสงขน และทอณหภม 700 องศาเซลเซยส ไดโครงสรางผลกของไททาเนยมไดออกไซดทมลกษณะเปนรไทลเกอบทงหมด

28

Marlon และคณะ (2012) ความสามารถในการชอบน าและการสลายตวของฟลมซงคออกไซดโดยวธจมเคลอบ ศกษาคณสมบตไฮโดรฟลกของซงคออกไซดรวมกบสมบตทางไฟฟาของคาชองวางพลงงานสารกงตวน าเพอสรางฟลมโปรงใส anti-fog และสมบตโฟโตแคตาไลตก โดยใชหลกการโซลเจล และจมเคลอบฟลม สงเกตผลจากคามมสมผส (ใกล 10 องศา) และค านวณคาสมประสทธการแพรกระจาย (มคาใกลศนย) แสดงใหเหนวาฟลมมความสามารถในการชอบน าไดด ลกษณะโฟโตแคตาไลตกของฟลมวดไดจากการสลายตวของสารละลายเมธลนบลซงขนกบความหนาของฟลม โดยความหนาของฟลมอยในชวง 0.1±0.05-0.5±0.05 ท าใหคาคงทปฏกรยาโฟโตแคตาไลตกเพมขนจาก 0.9×10-3 เปน 5.5×10-3 ตอนาท

Sergio และคณะ (2012) การสงเคราะห mesoporous TiO2 ขนาดนาโนโดยวธสงเคราะหแบบงายซงมปฏกรยาของไททาเนยม (IV) ไอโซโพรพอกไซด กบสารละลายของกรดไนตรก (HNO3) ในน า (pH 2.0) และก าจดสารระเหยโดยการกลน อกกรณหนง คอ mesoporous TiO2 ทโดปดวยซงค โดยเพมปรมาณซงคไนเตรท (Zn(NO3)2) 0.12 – 6.17 เปอรเซนตโดยน าหนก จากการศกษาฟงกชนของ Kubelke – Munk แสดงใหเหนวาคาชองวางพลงงานจากการสงเคราะหลดลง เมอเพมปรมาณซงค โดยคาชองวางพลงงานจาก 3.24 อเลกตรอนโวลต ลงลดเปน 2.91 อเลกตรอนโวลต และสงเกตวาคาชองวางพลงงานลดลงท าใหคณสมบตโฟโตแคตาไลตก ภายใตแสงอลตราไวโอเลต ท างานไดดจากการสลายตวของเมธลนบล (Methylene Blue)

บทท 3

อปกรณและวธการทดลอง

ในบทนจะกลาวถงสารเคมทใชในการทดลอง อปกรณ และวธการทดลอง ซงประกอบไปดวย

วธการเตรยมสารละลายโดยวธโซลเจล (Sol-Gel) และการเคลอบฟลมแบบจม (Dip Coating) และในสวนสดทายจะเปนแผนการทดลองทไดมการด าเนนงาน โดยมรายละเอยดของแตละสวนดงกลาวตอไปน

3.1 สารเคม 1. ไททาเนยม (IV) ไอโซโพรพอกไซด (Titanium (IV) Isopropoxide)

สตรเคม : C12H28O4Ti

บรษทผผลต : Fluka 2. เตรทตระเอทล ออโทซลเกต (Tetraethyl Orthosilicate)

สตรเคม : C8H20O4Si

บรษทผผลต : Fluka 3. ซงคไนเตรท เฮกซะไฮเดรท (Zinc Nitrate Hexahydrate)

สตรเคม : Zn(NO3)2.6H2O

บรษทผผลต : QReC 4. ไอโซโพรพานอล (Isopropanol)

สตรเคม : (CH3)2CHOH

บรษทผผลต : Fisher chemical 5. กรดไนตรก (65% Nitric Acid)

สตรเคม : HNO3

บรษทผผลต : Carlo Erba Reagent 6. เอทานอล (Ethanol)

สตรเคม : C2H5OH

30

7. อะซโตน (Acetone) 8. น าปราศจากไอออน (Deionize Water)

3.2 อปกรณและเครองมอ 1. เครองวดมมสมผส (Contract Angle) 2. UV-Vis Spectrophotometer 3. X-ray Diffraction (XRD) 4. Scanning Electron Microscope (SEM) 5. Energy Dispersive X-ray Microanalysis (EDX) 6. Atomic Force Microscope (AFM) 7. เครองเคลอบแบบจม (Dip Coating) 8. เครองไมโครปเปต (Micropipette) ขนาด 1000 ไมโครลตร 9. เครองกวนแบบแมเหลกและความรอน 10. เตาเผา

3.3 วธการทดลอง

การทดลองแบงออกเปน 2 สวน คอ การเตรยมสารละลาย และการเตรยมฟลม ซงมรายละเอยดดงน

3.3.1. การเตรยมสารละลาย การเตรยมฟลม 3 องคประกอบ คอ ไททาเนยมไดออกไซด ซลกา และซงคออกไซด ทโดปซงคออกไซดรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก โดยไททาเนยมไดออกไซดคงททรอยละ 30 โดยน าหนก ตามล าดบ ซงมขนตอนดงน

1. เตรยมตวท าละลาย (Solvent) ทใช คอ เอทานอล ทอณหภมหอง ปรมาณของตวท าละลายทใชขนอยกบปรมาณไททาเนยมไดออกไซดและซลกาทตองการเตรยม

2. เตมสารเตรทตระเอทล ออโทซลเกต (Tetraethyl Orthosilicate) ลงในตวท าละลายทเตรยมไวในขนตอนท 1 แลวกวนสารละลายใหเขากน เพอเพมอตราการเกดปฏกรยาและความสม าเสมอขององคประกอบของสารละลายและกวนสารละลายในขนตอนท 2 เปนเวลา 25 นาท ณ อณหภมหอง

3. เตมน าดไอออไนซลงในสารละลายในขนตอนท 2 โดยปรมาณของน าดไอออไนซทเตมลงไปขนอยกบปรมาณของสารตงตน และสารไททาเนยม (IV) ไอโซโพรพอกไซด และกวนสารละลายเปนเวลา 10 นาท ณ อณหภมหอง

4. เตมกรดไนตรก ความเขมขน 65% (65% HNO3) ในสารละลายขนตอนท 3 กวนสารละลายเปนเวลา 5 นาท ณ อณหภมหอง

31

5. เตมซงคไนเตรท เฮกซะไฮเดรท (Zinc Nitrate Hexahydrate) ตามปรมาณทเตรยม ซงคออกไซดรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก ลงในสารละลายในขนตอนท 4 แลวกวนสารละลายใหเขากน เปนเวลา 30 นาท ณ อณหภมหอง

6. เตมสารไททาเนยม (IV) ไอโซโพรพอกไซด ลงในสารละลายในขนตอนท 5 และกวนสารละลายทไดเปนเวลา 30 นาท ณ อณหภมหอง

7. น าสารละลายทเตรยมไดไปเคลอบฟลมบางบนกระจกสไลด และส าหรบการเตรยมสารประกอบออกไซดผสมรปแบบผง

3.3.2 การเคลอบฟลมบาง การเคลอบฟลมบางเปนวธการเคลอบฟลมแบบจม (Dip Coating) ลงในสารละลายทเตรยมไดซงมขนตอนการเคลอบดงน

1. น าแผนกระจกสไลดทลางสะอาดแลวมาเคลอบ โดยกระจกตองลางดวยดไอออไนซ, กรดออน (กรดไนตรกความเขมขนเจอจาง), ไอโซโพรพานอล และอะซโตน ตามล าดบ แลวเปาใหแหง

2. น าสารละลายทเตรยมไดในขนตอนการเตรยมสารละลาย เทลงในบกเกอร หลงจากนนใชเครองเคลอบแบบจม (Dip Coating) จมลงในสารละลาย เมอกระจกสไลดจมลงไปในสารละลายไดระยะการเคลอบทตองการใหยกแผนกระจกสไลดขนดงรปท 2.6 โดยวธการจมเคลอบนนตองมการควบคมอตราความเรวทใชในการเคลอบฟลมซงในโครงงานนใชอตราความเรวในการเคลอบ 55 มลลเมตรตอนาท

3. น ากระจกทเคลอบฟลมไดแลวทงไวใหแหง ทอณหภมหอง เปนเวลา 24 ชวโมง 4. น ากระจกทเคลอบฟลมในขนตอนท 3 ไปเผาทอณหภม 450 องศาเซลเซยส โดยเพม

อณหภมขนอยางชา ๆ ประมาณ 5 องศาเซลเซยสตอนาท จนกระทงอณหภม 450 องศาเซลเซยส เปนเวลา 2 ชวโมง

5. น ากระจกทไดจากขนตอนท 4 เกบใสกลอง เพอปองกนการเกาะตดฝนละออง 6. จากนนน ากระจกทไดไปวเคราะหคณสมบตทางกายภาพ เชน ความหนา ความใส และ

การแตกหลงการเผา 7. น ากระจกทเตรยมไดแลวมากระตนดวยแสงอลตราไวโอเลตทระยะเวลาประมาณ 5

ชวโมง และท าการวดมมสมผสของหยดน า

3.3.3 การเตรยมสารประกอบออกไซดผสมรปแบบผง การเตรยมสารประกอบออกไซดผสมรปแบบผง มขนตอนดงน

