Details

TiO2-SiO2 nanocomposites with different copper (Cu) precursor loadings were prepared by a one-step sonochemical process. The loading amount of Cu precursor in TiO2-SiO2 composite was varied at 0, 0.5, 1, 3, and 5 wt.%. The specific X-ray characterization techniques on crystalline structure and chemical composition of CuO-TiO2-SiO2 composite were carried out by X-ray diffraction technique (XRD), X-ray fluorescence (XRF), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Surface morphology and chemical bonding of CuO-TiO2-SiO2 composite are monitored by field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR). For antibacterial properties, the inhibition of antimicrobial activity was investigated by varying amounts of Cu precursors in the TiO2-SiO2 composite. After that, CuO-TiO2-SiO2 composite powder with different Cu precursor ratios was mixed in PMMA solution and deposited on glass slides to study optical and hydrophilic properties by UV-VIS-NIR spectrophotometer and contact angle method. XRD patterns of CuO-TiO2-SiO2 nanocomposites show the formation of the TiO2 anatase phase with the ultrafine particles observed by FE-SEM images. FT-IR spectra of the composites are assigned to the prominent peaks of the Ti-O-Ti and Ti-O-Si bond relating to the TiO2-SiO2 matrix. Meanwhile, the presence of CuO in TiO2-SiO2 composites with Cu precursor at 0.5 wt.% can significantly enhance the antibacterial activity with a large inhibition zone. The contact angle of CuO-TiO2-SiO2 nanocomposite film reduces with different Cu precursor ratios in the TiO2-SiO2 matrix, resulting in the development of a hydrophilic surface on the substrate.

