รายละเอียด

ในปัจจุบันไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นวัสดุนาโนที่ถูกนำมาประยุกต์ใช้งานอย่างกว้างขวางในหลากหลายรูปแบบ เช่น อุตสาหกรรมเม็ดสี อุตสาหกรรมสิ่งทอ อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ รวมไปถึงอุตสาหกรรมการบำบัดน้ำเสีย เป็นต้น ทำให้วัสดุไทเทเนียมไดออกไซด์นั้นได้รับความน่าสนใจ โดยปกติแล้วไทเทเนียมไดออกไซด์สามารถพบได้ในแร่ตามธรรมชาติ เช่น แร่รูไทล์ แร่อิลเมไนต์ และแร่ลูโคซีน เป็นต้น ซึ่งแร่ที่กล่าวมานั้นเป็นแร่ราคาถูก และมีองค์ประกอบของไทเทเนียมไดออกไซด์ที่แตกต่างกัน ดังนั้นโครงงานพิเศษนี้จึงทำการศึกษาการเตรียมวัสดุไทเทเนียมไดออกไซด์จากแร่ลูโคซีน ด้วยกระบวนการบดด้วยเม็ดบดร่วมกับคลื่นเสียงพลังงานสูง และนำสารที่เตรียมได้มาทำการศึกษาสมบัติทางกายภาพโครงสร้างผลึก และลักษณะสัณฐานด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ และภาพถ่ายกล้องจุลทรรศน์ ตามลำดับ สำหรับองค์ประกอบทางเคมีทำการตรวจวัดด้วยเทคนิคเอกซ์เรย์ฟลูออเรสเซนส์สเปคโตรสโกปี จากนั้นนำผงสารตัวอย่างที่เตรียมได้มาสร้างเป็นฟิล์มด้วยเครื่องใช้ปาดเคลือบ โดยทำการศึกษาผลกระทบของความเร็วในการปาดเคลือบ 30, 40 และ 50 มิลลิเมตรต่อวินาที,ปริมาตรสัดส่วนของพอลิไวนิลแอลกอฮอล์ต่อผงสารตัวอย่าง 2, 3 และ 4 มิลลิลิตรต่อกรัม และ ระยะห่างระหว่างใบมีดกับกระจกฐานรองรับ 0.05, 0.07 และ 0.1 มิลลิเมตร หลังจากนั้นนำฟิล์มที่เตรียมได้ มาทดสอบการปกกันรังสีอินฟราเรดใกล้ด้วยการวัดอุณหภูมิพื้นผิวบนกระจกด้วยกล้องถ่ายภาพความร้อน และวัดอุณหภูมิภายในกล่องด้วยเครื่องวัดอุณหภูมิที่อยู่ภายในกล่อง เพื่อหาสมบัติการป้องกันรังสีอินฟราเรดใกล้