1. จากสารละลายทเตรยมได (3.3.1) น ามากวนเปนเวลาประมาณ 1 วน ทอณหภมหอง 2. น าไปใสในอางน าควบคมอณหภมควบคมอณหภม 70 องศาเซลเซยส รอจนกระทง

สารละลายในบกเกอรกลายเปนเจล มลกษณะคลายของแขงทมความนมเนองจากยงมตวท าละลายอย

3. น าเจลทไดบมทงไวขามคน

32

4. น าเจลทบมแลวไปอบทอณหภมประมาณ 110 องศาเซลเซยส เปนเวลา 10 ชวโมง และเผาตอเนองทอณหภม 450 องศาเซลเซยส เปนเวลา 5 ชวโมง

5. หลงจากการเผา บดของแขงทได และรอนผานตะแกรงขนาด 100 เมช

3.4 แผนการทดลอง งานวจยนศกษาตวแปรทมผลตอคณสมบตของฟลมทงสมบตไฮโดรฟลกยงยวด โดยมแผนการทดลองดงตารางท 3.1

ตารางท 3.1 แสดงแผนการทดลองทศกษาตวแปรทมผลตอคณสมบตของฟลม ล าดบท ตวแปรทตองการศกษา ตวแปรทควบคม 1. ปรมาณซงคออกไซดตอคณสมบต

ไฮโดรฟลกยงยวด - 5%ZnO - 10%ZnO - 15%ZnO - 20%ZnO

- ปรมาณไททาเนยมไดออกไซดรอยละ 30 โดยน าหนก

- ปรมาณเอทานอล - อตราเรวในการดงกระจกสไลดออกจาก

สารละลายท 55 มลลเมตรตอนาท - อณหภมทใชในการเผาฟลม 450

องศาเซลเซยส 2. พลงงานแสงทใชในการกระตน

- แสงอลตราไวโอเลต - แสงสขาว

- เวลาทใชในการกระตน 5 ชวโมง

3. ผลกระทบตอความชนสมพทธ - ไมควบคม - ควบคมทรอยละ 85

- เกบในทมด - กระตนดวยแสงสขาว 5 ชวโมง

บทท 4

ผลการทดลองและอภปรายผลการทดลอง

บทนจะกลาวถงผลการทดลองและอภปรายผลการทดลอง โดยแบงออกเปน 2 สวน สวนแรกคอ คณลกษณะทางกายภาพของโลหะออกไซด และสวนทสองคอ คณสมบตเฉพาะของฟลม ซงรายละเอยดแสดงไดดงตอไปน

4.1 คณลกษณะทางกายภาพของโลหะออกไซดผสม สารประกอบโลหะออกไซดผสมถกเตรยมใน 2 รปแบบ คอ รปแบบผง (Powder) และรปแบบฟลมบาง (Thin Film) เคลอบบนกระจกสไลด โดยน าสารทงสองรปแบบไปวเคราะหคณลกษณะทางกายภาพ

4.1.1 รปแบบผง

การว เคราะหคณลกษณะทางกายภาพ ใช เทคนคการเล ยวเบนของรงส เอกซ (X-ray Diffraction; XRD) เพอตรวจสอบโครงสรางและขนาดผลกของโลหะออกไซดผสมซงผสมระหวางสารไททาเนยมไดออกไซด ซลกาและซงคออกไซด ปจจยทศกษา ไดแก ปรมาณซงคออกไซดตอการเปลยนแปลงโครงสรางและขนาดผลกเฉลย และใชเครอง Scanning Electron Microscope (SEM) และ Energy Dispersive X-ray Microanalysis (EDX) เพอวเคราะหสดสวนองคประกอบของสาร ผลการทดลองเปนดงน

4.1.1.1 การวเคราะหหาโครงสรางและขนาดผลกของผงโลหะออกไซดผสม สารตวอยางมปรมาณซงคออกไซดทรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก ตามล าดบ ซงตวแปรควบคมคอ ปรมาณสารไททาเนยมไดออกไซดรอยละ 30 โดยน าหนก และอณหภมในการเผาสารท 450 องศาเซลเซยส โดยสารตวอยางทงหมดจะถกน าไปวเคราะหเฟสและขนาดผลกเฉลยดวยเครองเอกซเรยดฟแฟรกชน ผลการวเคราะหแสดงดงรปท 4.1

34

รปท 4.1 รปแบบ XRD ของสารตวอยาง 30%TiO2/SiO2/ZnO (ก) 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO (ข) 30%TiO2/60%SiO2/10%ZnO (ค) 30%TiO2/55%SiO2/15%ZnO (ง) 30%TiO2/50%SiO2/20%ZnO รปท 4.1 แสดงผลการวเคราะหผงโลหะออกไซดตวอยางทมปรมาณซงคออกไซดตางๆ เผาทอณหภม 450 องศาเซลเซยส เมอแกน x เปนคามม 2-Theta และแกน y เปนคาความเขมของรงสเอกซ ทเสนกราฟ TiO2 แสดงต าแหนงพคมาตรฐานของไททาเนยมไดออกไซด เฟสอนาเทส รปแบบ Tetragonal ZnO แสดงต าแหนงพคมาตรฐานของซงคออกไซด รปแบบ Hexagonal และ SiO2 แสดงต า แ ห น ง พ ค ม า ต ร ฐ า น ข อ ง ซ ล ก า ร ป ท 4 .1 (ก ) เป น ร ป แ บ บ XRD ข อ ง ส า ร 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO จะพบวาเสนกราฟไมเกดยอดพคบรเวณต าแหนงพคมาตรฐานของไททาเนยมไดออกไซด (TiO2) เฟสอนาเทส อาจเปนเพราะการเตรยมไทเทเนยมไดออกไซดดวยวธโซลเจล และเผาทอณหภม 450 องศาเซลเซยส โครงสรางยงอยในรปแบบอสณฐาน (Amorphous) ซงท าใหเหนรปแบบ XRD มลกษณะเปนเนนเลกๆ ฐานกวาง และใสวนของต าแหนงพคมาตรฐานของซงคออกไซด (ZnO) อาจเกดจากปรมาณซงค ออกไซด รอยละ 5 ถงรอยละ 20 เปนปรมาณทนอย ขนาดผลกเลกกวา 3 นาโนเมตร เสนกราฟมลกษณะเดยวกนทงหมด โดยมคาความเขมของรงสเอกซเพมขนเลกนอยและไมสามารถแสดงยอดพคใหเหนไดชดเจน ซงในงานวจยการสงเคราะหและพสจนเอกลกษณของไททาเนยมไดออกไซด (จราภรณ โฮมวงศ และคณะ, 2548) โดยเตรยมไททาเนยมไดออกไซดโดยใชวธโซล เจล ซงเตรยมจากปฏกรยาไฮโดรไลซส (Hydrolysis) และปฏกรยาการควบแนน (Condensation) ของไททาเนยม (IV) ไดไอโซโพรพอกไซด บสเพนเทนไดโอเนตและ 1,3-โพรเพนไดออล จากนนน าไปเผาทอณหภมตางๆ คอ 400, 500, 600, 700 และ 800 องศาเซลเซยส น าผงไททาเนยมทไดไปศกษาโครงสรางผลก ดวยเทคนค XRD พบวาอณหภมในการเผามผลตอโครงสรางของผลกและพนทผวของไท

ง ค

ข

ก

TiO2

SiO2

ZnO

35

ทาเนยมไดออกไซด ทอณหภม 400-500 องศาเซลเซยส อนภาคของไททาเนยมไดออกไซดจะอยในรปของอนาเทสเทานน จะเหนไดวาการเตมซงคออกไซดและซลกาท าใหอณหภมในการเปลยนเฟสเพมขน ดงนนจงสามารถสรปไดวาไททาเนยมไดออกไซดควรอยในรปแบบอนาเทส ขณะทไมพบยอดพค บรเวณต าแหนงพคมาตรฐานซงคออกไซดเชนกน ทงนอาจเปนเพราะปรมาณซงคออกไซดทใชมคานอย (รอยละ 5 - รอยละ 20)

4.1.1.2 การวเคราะหหาสดสวนองคประกอบของผงโลหะออกไซดผสม การวเคราะหหาสดสวนองคประกอบของผงโลหะออกไซดผสมจะใชเครอง Scanning Electron Microscope (SEM) ซงจะแสดงภาพถายขนาดนาโนเมตรและแสดงโครงสรางพนผวของผงโลหะออกไซด จากนนจะท าการวเคราะหหาองคประกอบของผงโลหะออกไซดผสมจากเครอง Energy Dispersive X-ray Microanalysis (EDX) โดยใชหลกการยงรงส X-ray ไปยงผงโลหะออกไซด และวดระดบการกระจายพลงงาน (Energy Dispersive) ทสะทอนออกมาในรป X-ray Fluorescence จะท าใหทราบชนดของธาตและปรมาณของธาตองคประกอบทอยภายในผงโลหะออกไซด สารต วอยางทท าการศกษาคอ โลหะออกไซดผสม ไททาเนยมไดออกไซด ซลกา และซงคออกไซด ทโดปซงคออกไซดรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก โดยทปรมาณไททาเนยมไดออกไซดคงททรอยละ 30 โดยน าหนก (ก) (ข) (ค) (ง)