Objective

งานวิจัยนี้มุ่งศึกษาเกี่ยวกับการพัฒนาวัสดุนาโนคอมโพสิตของโลหะออกไซด์ซิลิกา (SiO2) และไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) ที่มีประสิทธิภาพ เพื่อเพิ่มสมบัติในเรื่องของการย่อยสลายส่วนประกอบของสิ่งปนเปื้อนที่เป็นสารอินทรีย์ อนุภาคจุลชีพหรือสาร    อนินทรีย์ที่สามารถช่วยยับยั้งหรือป้องกันเชื้อแบคทีเรีย เชื้อรา อีกทั้งยังสามารถช่วยกำจัดกลิ่น ลดคราบตะไคร่น้ำ อันเนื่องมาจากสมบัติในการทำความสะอาดตัวเองได้ดี โดยกระบวนการทำความสะอาดตัวเองนั้นเป็นสมบัติเฉพาะที่สามารถเกิดขึ้นได้กับวัสดุนาโนโลหะออกไซด์ อาทิเช่น ไททาเนียมไดออกไซด์ ซิลิกอนไดออกไซด์ และซิงค์ออกไซด์ ซึ่งอาศัยสมบัติทางแสงของวัสดุในการเหนี่ยวนำให้เกิดปฏิกิริยาโฟโตแคตะไลติกที่สามารถทำงานได้เมื่อถูกกระตุ้นด้วยแสงอัลตราไวโอเลต ที่จะทำให้วัสดุนาโนโลหะออกไซด์นั้นเกิดการปลดปล่อยคู่ อิเล็กตรอนและโฮล (ซึ่งในปฏิกิริยารีดอกซ์จะสลายอนุภาคในอากาศที่เกาะติดกับพื้นผิว ) โดยอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจากการถูกกระตุ้นด้วยแสงอัลตราไวโอเลตจะทำปฏิกิริยากับ โมเลกุลของแก๊สออกซิเจนในอากาศ เกิดเป็นกลุ่มอนุมูลอิสระซุปเปอร์ออกไซด์ขึ้น ส่วนโฮลที่เกิดจากการถูกกระตุ้นด้วยแสงอัลตราไวโอเลตจะทำปฏิกิริยากับน้ำ เกิดเป็นกลุ่มอนุมูลอิสระไฮดรอกซิล ซึ่งอนุมูลอิสระข้างต้นนั้นจะทำปฏิกิริยาได้อย่างว่องไว และจะทำปฏิกิริยาพร้อมกัน ซึ่งถือว่าเป็นการเพิ่มสมบัติในการย่อยสลายส่วนประกอบของสิ่งปนเปื้อนที่เป็นสารอินทรีย์ อนุภาคจุลชีพหรือสารอนินทรีย์ ที่ช่วยยับยั้งหรือป้องกันเชื้อแบคทีเรีย เชื้อรา ช่วยกำจัดกลิ่น ลดคราบตะไคร่น้ำ อันเนื่องมาจากสมบัติในการทำความสะอาดตัวเองได้ดี นอกจากนี้การกระตุ้นด้วยแสงอัลตราไวโอเลตจะทำให้มุมสัมผัสของหยดน้ำมีค่าลดลงทำให้มีการเปลี่ยนสมบัติจากไฮโดรโฟบิก เป็นไฮโดรฟีลิกได้ เนื่องจากเมื่อทำการฉายแสงอัลตราไวโอเลตจะส่งผลทำให้วัสดุนาโนโลหะออกไซด์นั้นมีประจุมากขึ้น โดยเมื่ออิเล็กตรอนเข้าไปจับคู่กับประจุของวัสดุนาโนโลหะออกไซด์ก็จะทำให้อิเล็กตรอนเข้าไปสลายพันธะของวัสดุนาโนโลหะออกไซด์ เมื่อหยดน้ำมีมุมสัมผัสลดลง แรงตึงผิวลดลง และมีพลังงานพื้นผิวเพิ่มขึ้น ก็จะมีสมบัติเป็นไฮโดรฟีลิกที่เพิ่มขึ้นที่ช่วยทำให้พื้นผิววัสดุนั้นมีความสะอาด และดูเหมือนใหม่อยู่เสมอ ซึ่งสารเคลือบทำความสะอาดตัวเองที่มีมาก่อนหน้านี้มักมีส่วนประกอบเพียงแค่ไททาเนียมไดออกไซด์ ที่ยังคงมีข้อจำกัดอยู่ เนื่องจากทาเนียมไดออกไซด์สามารถดูดซับแสงได้เพียงแค่ส่วนเล็กๆ ของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ (น้อยกว่า 4%) ทำให้การนำไปประยุกต์ใช้กับพื้นผิวของวัสดุที่อยู่กลางแจ้งจึงยังคงเป็นข้อจำกัดอยู่ที่จะต้องมีการเจือธาตุอื่นๆเข้าไปเพื่อเพิ่มสมบัติให้มีความโดดเด่น และเพิ่มประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้นในย่านแสงที่มองเห็นได้ โดยแนวคิดของงานวิจัยนี้มาจากการทำความสะอาดตัวเองของสารเคลือบผิวคอปเปอร์ที่เจือด้วยไททาเนียมไดออกไซด์เพื่อปรับปรุงสมบัติให้สามารถดูดกลืนแสงในช่วงแสงที่ตามองเห็น ซึ่งช่วยให้สามารถทำงานภายใต้แสงอาทิตย์ได้ในช่วงที่กว้างขึ้น นอกจากนี้คอปเปอร์ยังมีสมบัติที่สามารถลดการสะสมของแบคทีเรีย ที่จะเป็นประโยชน์อย่างมากหากมีการนำมาประยุกต์ใช้อย่างเหมาะสม ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงได้มีแนวคิดที่จะพัฒนาให้วัสดุนาโนโลหะออกไซด์ ในรูปแบบของวัสดุคอมโพสิตที่สามารถแสดงสมบัติเด่นในเรื่องการทำความสะอาดด้วยตัวเองให้ออกมามีประสิทธิภาพได้มากขึ้นพร้อมกับการยับยั้งแบคทีเรียด้วย ที่ประกอบไปด้วยไททาเนียมไดออกไซด์ซึ่งมีสมบัติเป็นซุปเปอร์ไฮโดรฟิลิก (มุมสัมผัสน้ำ (WCA) เข้าใกล้ศูนย์) โดยเมื่อหากมีสารพิษอินทรีย์มาเกาะติดบนพื้นผิวจะสามารถเกิดการสลายตัวได้จากปฏิกิริยาโฟโตคะตาไลติกเมื่อได้รับแสงอัลตราไวโอเลตมากระตุ้น ที่จะช่วยขจัดอนุภาคสิ่งสกปรกต่างๆ รวมถึงคราบหยดน้ำบนพื้นผิว ที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะสารเคลือบทำความสะอาดตัวเองแบบซุปเปอร์ไฮโดรฟิลิก รวมถึงการเพิ่มวัสดุซิลิกอนไดออกไซด์เพื่อทำให้เกิดการขึ้นรูปหรือการเคลือบของฟิล์มได้ดีขึ้นเมื่อนำมาวัสดุนาโนคอมโพสิตไปยึดเกาะบนพื้นผิวต่างๆ และมีการศึกษาเกี่ยวกับการคัดเลือกสารที่จะสามารถทำงานร่วมกับไททาเนียมไดออกไซด์และซิลิกอนไดออกไซด์เพิ่มสมบัติในเรื่องของการลดการสะสมหรือต้านแบคทีเรีย เช่น อนุภาคเงินนาโน คอปเปอร์ เป็นต้น ซึ่งหากมีการนำวัสดุนาโนคอมโพสิตโลหะออกไซด์ที่สังเคราะห์ได้มาประยุกต์ใช้กับกระบวนการเคลือบบนพื้นผิวของวัสดุต่างๆ เช่น กระเบื้อง กระจก และอาคาร ซึ่งจะส่งผลทำให้พื้นผิววัสดุนั้นมีความสะอาด ปราศจากแบคทีเรีย และดูเหมือนใหม่อยู่เสมอ ซึ่งจะเหมาะกับสถานการณ์ในปัจจุบันของยุคโควิด-19 

Project Members

วณิชยา เมฆประสาท

WANICHAYA MEKPRASART

#อาจารย์

Member

กนกทิพย์ บุณยรัตกลิน

Kanokthip Boonyarattanakalin

#อาจารย์

Member

Vote for this Innovation!