รายละเอียด

    ปัจจุบันนี้ปัญหามลพิษทางอากาศและสภาพแวดล้อมเพิ่มมากขึ้น ทำให้เกิดการสะสมของฝุ่นละอองและแบคทีเรียบนพื้นผิวของวัสดุ ในงานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาสมบัติความสะอาดด้วยตัวเองและการยับยั้งแบคทีเรียของฟิล์มนาโนคอมโพสิตคอปเปอร์ออกไซด์/ซิลิกอนไดออกไซด์/ไททาเนียมไดออกไซด์ โดยขั้นแรกทำการสังเคราะห์วัสดุนาโนคอมโพสิตด้วยระบüนการโซโนเคมี (Sonochemical method) จากนั้นนำผงที่ได้มาทำการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (X-ray diffractometer) สมบัติทางแสงด้วยเทคนิคการทะลุผ่านของแสง (UV –VIS–NIR spectrophotometer) และสมบัติทางพันธะเคมีด้วยเทคนิคฟูเรียร์ทรานฟอร์มอินฟราเรดสเปกโตรสโคปี (Fourier transform infrared) ลำดับต่อมานำผงนาโนคอมโพสิตที่ได้มาผสมกับวัสดุพอลิเมอร์เพื่อขึ้นรูปฟิล์มภายใต้เงื่อนไขปริมาณอัตราส่วนของผงนาโนคอมโพสิตคอปเปอร์ออกไซด์/ซิลิกอนไดออกไซด์/ไททาเนียมไดออกไซด์กับพอลิเมอร์ในอัตราส่วน 1 และ 5 เปอร์เซ็นต์น้ำหนักต่อปริมาตร ด้วยเทคนิคการเทขึ้นรูปอย่างง่าย จากนั้นทำการวิเคราะห์สมบัติทางแสงด้วยเทคนิคการทะลุผ่านของแสง และสมบัติการทำความสะอาดตัวเองด้วยการทดสอบความชอบน้ำและไม่ชอบน้ำด้วยเทคนิคการวัดมุมสัมผัสของหยดน้ำ (Contact angle measurement) ส่วนการทดสอบการยับยั้งแบคทีเรีย ได้ทำการศึกษาใน 2 รูปแบบ โดยสารตัวอย่างที่เป็นผงทำการทดสอบด้วยเทคนิคการแพร่กระจายของสารตัวอย่างบนอาหารเพาะเลี้ยงเชื้อ (Agar diffusion) แล้วทำ การวัดขนาดของรัศมีบริเวณที่เกิดการยับยั้งเชื้อแบคทีเรีย (Zone of inhibition) เพื่อหาค่าเฉลี่ยของรัศมีบริเวณที่เกิด การยับยั้งเชื้อแบคทีเรีย ส่วนตัวอย่างรูปแบบฟิล์มทำการทดสอบด้วยเทคนิคตรวจนับจำนวนโคโลนี เพื่อวิิเคราะห์แนวโน้มการยับยั้งแบคทีเรียของวัสดุนาโนคอมโพสิตคอปเปอร์ออกไซด์/ซิลิกอนไดออกไซด์/ไททาเนียมไดออกไซด์

วัตถุประสงค์

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 

ผู้จัดทำ

วณิชยา เมฆประสาท

WANICHAYA MEKPRASART

#อาจารย์

สมาชิก

กนกทิพย์ บุณยรัตกลิน

Kanokthip Boonyarattanakalin

#อาจารย์

สมาชิก

โหวตนวัตกรรมนี้