36

รปท 4.2 ภาพถายจากเครอง SEM แสดงผงโลหะออกไซดทเตรยมโดยวธโซลเจล (ก) 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO (ข) 30%TiO2/60%SiO2/10%ZnO (ค) 30%TiO2/55%SiO2/15%ZnO (ง) 30%TiO2/50%SiO2/20%ZnO รปท 4.2 แสดงภาพถายจากเครอง SEM เมอน ามาวเคราะหดวย EDX ผลแสดงดงรป 4.3-4.6

รปท 4.3 กราฟแสดงองคประกอบของธาตในสาร 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO และ ผลวเคราะหปรมาณ องคประกอบของธาตจากเครอง EDX

รปท 4.4 กราฟแสดงองคประกอบของธาตในสาร 30%TiO2/60%SiO2/10%ZnO และ ผลวเคราะหปรมาณ องคประกอบของธาตจากเครอง EDX

Element Wt% At% O 45.70 65.28 Si 28.66 23.32 Ti 19.08 09.10 Zn 06.56 02.29


37

รปท 4.5 กราฟแสดงองคประกอบของธาตในสาร 30%TiO2/55%SiO2/15%ZnO และ ผลวเคราะหปรมาณ องคประกอบของธาตจากเครอง EDX รปท 4.6 กราฟแสดงองคประกอบของธาตในสาร 30%TiO2/50%SiO2/20%ZnO และ ผลวเคราะหปรมาณ องคประกอบของธาตจากเครอง EDX



38

ตารางท 4.1 แสดงคาองคประกอบของธาตในผงโลหะออกไซดจากการค านวณทางทฤษฎและการวเคราะหดวยเครอง EDX

สารตวอยาง ธาต

องคประกอบ คาจากการค านวณ

ทางทฤษฎ (%)

คาจากการวเคราะหดวยเครอง

EDX (%) คาความคลาด-

เคลอน (%) 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO Ti 17.81 13.93 11.06

Si 30.21 27.70 8.31

Zn 4.00 3.88 3.00

O 47.87 54.49 9.65 30%TiO2/60%SiO2/10%ZnO Ti 17.62 19.08 8.29

Si 27.53 28.66 4.10

Zn 7.87 6.56 3.94

O 46.98 45.70 2.72 30%TiO2/55%SiO2/15%ZnO Ti 17.46 16.21 7.16

Si 24.97 24.26 2.84

Zn 11.71 11.54 1.45

O 45.85 47.99 4.67 30%TiO2/50%SiO2/20%ZnO Ti 17.30 18.62 7.69

Si 22.49 24.83 10.40

Zn 15.47 16.85 8.92

O 44.75 39.69 11.31 จากตารางท 4.1 แสดงคาองคประกอบของธาตในผงโลหะออกไซดทมความแตกตางกนของสดสวนองคประกอบของสาร เมอพจารณาคาความคลาดเคลอนองคประกอบของธาต Ti:Si:Zn:O ในสาร 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO, 30%TiO2/60%SiO2/10%ZnO, 30%TiO2/55%SiO2/15%ZnO และ 30%TiO2/50%SiO2/20%ZnO ตามล าดบ พบวา มคาความคลาดเคลอนไมเกนรอยละ 15 ซงเปนชวงคาความคลาดเคลอนทสามารถยอมรบได แสดงวาคาทไดจากการค านวณทางทฤษฎและจากการวเคราะหมคาใกลเคยงกน ดงนนวธการเตรยมสารละลายโลหะออกไซดผสมดวยวธโซลเจลจะใหผลตภณฑสดทายทมความสม าเสมอขององคประกอบภายใน แตสาเหตทท าใหคาจากการทดลองตางจากคาทค านวณทางทฤษฎ อาจเนองมาจากขนตอนการเตรยมสารตงตน โดยสารตงตนทเลอกใชอยในรปของของเหลว ทละลายในตวท าละลาย การเตมสารตองท าอยางรวดเรวกอนทตวท าละลายจะระเหย

39

ไป นอกจากนแลวผลการวเคราะหดวยเครอง EDX ท าใหสรปไดวามสารซงคออกไซดเปนองคประกอบในสารตวอยาง ถงแมวาจะไมสามารถวเคราะหดวยวธ XRD ส าหรบรปท 4.2 แสดงภาพถายของผงโลหะออกไซดจากเครอง SEM พบวาไมสามารถเหนการจดเรยงตวของอนภาคไททาเนยมไดออกไซด/ซลกา/ซงคออกไซด ทก าลงขยายประมาณ 1000 เทา แสดงวาอนภาคออกไซดมขนาดเลกมากในระดบนาโนเมตรตองใชเทคนคการวเคราะหอนชวย ไดแก TEM

4.1.2 รปแบบฟลมบาง

4.1.2.1 การวเคราะหหาสดสวนองคประกอบของฟลมบาง การวเคราะหหาสดสวนองคประกอบของฟลมบางจะใชเครอง SEM ซงจะแสดงภาพถายขนาดนาโนเมตรและแสดงโครงสรางพนผวของฟลมบางโลหะออกไซดผสม จากนนจะท าการวเคราะหหาองคประกอบของฟลมบางโลหะออกไซดผสมจากเครอง EDX โดยใชหลกการยงรงส X-ray ไปยงตวอยางฟลมบางโลหะออกไซด และวดระดบการกระจายพลงงาน (Energy Dispersive) ทสะทอนออกมาในรป X-ray Fluorescence จะท าใหทราบชนดของธาตและปรมาณของธาตองคประกอบทอยภายในฟลมบางโลหะออกไซด ตวอยางฟลมบางทท าการศกษาไดแก 30%TiO2/SiO2 ทโดปซงคออกไซดรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก (ก) (ข) (ค) (ง)

40

รปท 4.7 ภาพถายจากเครอง SEM แสดงลกษณะของฟลมบางทเตรยมโดยวธโซลเจล (ก) 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO (ข) 30%TiO2/60%SiO2/10%ZnO (ค) 30%TiO2/55%SiO2/15%ZnO (ง) 30%TiO2/50%SiO2/20%ZnO

รป 4.7 แสดงภาพถายดวยเครอง SEM ของฟลมบางเมอวเคราะหดวย EDX ท าใหไดคาองคประกอบของธาตบนฟลมดงแสดงในรปท 4.8-4.10 ท 4.8 กราฟแสดงองคประกอบของธาตในสาร 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO และผลวเคราะหปรมาณองคประกอบของธาตจากเครอง EDX

รปท 4.8 กราฟแสดงองคประกอบของธาตในสาร 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO และผลวเคราะหปรมาณองคประกอบของธาตจากเครอง EDX

รปท 4.9 กราฟแสดงองคประกอบของธาตในสาร 30%TiO2/50%SiO2/10%ZnO และผลวเคราะหปรมาณองคประกอบของธาตจากเครอง EDX



41

รปท 4.10 กราฟแสดงองคประกอบของธาตในสาร 30%TiO2/55%SiO2/15%ZnO และผลวเคราะหปรมาณองคประกอบของธาตจากเครอง EDX รปท 4.11 กราฟแสดงองคประกอบของธาตในสาร 30%TiO2/50%SiO2/20%ZnO และผลวเคราะหปรมาณองคประกอบของธาตจากเครอง EDX จากรปท 4.7 แสดงลกษณะโครงสรางบนพนผว เมอวเคราะหสดสวนองคประกอบของฟลมบางโลหะออกไซดผสม ส าหรบฟลมบาง 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO คาทไดจากการวเคราะหดวยเครอง EDX มปรมาณองคประกอบของธาต Ti:Si:Zn:O เทากบ 1.72:53.52:3.12:41.64 เปอรเซนต โดยน าหนก ฟลมบางองคประกอบของสาร 30%TiO2/60%SiO2/10%ZnO คาทไดจากการวเคราะหดวยเครอง



42

EDX มปรมาณองคประกอบของธาต Ti:Si:Zn:O เทากบ 1.76:52.42:2.28:43.54 เปอรเซนต โดยน าหนก ทองคประกอบของสาร 30%TiO2/55%SiO2/15%ZnO คาทไดจากการวเคราะหดวยเครอง EDX มปรมาณองคประกอบของธาต Ti:Si:Zn:O เทากบ 1.45:54.18:3.10:41.27 เปอรเซนต โดยน าหนก ส าหรบฟลมบาง 30%TiO2/50%SiO2/20%ZnO คาทไดจากการวเคราะหดวยเครอง EDX มปรมาณองคประกอบของธาต Ti:Si:Zn:O เทากบ 1.38:52.12:2.82:43.68 เปอรเซนต โดยน าหนก เมอพจารณาสดสวนองคประกอบของธาตบนฟลมบางโลหะออกไซดผสม พบวา ฟลมบางมการกระจายตวของธาตไดด องคประกอบของธาต Ti:Si:Zn:O บนฟลมบาง มคาใกลเคยงกนมาก ในทกๆ สดสวนองคประกอบของสาร และเนองจากฟลมบางมความบางมาก ในการวเคราะหจงท าใหเหนองคประกอบของซลกาซงเปนองคประกอบหลกของกระจกสไลด ในปรมาณทมากกวาปรมาณทใชจรงบนฟลมบาง 4.1.2.2 การวเคราะหลกษณะทางกายภาพของพนผวฟลมบาง การศกษานไดน าเอาวธการวเคราะหลกษณะพนผวดวยกลองจลทรรศนแรงอะตอม (Atomic Force Microscope: AFM) มาใชในการวเคราะหพนผวฟลมบาง โดยวดความขรขระของพนผว (roughness) แสดงผลดวยคาความขรขระเฉลย หรอ Ra จากการวเคราะหลกษณะพนผวของฟลมทละเอยดในระดบนาโนสเกล พนผวมลกษณะแตกตางกน ดงน