วัตถุประสงค์

ในปัจจุบันนาโนเทคโนโลยีได้เข้ามามีบทบาทในชีวิตประจำวันเพิ่มมากขึ้นในด้านการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อตอบสนองความต้องการของมนุษย์โดยมีการนำวัสดุนาโนต่างๆมา ประยุกต์ใช้ในการเคลือบลงบนเครื่องใช้ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของสิ่งนั้น และไททาเนียมไดออกไซด์ได้เป็นวัสดุนาโนชนิดแรกๆ ที่ถูกนำมาช้าเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของชิ้นงานนั้น เนื่องจากสมบัติเด่นของไทเทเนียมไดออกไซด์มากมาย เช่น การทำความสะอาดตัวเอง (Self-cleaning) การยับยั้งแบคทีเรีย (Anti-bacteria) และ ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง (Photocatalyst) มีการนำไทเทเนียมไดออกไซด์ไปประยุกต์ใช้ในกระบวนการเคลือบกระเบื้องดินเผา เพื่อเป็นการปรับปรุงคุณภาพของกระเบื้องเคลือบดินเผา จะเป็นการเกี่ยวข้องกับการเพิ่มประสิทธิภาพของไทเทเนียมไดออกไซด์ให้มีความคงทนในสภาวะที่อุณหภูมิสูงโดยอาศัยสมบัติเด่นของลูโคซีน (Leucoxene) ซึ่งเป็นโครงสร้างหนึ่งของไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีสมบัติทนในสภาวะอุณหภูมิสูง ยังคงมีสมบัติตัวเร่งปฏิกิริยาทางแสงที่ดีของไทเทเนียมไดออกไซด์ อาศัยการการนำไทเทเนียมไดออกไซด์ทั้งสองโครงสร้างนี้มาทำเป็นวัสดุผสม เพื่อหาอัตราส่วนที่เหมาะสมที่ทำให้วัสดุของไทเทเนียมไดออกไซด์มีสมบัติตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีในสภาวะที่อุณหภูมิสูงๆ
ในธรรมชาติเราสามารถเราสามารถพบไทเทเนียมไดออกไซด์ในรูปของแร่ธรรมชาติ เช่น ลูโคซีน (Leucoxene) อิลเมไนต์ (Ilmenite) โดยแร่ลูโคซีน (Leucoxene) มีไทเทเนียมไดออกไซด์ 60-80 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งปริมาณไทเทเนียมไดออกไซด์ขึ้นอยู่กับแต่ละพื้นที่ที่พบแร่นั้นอและยังประกอบด้วยเหล็กซึ่งเป็นโลหะเจือปนกับไทเทเนียมไดออกไซด์ในแร่ลูโคซีน เป็นแร่ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของแร่อิลเมไนต์ และสามารถพบเหล็กปะปนอยู่กับแร่ธาตุอื่นๆในชั้นหินหรือชั้นทราย ขึ้นอยู่กับกระบวนการสังเคราะห์ไทเทเนียมไดออกไซด์จากแร่ธรรมชาติลูโคซีน นิยมใช้กระบวนการเชิงกลในการสังเคราะห์เนื่องจากเป็นกระบวนการที่ง่ายและสามารถสังเคราะห์ไทเทเนียมไดออกไซด์ได้ปริมาณมาก และเป็นวิธีการที่ไม่ซับซ้อน
ลูโคซีน (Leucoxene) มีส่วนประกอบหลักคือ ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) เป็นหนึ่งในเซรามิกออกไซด์ที่ได้รับการศึกษาอย่างแพร่หลายและนำมาใช้ในอุตสาหกรรมอย่างแพร่หลาย มีลักษณะเป็นผงสีขาวไม่เป็นพิษ นิยมนำมาใช้ผลิตเม็ดสีขาว กระดาษ พลาสติก ด้วยคุณสมบัติเด่นด้านความแข็งแรงสูง ทนความร้อน น้ำหนักเบา ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี และมีสมบัติที่ไม่ชอบยิ่งยวด และมีสมบัติการดูดกลืนแสง สมบัติเด่นทางแสงของไทเทเนียมไดออกไซด์คือ ปฏิกิริยาการกระตุ้นด้วยแสง (Photocatalyst) เมื่อได้รับการกระตุ้นด้วยแสงจะเกิดปฏิกิริยาโดยที่สารจะไม่สลายหรือหายไป เมื่อปฎิกิริยานั้นเสร็จสิ้นลงเนื่องจากกระบวนการโฟโตแคดตาไลซิสในไทเทเนียมไดออกไซด์สามารถเกิดอนุมูลอิสระไฮดรอกซิลแรดิคอล และออกซิเจนแรดิคอล ซึ่งอนุมูลอิสระเหล่านี้สามารถสลายสารอินทรีย์และอนินทรีย์ รวมทั้งเชื้อโรคบางชนิดได้
ในกระบวนการสังเคราะห์ไทเทเนียมไดออกไซด์จากแร่ธรรมชาติลูโคซีนเริ่มโดยการนำแร่ลูโคซีน มาเข้ากระบวนการบด (Ball milling) เพื่อเป็นการลดขนาดของแร่ลูโคซีน การประยุกต์ไทเทเนียมไดออกไซด์ที่ได้จากธรรมชาติเป็นวัสดุเคลือบลงบนกระเบื้องดินเผา เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพให้กับวัสดุให้กับวัสดุงานกระเบื้องดินเผา โดยการเคลือบจะทำการผสมไทเทเนียมไดออกไซด์ที่สังเคราะห์จากธรรมชาติ มาผสมกับตัวประสาน (binder) ในอัตราส่วนที่เหมาะสมแล้วนำไปเคลือบลงบนชิ้นงานกระเบื้องดินเผา

ผู้จัดทำ

จิรพัฒน์ ยามโสภา

JIRAPAT YAMSOPA

#นักศึกษา

สมาชิก

วณิชยา เมฆประสาท

WANICHAYA MEKPRASART

#อาจารย์

อาจารย์ที่ปรึกษา

โหวตนวัตกรรมนี้