(ก) (ข) (ค)

(ง) (จ)

รปท 4.12 แสดงภาพถายสามมตจาก AFM ของฟลมบางโลหะออกไซดผสม (ก) กระจกเปลา (ข) 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO (ค) 30%TiO2/60%SiO2/10%ZnO

(ง) 30%TiO2/55%SiO2/15%ZnO (จ) 30%TiO2/50%SiO2/20%ZnO

43

ผลการวเคราะหพบวา กระจกเปลา ภาพท 4.12 (ก) ใหลกษณะของพนผวขรขระ มปมเลกแหลมกระจายอยทวไปอยางสม าเสมอ มคาความขรขระเฉลยท 2.58 นาโนเมตร ส าหรบ 30%TiO2/65%SiO2/5%ZnO มความขรขระเฉลยท 0.73 นาโนเมตร มลกษณะฟลมเรยบ ทองคประกอบของฟลม 30%TiO2/60%SiO2/10%ZnO ใหลกษณะฟลมเรยบ ใกลเคยงกน มคาความขรขระเฉลยอยท 0.86 นาโนเมตร ส าหรบ 30%TiO2/55%SiO2/15%ZnO ใหลกษณะฟลมทขรขระ โดยมคาความขรขระเฉลยอยท 2.11 นาโนเมตร และฟลมบาง 30%TiO2/50%SiO2/20%ZnO มความขรขระมากกวาคอ 2.13 นาโนเมตร ความขรขระของฟลมไททาเนยมอาจเกดจากกลมของอนภาคทรวมตวกน (aggregate) ท าใหพนผวของฟลมมความขรขระมากขน (Anakapan และคณะ, 2011)

4.2 คณสมบตเฉพาะของฟลม 4.2.1 การวเคราะหสมบตทางแสง

การวเคราะหสมบตทางแสงของฟลมดวยเครอง UV-Vis spectrophotometer โดยใชเทคนค การสองผานของแสง (Optical transmittance) ตารางท 4.2 แสดงสเปคตรมการสองผานแสง (Optical transmittance) ทความยาวคลน 550 นาโนเมตร ทปรมาณซงคออกไซดตาง ๆ

จากตารางท 4.2 การแสดงสเปคตรมการสองแสง (Optical transmittance) ทความยาวคลน 550 นาโนเมตร ของฟลมบางไททาเนยมไดออกไซด และซลกา ทโดปดวยซงคออกไซดในปรมาณรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก เมอท าการวดในชวงความยาวคลน 200 - 800 นาโนเมตร พบวาฟลมทเตรยมไดจาก ทก ๆ เงอนไข มการสองผานในชวงแสงสขาว (ความยาวคลนเฉลย 550 นาโนเมตร) สงกวารอยละ 90 จากขอมลการสองผานของแสงนสามารถค านวณหาชองวางพลงงานได โดยอาศยความสมพนธระหวางสมประสทธการดดกลนแสงกบชองวางพลงงาน (Serponeet al., 1995); optD EhvEhv 2 เมอ h คอ คาคงทของพลงค v คอ ความถของโฟตอนทตกกระทบ DE คอ คาคงท optE คอ คาชองวางพลงงาน และ คอ คาสมประสทธการดดกลนแสง ซงสามารถหาไดจาก

ความสมพนธระหวาง

Tt

1ln

1 เมอ t คอ ความหนา และ T คอ คาการสองผาน ดงรปท 4.13

ปรมาณสารบนฟลม คาสเปคตรมการสองผานแสง(%) ทความยาวคลน 550 นาโนเมตร

%TiO2 %SiO2 %ZnO

30 65 5 94.24 30 60 10 92.61 30 55 15 92.37 30 50 20 94.96

44

2213210 meVhv

รปท 4.13 กราฟแสดงความสมพนธระหวาง 2hv กบคาพลงงานโฟตอน (Photon Energy)

ของฟลมบางไททาเนยมไดออกไซด และซลกา ทโดปดวยซงคออกไซด จากรปท 4.13 แสดงความสมพนธระหวาง 2hv กบคาพลงงานโฟตอน (Photon Energy)

ของฟลมบางไททาเนยมไดออกไซด และซลกา ทโดปดวยซงคออกไซดปรมาณรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก สามารถค านวณคาชองวางพลงงานได เมอลากเสนสมผสกบเสนกราฟบรเวณทกราฟมความชนสงตดผานแกน x ผลการค านวณแสดงดงตารางท 4.3

ตารางท 4.3 ตารางแสดงคาชองวางแถบพลงงานทปรมาณซงคออกไซดตางๆ

ตารางท 4.3 แสดงใหเหนวาการโดปซงคออกไซดลงบนฟลมไททาเนยมไดออกไซด และซลกา มผลท าใหคาชองวางแถบพลงงานนอยกวา 3 อเลกตรอนโวลต

ส าหรบงานวจยน ศกษาคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด (Super-hydrophilic) และระยะเวลาทสามารถคงคณสมบตนได เมอถกกระตนดวยแสงสขาว (Visible light) ของฟลมบางไททาเนยมไดออกไซด และซลกา ซงโดปดวยซงคออกไซดในปรมาณรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก

ปรมาณสารบนฟลม คาชองวางแถบพลงงาน (อเลกตรอนโวลต)

%TiO2 %SiO2 %ZnO

30 65 5 2.44 30 60 10 2.48 30 55 15 2.41 30 50 20 2.55

45

เนองจากไททาเนยมไดออกไซดเปนสารทมคาชองวางแถบพลงงานสง จงตองการพลงงานจากแสงอลตราไวโอเลต (ความยาวคลนประมาณ 320-400 นาโนเมตร) ในการกระตนใหเกดคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด และการทโดปดวยซงคออกไซดเขาไป จะสงผลใหคาชองวางแถบพลงงานของไททาเนยมไดออกไซดลดลงต ากวา 3 อเลกตรอนโวลตได ดงนนจงสามารถใชพลงงานจากแสงสขาว (ความยาวคลนเฉลย 550 นาโนเมตร) ในการกระตนใหเกดคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดไดเชนกน

4.2.2 การวเคราะหคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด

กระจกทเคลอบฟลมทมองคประกอบของไททาเนยมไดออกไซดจะมคณสมบตพเศษเมอถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลตจะท าใหบรเวณพนผวของฟลมเปลยนคณสมบตจากไฮโดรโฟบก (Hydrophobic) ท ไม ชอบน ากลายเปนคณสมบต ไฮโดรฟลกย งยวด (Super-hydrophilic) ท มความชอบน าอยางยงขน โดยกลไกการเกดคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดทตองถกกระตนดวยแสง (Photoinduced Hydrophilicity) บนพนผวของ ไททาเนยมไดออกไซดนน เรมจากพนผวของไททาเนยมไดออกไซด เมอไดรบแสงอลตราไวโอเลตทฉายลงบนพนผวซงมพลงงานเทากบหรอมากกวาคาชองวางแถบพลงงาน ทจะกระตนใหเกดคของอเลกตรอน (Excited Electron, e-) และโฮล (Excited Hole, h+) ขน ซงอเลกตรอนทเกดขนนนจะออกซไดซ Ti4+ บนพนผวเปน Ti3+ ในขณะโฮลทเกดขนนนจะถกจบไวทโครงผลก (Lattice) บรเวณพนธะระหวางไททาเนยมไดออกไซดกบออกซเจนมความแขงแรงของพนธะลดลง สงผลใหออกซเจนหลดออกจากโครงผลกเกดเปนทวาง (Oxygen Vacancy) ซงบรเวณนเองจะเกดการแตกตวของน าทถกดดซบบนพนผว (Adsorbed Water) เกดเปนหม ไฮดรอกซล (Hydroxyl Group) เกาะอยบนพนผวของไททาเนยมไดออกไซดสงผลใหมมสมผส (Contact Angle) ของน าทอยบนพนผวมคานอยลง ท าใหน าไมเกาะเปนหยด แตจะเปยกและไหลลงในลกษณะเปนฟลมบางกระจายไปทวพนผวกระจก โดยการทดสอบดวยคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดดวยการวดมมสมผสของหยดน าบนพนผวของฟลม ซงท าการเตรยมสารละลายดวยวธโซลเจลและใชวธจมเคลอบในการเตรยมฟลม โดยควบคมอตราเรวทใชในการจมเคลอบ 55 มลลเมตรตอนาท และเผาฟลมทอณหภม 450 องศาเซลเซยส เปนเวลา 2 ชวโมง หลงจากนนน าฟลมทไดมาทดสอบคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดโดยการวดมมสมผสทงทถกกระตนดวยแสงอตราไวโอเลตและแสงสขาว ตามเงอนไข เปนเวลา 5 ชวโมง และทไมถกกระตนดวยแสง จากนนน าฟลมทไดแบงเกบไวในกลองมดทควบคมความชนสมพนธ (Relative Humidity) รอยละ 85 และเกบใสกลองมดทไมไดควบคมความชน เพอศกษาความคงอยของคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด หลงจากการกระตนดวยแสงชนดตาง ๆ เพยง 1 ครง ผลการทดลองแสดงดงรปท 4.14-4.18

46

รปท 4.14 แสดงภาพลกษณะของหยดน าบนกระจกทเคลอบดวยฟลม โดยไมมการกระตนดวยแสง (ก) 30%TiO2, 65%SiO2 และ 5%ZnO (ข) 30%TiO2, 60%SiO2 และ 10%ZnO (ค) 30%TiO2, 55%SiO2 และ 15%ZnO (ง) 30%TiO2, 50%SiO2 และ 20%ZnO

จากรปท 4.14 พบวามมสมผสของหยดน า (ก) มคาประมาณ 34 องศา (ข) มคาประมาณ 50 องศา

(ค) มคาประมาณ 48 องศา และ (ง) มคาประมาณ 54 องศา แสดงใหเหนวากระจกทเคลอบฟลม โดยไมมการกระตนดวยแสง มคามมสมผสของหยดน าใกลเคยงกบกระจกเปลาซงมคามมสมผสของหยดน าประมาณ 34 องศา (เนตรนภา และศราวด, 2551) ผลการทดลองสามารถกลาวไดวา เมอปรมาณซงคออกไซดเพมขน คามมสมผสของหยดน ามคาสงขน อยทคาประมาณ 50 องศา

รปท 4.15 แสดงภาพลกษณะของหยดน าบนกระจกเคลอบฟลมบาง 30%TiO2, 65%SiO2 และ 5%ZnO (ก) การกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต (ข) หลงจากการกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 (ค) การกระตนดวยแสงสขาว (ง) หลงจากการกระตนดวยแสงสขาว และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85

47

ส าหรบกระจกเคลอบฟลมบาง 30%TiO2, 65%SiO2 และ 5%ZnO พบวามมสมผสของหยดน า เมอฟลมถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต หรอกระตนดวยแสงสขาว คามมสมผสของหยดน าอยในชวง 0-5 องศา ซงเปนคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด หลงจากนนเกบฟลมไวในกลองมดทมการควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 พบวาฟลมยงคงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดได โดยมคามมสมผสของหยดน าอยในชวง 0-5 องศา จากรปท 4.15

รปท 4.16 แสดงภาพลกษณะของหยดน าบนกระจกเคลอบฟลมบางประกอบดวย 30%TiO2, 60%SiO2

และ10%ZnO (ก) กระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต (ข) หลงจากการกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 (ค) กระตนดวยแสงสขาว (ง) หลงจากการกระตนดวยแสงสขาว และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85

ส าหรบกระจกเคลอบฟลมบาง 30%TiO2, 65%SiO2 และ 10%ZnO พบวามมสมผสของหยด

น า เมอฟลมถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต คามมสมผสของหยดน าอยในชวง 0-5 องศา ซงเปนคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด หลงจากนนเกบฟลมไวในกลองมดทมการควบคมความชนสมพนธรอยละ 85 พบวาฟลมยงคงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดได โดยมคามมสมผสของหยดน าอยในชวง 0-5 องศา สวนฟลมทถกกระตนดวยแสงสขาว มมสมผสของหยดน ามคาประมาณ 19 องศา ซงไมเกดเปนคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด แตหลงจากทมการเกบฟลมไวในกลองมดทมการควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 พบวาฟลมสามารถเกดเปนคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดได โดยมคามมสมผสของหยดน าอยในชวง 0-5 องศา ดงแสดงในรปท 4.16

48

รปท 4.17 แสดงภาพลกษณะของหยดน าบนกระจกเคลอบฟลมบาง 30%TiO2, 55%SiO2 และ15%ZnO (ก) การกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต (ข) หลงจากการกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 (ค) กระตนดวยแสงสขาว (ง) หลงจากการกระตนดวยแสงสขาว และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85

ส าหรบกระจกเคลอบฟลมบาง 30%TiO2, 55%SiO2 และ 15%ZnO พบวามมสมผสของหยดน า เมอฟลมถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต หรอกระตนดวยแสงสขาว คามมสมผสของหยดน าอยในชวง 0-5 องศา ซงเปนคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด หลงจากนนเกบฟลมไวในกลองมดทมการควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 พบวาฟลมยงคงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดได โดยมคามมสมผสของหยดน าอยในชวง 0-5 องศา รปท 4.18 แสดงภาพลกษณะของหยดน าบนกระจกเคลอบฟลมบาง 30%TiO2, 50%SiO2 และ20%ZnO (ก) กระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต (ข) หลงจากการกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 (ค) กระตนดวยแสงสขาว (ง) หลงจากการกระตนดวยแสงสขาว และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85

49

ส าหรบกระจกเคลอบฟลมบาง 30%TiO2, 50%SiO2 และ 20%ZnO พบวามมสมผสของหยดน า เมอฟลมถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต คามมสมผสของหยดน าอยในชวง 0-5 องศา ซงเปนคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด หลงจากนนเกบฟลมไวในกลองมดทมการควบคมความชนสมพนธรอยละ 85 พบวามมสมผสของหยดน ามคาประมาณ 10 องศา ซงไมเกดเปนคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด ส ว น ฟลมทถกกระตนดวยแสงสขาว คามมสมผสของหยดน าอยในชวง 0-5 องศา ซงเปนคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด หลงจากนนเกบฟลมไวในกลองมดทมการควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 พบวาฟลมยงคงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดได

ดงนนจะแสดงใหเหนวา แสงมผลกระทบโดยตรงตอการเกดคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดของฟลม โดยฟลมทถกกระตนดวยแสงจะท าใหมคามมสมผสของหยดน ามคาลดลง ซงมความแตกตางจากฟลมทไมถกกระตนดวยแสง ท าใหคามมสมผสของหยดน ามคาใกลเคยงกบกระจกเปลา สวนการทโดปซงคออกไซดลงบนฟลมทาไทเนยมไดออกไซด และซลกา หลงจากไดรบการกระตนดวยแสงสขาว และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 ท าใหกระจกทเคลอบฟลมบางในทกๆปรมาณซงคออกไซด (รอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก) มคามมสมผสของหยดน าประมาณ 0-5 องศา นนคอฟลมแสดงคณสมบตไฮโดรฟลก ยงยวด เปนคณสมบตทชอบน าอยางมาก โดยน าจะไมเกาะกนเปนหยดบนกระจก แตจะแผกระจายปกคลมพนผวอยางสม าเสมอทวพนผว ซงเปนผลมาจากการท างานรวมกนของซงคออกไซด และไททาเนยมไดออกไซด ซงซงคออกไซด และไททาเนยมไดออกไซด ตางมคาชองวางแถบพลงงานสงกวา 3 อเลกตรอนโวลตดวยกนทงค หลงจากทโดปซงคออกไซดลงบนฟลมไททาเนยมไดออกไซด ท าใหคาชองวางแถบพลงงานลดลงต ากวา3 อเลกตรอนโวลต แสงสขาว (ความยาวคลนเฉลย 550 นาโนเมตร) จงสามารถกระตนฟลม ใหเกดคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดได ส าหรบการศกษาการศกษาคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดของฟลมไททาเนยมไดออกไซด และซลกา ทโดปดวยซงคออกไซดในปรมาณรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก เมอถกแบงเกบไวในทมดทควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 และไมควบคมความชนสมพทธ หลงจากการถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และแสงสขาว ตามเงอนไข เปนเวลา 5 ชวโมง เพอศกษาระยะเวลาในการเกดคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดของฟลมหลงจากกระตนดวยแสงเพยง 1 ครง ผลการทดลองแสดงดงรปท 4.19-4.22 ดงน

50

รปท 4.19 การเปลยนแปลงคามมสมผสของหยดน าบนกระจกทเคลอบฟลมบาง 30%TiO2, 65%SiO2

และ 5%ZnO ตอระยะเวลา หลงจากกระตนดวยแสงเปนเวลา 5 ชวโมง

จากกราฟรปท 4.19 แสดงคาการวดมมสมผสของหยดน าบนกระจกทเคลอบฟลมบาง 30%TiO2, 65%SiO2 และ 5%ZnO เมอถกกระตนดวยแสง เปนเวลา 5 ชวโมง เพยง 1 ครง และเกบไวในกลองมด พบวา ฟลมทถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต ทงทมการควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 และไมควบคมความชนสมพทธ มคามมสมผสของหยดน าในชวง 0-5 องศา ไดนานถง 3 วน หลงจากนนคามมสมผสของหยดน าจะมคาเพมขนเกน 10 องศามากขนเรอยๆ ฟลมทถกกระตนดวยแสงสขาว โดยทไมควบคมความชนสมพทธ มคามมสมผสของหยดน าในชวง 0-5 องศา ไดนาน 1 วน หลงจากนนคามมสมผสของหยดน าจะมคาเพมขนเกน 10 องศาขนมากเรอยๆ สวนฟลมทถกกระตนดวยแสงสขาว และมการควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 มคามมสมผสของหยดน าในชวง 0-5 องศา ไดนานถง 3 วน และคามมสมผสของหยดน าจะมคาเพมขนไมเกน 10 องศา ไดนานถง 8 วน หลงจากนนมมสมผสของหยดน าจะมคาเพมมากขนเรอยๆ

51


และ 10%ZnO ตอระยะเวลา หลงจากกระตนดวยแสงเปนเวลา 5 ชวโมง และเกบในทมด

จากกราฟรปท 4.20 แสดงคาการวดมมสมผสของหยดน าบนกระจกท เคลอบฟลมบาง 30%TiO2, 60%SiO2 และ 10%ZnO เมอถกกระตนดวยแสง เปนเวลา 5 ชวโมง เพยง 1 ครง และเกบไวในกลองมด พบวา ฟลมทถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต ทไมมการควบคมความชนสมพทธ มคามมสมผสของหยดน าในชวง 0-5 องศา ไดนาน 1 วน หลงจากนนคามมสมผสของหยดน าจะมคาเพมขนเกน 10 องศาขนไป ฟลมทถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และมการควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 มคามมสมผสของหยดน าในชวง 0-5 องศา ไดนาน 2 วน หลงจากนนคามมสมผสของหยดน าจะมคาเกน 10 องศาขนไปเรอยๆ ฟลมทถกกระตนดวยแสงสขาวทไมมการควบคมความชนสมพทธ มมสมผสของหยดน ามคาเกน 10 องศาตงแตวนแรก และคาเพมมากขนเรอยๆ สวนฟลมทถกกระตนดวยแสงสขาว และมการควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 มคามมสมผสของหยดน าในชวง 0-5 องศา ไดนานเพยง 1 วน และคามมสมผสของหยดน าจะมคาเพมขนไมเกน 10 องศา ไดนานถง 2 วน หลงจากนนมมสมผสของหยดน าจะมคาเพมมากขนเรอยๆ

52



จากกราฟรปท 4.21 แสดงคาการวดมมสมผสของหยดน าบนกระจกท เคลอบฟลมบาง 30%TiO2, 55%SiO2 และ 15%ZnO เมอถกกระตนดวยแสง เปนเวลา 5 ชวโมง เพยง 1 ครง และเกบไวในกลองมด พบวา ฟลมทถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และแสงสขาว ทมการควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 และไมควบคมความชนสมพทธ มคามมสมผสของหยดน าในชวง 0-5 องศา ไดนานเพยง 1 วน และคามมสมผสของหยดน าจะมคาเพมขนไมเกน 10 องศา ไดนานถงวนท 2 หลงจากนนมมสมผสของหยดน าจะมคาเพมขนเรอยๆ ยกเวนฟลมทถกกระตนดวยแสงสขาว โดยไมมการควบคมความชนสมพทธ มมสมผสของหยดน าในวนท 2 มคามมเกน 10 องศาแลว

53



จากกราฟรปท 4.22 แสดงคาการวดมมสมผสของหยดน าบนกระจกท เคลอบฟลมบาง 30%TiO2, 50%SiO2 และ 20%ZnO เมอถกกระตนดวยแสง เปนเวลา 5 ชวโมง เพยง 1 ครง และเกบไวในกลองมด พบวา ฟลมทถกกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และแสงสขาว ทไมมการควบคมความชนสมพทธ มคามมสมผสของหยดน าในชวง 0-5 องศา ไดนาน 1 วน หลงจากนนคามมสมผสของหยดน าจะมคาเพมขนมากกวา 10 องศา และฟลมทกระตนดวยแสงอลตราไวโอเลต และมควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 มมสมผสของหยดน ามคาเกน 10 องศาตงแตวนแรก และคาเพมขนมากเรอยๆ สวนฟลมทถกกระตนดวยแสงสขาว และมการควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 มคามมสมผสของหยดน าในชวง 0-5 องศา ไดนานถง 2 วน และคามมสมผสของหยดน าจะมคาเพมขนไมเกน 10 องศา ไดนานถง 4 วน หลงจากนนมมสมผสของหยดน าจะมคาเพมมากขนเรอยๆ

54

รปท 4.23 การเปลยนแปลงคามมสมผสของหยดน าบนกระจกทเคลอบฟลมบาง 30%TiO2/SiO2 ทโดปดวยซงคออกไซดปรมาณรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก ตอระยะเวลา หลงจากการกระตนดวยแสงสขาว และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85

จากกราฟรปท 4.23 แสดงคามมสมผสของหยดน าบนกระจกทเคลอบฟลมบาง 30%TiO2/SiO2

ทโดปดวยซงคออกไซดปรมาณรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก หลงจากการกระตนดวยแสงสขาว และเกบไวในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 พบวา ฟลมบาง 30%TiO2/SiO2 ทโดปดวยซงคออกไซดปรมาณรอยละ 5 และ 20 โดยน าหนก สามารถคงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด มคามมสมผสของหยดน าในชวง 0-5 องศา ไดระยะเวลานานทสด แตเมอพจารณาอตราการเพมขนของคามมสมผสของหยดน า พบวา ฟลมบาง 30%TiO2/SiO2 ทโดปดวยซงคออกไซดปรมาณรอยละ 5 โดยน าหนก มอตราการเพมขนของคามมสมผสของหยดน านอยกวาฟลมบาง 30%TiO2/SiO2 ทโดปดวยซงคออกไซดปรมาณรอยละ 10 โดยน าหนก ดงนนฟลมบาง 30%TiO2/SiO2 ทโดปดวยซงคออกไซดปรมาณรอยละ 5 โดยน าหนก จงตอบสนองตอคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดไดดทสด

ส าหรบงานวจยนศกษาผลกระทบของซงคออกไซดตอคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดของฟลมไท-ทาเนยมไดออกไซดตอคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด ซงโดปดวยซงคออกไซดปรมาณรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก ในการโดปซงคออกไซดลงบนฟลมบางไททาเนยมไดออกไซด และซลกา มผลตอคาชองวางแถบพลงงานของฟลมบางโลหะออกไซดผสม ท าใหคาชองวางแถบพลงงานของฟลมบางโลหะออกไซดผสมลดลงต ากวา 3.24 อเลกตรอนโวลต เปน 2.44, 2.48, 2.41 และ 2.55 อเลกตรอนโวลต จากการเพมปรมาณ ซงคออกไซดรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก ตามล าดบ เชนเดยวกบงานวจยของ Sergio และคณะ, (2012) ศกษาการสงเคราะห mesoporous TiO2 ทโดปซงคโดยเพมปรมาณซงคไนเตรท (Zn(NO3)2) 0.12 – 6.17 เปอรเซนตโดยน าหนก แสดงใหเหนวาคาชองวางพลงงานจากการสงเคราะหลดลงจากคาชองวางพลงงานไททาเนยม 3.24 อเลกตรอนโวลต ลงลดเปน 2.91 อเลกตรอนโวลต เมอโดปซงคในปรมาณรอยละ 6.17 โดยน าหนก ท าใหฟลมไททาเนยมได

55

ออกไซด และซลกา ทโดปซงคออกไซด สามารถกระตนดวยแสงสขาวแทนแสงอลตราไวโอเลตได เนองจากคาชองวางแถบพลงงานลดลง ท าใหแสงสขาวมคาพลงงานเหมาะแกการกระต นใหเกดคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดได ฟลมมคามมสมผสของหยดน าอย ในชวง 0-5 องศา และจากผลการวเคราะหพนผวของฟลม โดยวดคาความขรขระของพนผวดวยกลองจลทรรศนแรงอะตอม (AFM) พบวามความขรขระเฉลยท 0.73, 0.86, 2.11 และ 2.13 นาโนเมตร จากการโดปซงคออกไซดรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน าหนก ตามล าดบ จากงานวจยของ นฤทธ, (2556) ศกษาผลของความขรขระเชงผวตอความสามารถในการเปยกน าของฟลมบางคารบอนคลายเพชรประเภทไฮโดรจเนทเตดอะมอรฟสคารบอนโดยใชระบบตกสะสมไอเชงเคม ดวยคลนวทยจากพลาสมาแผนคควบความจไฟฟาลงบนกระจกสไลดทไดรบการขดจนมความขรขระตางกน โดยใชกาซสารตงตนมเทน และกาซไฮโดรเจนในอตราสวนทตางกน และน าไปวดคาความขรขระดวยเครอง AFM คามมสมผสของน ามคาตงแต 84.8-104.8 องศา และมคาเพมขนเมอความขรขระสงขน อยางไรกตามความชนสมพทธสงผลตอระยะเวลาในการคงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดอยางมาก ซงการควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 สามารถคงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดไดระยะเวลานานกวาฟลมทไมควบคมความชนสมพทธ ซงเปนไปตามงานวจยของ เอกรตน, (2551) ศกษาการเตรยมไททาเนยมออกไซดบนอลมนา และซลกา โดยวธการโซลเจล เพอใชเปนฟลมบางเคลอบบนกระจกสไลด ใชในงานกระจกไรคราบสกปรก พบวาฟลมสามารถแสดงคณสมบตไฮโดรฟลกไดเปนเวลา 37 วน เมอถกเกบไวในกลองมดทมการควบคมความชนสมพนธรอยละ 85 ในขณะทกระจกทมสภาวะเดยวกนแตถกเกบในกกลองมดทมการควบคมความชนสมพนธรอยละ 95 สามารถแสดงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดไดเปนเวลา 17 วน และงานวจยของ เนตรนภา และศราวด, (2551) ศกษาผลกระทบของซลเวอรออกไซดทสงผลตอคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดของฟลมไททาเนยมไดออกไซด และซลกา โดยวธโซลเจล พบวาฟลมสามารถคงไฮโดร ฟลกยงยวดไดนานมากกวา 10 วน แตส าหรบฟลมทเกบไวในกลองมด ทไมไดควบคมความชนสมพทธไมสามารถแสดงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดได

งานวจยนสามารถกลาวไดวาฟลมบางไททาเนยมไดออกไซด และซลกาทโดปดวยซงคออกไซดปรมาณรอยละ 5 โดยน าหนก และฟลมนมคาชองวางแถบพลงงานของไททาเนยม 2.44 อเลกตรอนโวลต และมความขรขระของผวฟลมนอยทสด หลงจากกระตนดวยแสงสขาว และเกบในกลองมด ควบคมความชนสมพทธรอยละ 85 ตอบสนองตอคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด โดยมคามมสมผสของหยดน าอยในชวง 0-5 องศา ไดระยะเวลานานกวาเงอนไขอน

บทท 5

สรปผลการด าเนนงานและขอเสนอแนะ

ในบทนไดท ำกำรกลำวถงกำรสรปผลกำรด ำเนนงำนและขอเสนอแนะ โดยจ ำแนกสรปผลกำรด ำเนนงำนออกเปน 2 สวน สวนแรก คอ อนภำคของโลหะออกไซด และสวนทสองคอ คณสมบตเฉพำะฟลม ซงจะแสดงรำยละเอยดดงตอไปน

5.1 สรปผลการด าเนนงาน 5.1.1 คณลกษณะทางกายภาพของโลหะออกไซดผสม 1. ผงโลหะออกไซดผสมระหวำงสำรไททำเนยมไดออกไซด และซลกำ ทโดปดวยซงคออกไซดเผำสำรทอณหภม 450 องศำเซลเซยส ท ำใหไททำเนยมไดออกไซด (TiO2) เกดเปนเฟสอนำเทส 2. กำรเตรยมสำรละลำยโลหะออกไซดผสมโดยวธโซลเจลท ำใหไดสำรทมควำมสม ำเสมอขององคประกอบ มกำรกระจำยตวของธำตไดด ทงรปแบบผงและฟลมบำง 3. ปรมำณซงคออกไซดทโดปบนฟลมบำงไททำเนยมไดออกไซด และซลกำ มผลตอควำมขรขระของผวฟลม โดยควำมขรขระของผวฟลมแปรผนตรงกบปรมำณซงคออกไซด

5.1.2 คณสมบตเฉพาะของฟลม 1. กระจกทเคลอบดวยฟลมบำงไททำเนยมไดออกไซด และซลกำ ทโดปดวยซงคออกไซดรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน ำหนก มคำควำมใสใกลเคยงกน จำกกำรวเครำะหกำรสองผำนของแสงสงกวำรอยละ 90

2. ปรมำณซงคออกไซดรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน ำหนก ทโดปลงบนฟลมบำงไททำเนยมไดออกไซด และซลกำ สำมำรถลดคำชองวำงแถบพลงงำนไททำเนยมจำก 3.24 อเลกตรอนโวลต เปน 2.44, 2.48, 2.41 และ 2.55 อเลกตรอนโวลต ตำมล ำดบ 3. กำรควบคมควำมชนสมพทธรอยละ 85 หลงจำกกระตนดวยแสงสขำวมควำมส ำคญมำกตอกำรเกดคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวด ส ำหรบฟลมบำงไททำเนยมไดออกไซด และซลกำ ทโดปดวยซงคออกไซด

4. ปรมำณซงคออกไซดรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน ำหนก ทโดปลงบนฟลมบำงไททำเนยมได-ออกไซด และซลกำ แสงอลตรำไวโอเลตยงคงสำมำรถกระตนใหเกดคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดได เมอถกเกบในกลองมดทไมมกำรควบคมควำมชนสมพทธ

5. ปรมำณซงคออกไซดรอยละ 20 โดยน ำหนก ทโดปลงบนฟลมบำงไททำเนยมไดออกไซด และซลกำ ไมสำมำรถกระตนดวยแสงอลตรำไวโอเลตใหเกดคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดได เมอถกเกบในกลองมดและควบคมควำมชนสมพทธรอยละ 85

57

6. ปรมำณซงคออกไซดรอยละ 10 โดยน ำหนก ทโดปลงบนฟลมบำงไททำเนยมไดออกไซด และซลกำ หลงจำกกระตนดวยแสงสขำวเปนเวลำ 5 ชวโมง เพยง 1 ครง และเกบไวในกลองมด ทไมควบคมควำมชนสมพทธรอยละ 85 ไมสำมำรถเกดคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดได 7. เมอฟลมบำงไททำเนยมไดออกไซด และซลกำ ทโดปดวยซงคออกไซด ปรมำณรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน ำหนก หลงจำกกระตนดวยแสงสขำวเปนเวลำ 5 ชวโมง เพยง 1 ครง และเกบไวในกลองมด ควบคมควำมชนสมพทธรอยละ 85 สำมำรถแสดงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดไดในวนแรกของทกเงอนไข 8. คณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดสำมำรถเกดไดด บนพนผวฟลมทมควำมเรยบสง โดยคำมมสมผสของหยดน ำอยในชวง 0-5 องศำ

9. จำกฟลมบำงไททำเนยมไดออกไซด และซลกำ ทโดปดวยซงคออกไซดในปรมำณรอยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน ำหนก พบวำปรมำณซงคออกไซดทโดปรอยละ 5 โดยน ำหนก หลงจำกกระตนดวยแสงสขำวเปนเวลำ 5 ชวโมง เพยง 1 ครง และเกบไวในกลองมด ควบคมควำมชนสมพทธรอยละ 85 สำมำรถคงคณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดไดนำนทสด 2 วน

5.2 ขอเสนอแนะ

1. กระจกสไลดทน ำมำใชในกำรจมเคลอบสำรละลำยควรท ำควำมสะอำด เพอก ำจดสงสกปรกทตดบนกระจกกอนใชงำน 2. ในระหวำงกำรเตรยมสำรละลำย สำรเคมทเปนอนตรำย ควรสวมอปกรณปองกน เชน ถงมอ ผำปด จมก แวนตำกนสำรระเหย เปนตน 3. ในระหวำงกำรเตรยมสำรละลำย กำรเตมสำรตงตนไททำเนยม (IV) ไอโซโพรพอกไซด ควรท ำอยำง รวดเรว อำจจะเกดกำรสญเสยเนองจำกมกำรแขงตวอยำงรวดเรว เมอสมผสกบอำกำศ 4. สำรละลำยทเตรยมเพอใชในกำรจมเคลอบกระจกควรมลกษณะใส ไมมส และไมเกดกำรตกตะกอนเมอตงทงไว 5. ในกำรจมเคลอบกระจกดวยเครองจมเคลอบ (Dip Coating) ควรควบคมอตรำเรวใหมควำม สม ำเสมอ 6. ในกำรน ำฟลมไปเผำ ควรมกำรปรบเพมอณหภมอยำงชำๆ เพอปองกนกำรแตกของฟลม 7. ควรท ำกำรศกษำวธกำรใชเครองวดมมสมผส (Contact Angle Meter) ของหยดน ำกอนกำรใชงำน เพอใหเกดควำมถกตองของคำทวดได

58

ส ำนกงำนคณะกรรมกำรวจยแหงชำต แบบรำยงำนโครงกำรวจย งบประมำณแผนดนประจ ำปงบประมำณ ๒๕๕๗ (Research Project)

1) ชอโครงกำรวจย

การสงเคราะหฟลมโลหะออกไซดผสม เพอคณสมบตการกระตนดวยแสงส าหรบใชในงานกระจกไรคราบ

Synthesis and photocatalytic property of metal oxide film for self-cleaning glass application

2) รำยชอคณะผวจยพรอมทงหนวยงำนทสงกด หมำยเลขโทรศพท โทรสำร และE-mail

นางเอกรตน วงษแกว (หวหนาโครงการ) คณะวศวกรรมศาสตร ภาควชาวศวกรรมเคม มหาวทยาลยบรพา บางแสน ชลบร 20131 โทร 038-102222 ตอ 3358 กด 13 โทรสาร 038-102222 ตอ 3350

3) ไดรบอนมตจดสรรงบประมำณประจ ำป ๒๕๕๗ จ ำนวนเงน ๕๑๐,๐๐๐ บำท (หำแสนหนงหมนบำทถวน)

4) เรมท ำกำรวจยเมอ ๑ ตลำคม ๒๕๕๖ ถง ๓๐ กนยำยน ๒๕๕๗

บรรณานกรม

จราภรณ โฮมวงศ และคณะ. การสงเคราะหและพสจนเอกลกษณของไททาเนยมไดออกไซด Preparation and Characterization of titaniumdioxide วทยานพนธบณฑต, สาขาเคม คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน. 2548.

จนทนย นพรตนอาภากล. http://www.microscopic.center.sci.buu.ac.th/:[9 ธนวาคม 2556]. เนตรนภา แสวงมตร และศราวด มตรพระพนธ. การศกษาผลกระทบของโลหะออกไซดอนตอ

คณสมบตไฮโดรฟลกยงยวดของฟลมไททาเนยมไดออกไซด-ซลกา A study of the effect 0f other oxide to superhydrophylic property of titanium dioxide doped silica film. วทยานพนธปรญญาบณฑต, วศวกรรมเคม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา, 2551.

พรนภา สจรตวรกล. กระจกวเศษท าความสะอาดตวเอง Self-clean Glass. ศนยเชยวชาญเฉพาะทางแอดวานซเซรามกส. ภาควชาวทยาศาสตร คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย, 2549.

ภทร สขแสน. “พนผวอจฉรยะดวยนาโนเทคโนโลย Smart Surfaces with Nanotechnology” วทยาศาสตรบรพา. 16(1): 124-130: 2554.

ยอดหทย เทพธรานนท, ประมวล ตงบรบรณรตน. นาโนเทคโนโลย เทคโนโลยซเปอรจว. กรงเทพฯ : ส านกงานพฒนาวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงชาต, 2545.

รอฮม ปรามาท. นาโนเทคโนโลย นวตกรรมจวปฏวตโลก. พมพครงท 1. กรงเทพ ฯ : มตชน, 2547. นฤทธ ฝายบตร และวทยา อมรกจบ ารง. ผลของความขรขระเชงผวตอความสามารถในการเปยกน า

ของฟลมบางคารบอนคลายเพชร Effect of Surface Roughness on Wettability of Diamond-Like Carbon Thin Films. สาขาวชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน, 2556.

นรนดร วทตอนนต และคณะ. “กระจกเงาเคลอบโครเมยมทเคลอบดวยเทคนคสปตเตอรงส าหรบกระจกเงาสองหลงรถยนต Chromium Coated Mirror Deposited by Sputtering Technique for Car Rear View Mirror” มหาวทยาลยทกษณ. 12(3): ตลาคม 2552 - มกราคม 2553.

สดารฒน จรภทรสกล. การจดท าฟลมบางไททาเนยมไดออกไซดโดยใชไดเอทาโนลาไมนในวธโซล-เจล ส าหรบการก าจดโครเมยม (VI) ออกจากน าเสย. สาขาวชาวศวกรรมสงแวดลอม มหาวทยาลยเทคโนยพระจอมเกลาธนบร, 2547

สทธพงษ ใกลชด และสภทรพร เทยนงาม. การเคลอบกระจกดวยโลหะออกไซดผสม ดวยวธการจมเคลอบ Coating of mixed oxide film over the glass by dip-coating method. วทยานพนธปรญญาบณฑต, วศวกรรมเคม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา, 2550.

60

ศรนภา จ าเนยรศร และสขมาล สงชย. การศกษาวธการเคลอบฟลมบางโดยวธการจมเคลอบ A Study of preparation of thin film by dip-coating method. วทยานพนธปรญญาบณฑต, วศวกรรมเคม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา, 2550.

ศภรตน นาคสทธพนธ และสลาวลย ขาวผอง. การสงเคราะหฟลมบางไทเทเนยมไดออกไซดโดยวธโคลพลาสมา Synthesis of Titanium Dioxide Thin Films by Cold Plasma Technique. มหาวทยาลยแมโจ, 2555.

อนรรฆพนธ ค าตน และคณะ. การวเคระหบนลกษณะเฉพาะของไทเทเนยมออกไซดทขนรปเปนฟลมบางดวยวธโซล-เจล Characterization of sol-gel derived TiO2 thin films. จฬาลงกรณมหาวทยาลย, 2554.

เอกรตน วงษแกว. การพฒนากระจกไรคราบสกปรกโดยวธการโซลเจล. ภาควชาวศวกรรมเคม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา, 2551

Adisorn B., Nirun W., Surasing C. Total Pressure and Annealing Temperature Effects on Structure and Photo-induce Hydrophilicity of Reactive DC Sputtered TiO2 Thin Films. Engineering Journal, 2012.

Ashkarran and Mohammadzadeh A. A. Superhydrophilicity of TiO2 thin film using TiCl4 as a precursor. Materials Research Bulletin, 2007.

Brinker C. J. and Scherer G. W. Sol-Gel science the Physics and Chemistry of Sol-Gel Process. Boston: Academic, 1990.

Carp O., Huisman C.L.,and Reller A. “Photoinduced reactivity of titanium dioxide”. Progress In Solid State Chemistry.32: 33-177 ; 2004.

Guan K. S., Yin Y. S. Effect of rare earth addition on super-hydrophilic property of TiO2/SiO2 composite film. Materials chemistry and Physics 92: 10-15; 2005.

Jiaguo Yu, Xiujian Zhao. Effect of surface microstructure on the super-hydrophilic property of the sol-gel derived porous TiO2 thin films. Journal of Materials Science Letters 20: 671– 673; 2001.

Marlon N., Celso V., Sandra H. Wettability and photodegradation activity of sol–gel dip-coated zinc oxide films. J Sol-Gel Sci Technol 63: 230–234; 2012.

Meng F., Sun Z. A mechanism for enhanced hydrophilicity of silver nanoparticles modified TiO2 thin films deposited by RF magnetron sputtering. Applied Surface Science 255: 6715-6720; 2009.

Myo T., Nithin S., Gabor L., Joydeep D. Hydrophobic/hydrophilic switching on zinc oxide micro-textured surface. Applied Surface Science 264: 344– 348; 2013.

Phani A.R., Santuc S. Effect of annealing temperature in the formation of rhombohedral phase in cubic-zinc titanium oxide thin films by sol-gel technique. Journal of Materials Science Letters 20: 573– 575; 2001.

61

Sergio S., Damian P., Santiago G. Synthesis and photocatalytic applications of nano-sized zinc-doped mesoporous titanium oxide. Materials Research Bulletin 48: 250–255; 2013.

Serpone N., Lawless D., and Khairutdinov R. Size effects on the photophysical properties of colloidal anatase TiO2 particles: size quantization or direct transitions in this indirect semiconductor. J. Physical Chemistry 99: 16646-16654; 1995.

Thennarasu G., Sivasamy A., Kavithaa S. Synthesis, characterization and catalytic activity of nano size semiconductor metal oxide in a visible light batch slurry photoreactor. Journal of Molecular Liquids 179: 18–26; 2013.

Threes G., Stanislav P. Titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles in sunscreens: focus on their safety and effectiveness. Nanotechnology, Science and Applications: 95–112; 2011.

ภาคผนวก

Faculty of Science, Mahidol University 272 Rama VI Road, Ratchathewi District,

Bangkok 10400, Thailand

29 August 2014

Dear Assc. Prof. Akkarat Wongkaew,

Thank you for submitting an abstract for the 4th Thailand International Nanotechnology Conference (NanoThailand 2014). On behalf of the organizing committee under Nanotechnology Association of Thailand and Mahidol University, it’s our great pleasure to inform you that your paper with the title of

Effect of ZnO on a superhydrophilic self-cleaning properties of TiO2/SiO2 thin film on glass slide substrate

is accepted to be presented as Poster Presentor

in the NanoThailand 2014 which will be on 26 – 28 November, 2014 at Thailand Science Park Convention Center, Pathumthani, Thailand. The theme is “Nanotechnology for better living”. The objectives are to apply nanotechnology in various fields for better living, to exchange knowledge to further advance technology areas, and to exhibit the latest innovations. The details of the conference will be updated at our website : http://www.nano-thailand.com/2014

The accepted and presented abstract will be published in the NanoThailand 2014 Conference Proceedings. The full papers are invited to be published in the Advanced Materials Research : www.scientific.net

We look forward to welcoming you in the conference.

Warmest regards, (Assistant Professor Dr. Toemsak Srikhirin) Chairman of Scientific Committees of the NanoThailand 2014 Conference

synthesis and photocatalytic property of metal oxide film...

Documents