สำนักงานกลางศูนย์ความเป็นเลิศด้านฟิสิกส์ ตู้ ปณ.70 มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ อ.เมือง จ.เชียงใหม่ 50202 โทรศัพท์ (053) 942650-3 โทรสาร (053) 222774
หน้าหลัก งานวิจัย ข่าววิชาการทั่วไป ตรวจสอบงานวิจัย เว็บลิ้งค์ แบบฟอร์มต่างๆ อีเมลล์ ฟิสิกส์เพื่อผู้ประกอบการ Q&A  E-Office ข่าวรับสมัครงาน
 

ห้องปฏิบัติการวิจัยเทคโนโลยีฟิล์มบาง

(Thin Films Technology Research Laboratory)

   ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรีได้เปิดหลักสูตรระดับปริญญาตรี  สาขาวิชาฟิสิกส์  เมื่อปีการศึกษา 2519  โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อผลิตเป็นบัณฑิตทางฟิสิกส์ ที่มีความรู้พื้นฐานทางฟิสิกส์และการประยุกต์ใช้งานทางด้านอุตสาหกรรม โดยที่หลักสูตรของภาควิชาฯ จะเน้นหนักไปทางด้านฟิสิกส์ประยุกต์ ต่อมาเมื่อปี พ.ศ. 2536 ภาควิชาฯ ได้เริ่มเปิดหลักสูตรและมีการเรียนการสอนและการวิจัยในระดับปริญญาโท และมีการขยายงานวิจัยในระดับที่สูงขึ้นเพื่อรองรับกับหลักสูตรระดับปริญญาเอกที่ได้เริ่มดำเนินการเรียนการสอนและการวิจัยในปี พ.ศ. 2547 โดยคณาจารย์ของภาควิชาฯ ได้รับทุนสนับสนุนการวิจัยจากแหล่งทุนวิจัยทั้งภาครัฐและเอกชน
   ห้องปฏิบัติการวิจัยเทคโนโลยีฟิล์มบาง (Thin Films Technology Research Laboratory) เป็นการรวมกลุ่มทำงานวิจัยของนักวิจัยที่เป็นคณาจารย์ในภาควิชาฯที่มีความรู้ ประสบการณ์ในการวิจัยทางด้านเทคโนโลยีฟิล์มบาง โดยมีภาพรวมของงานคือเชื่อมต่อระหว่างการสังเคราะห์และการประยุกต์ใช้ เพื่อเป็นการเพิ่มศักยภาพในการวิจัยและพัฒนา โดยเน้นการสังเคราะห์ฟิล์มบางโดยทางเคมีและทางฟิสิกส์ การวิเคราะห์ลักษณะและสมบัติต่างๆ ของวัสดุในรูปแบบฟิล์มบาง รวมถึงการศึกษาสมบัติของวัสดุต่างๆ เพื่อนำมาใช้ควบคู่กับฟิล์มบางที่สังเคราะห์เพื่อหาแนวทางการประยุกต์ใช้งานจริง จึงเป็นการวิจัยในลักษณะบูรณาการที่มีความรู้พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์เชิงลึกควบคู่ไปกับการประยุกต์ใช้งาน สามารถนำไปสู่การพัฒนาในเชิงพาณิชย์ได้ ซึ่งนอกจากองค์ความรู้ที่ได้ ยังส่งเสริมนักวิจัยให้มีความเข้มแข็งทางวิชาการ เพื่อถ่ายทอดให้กับนักศึกษาในการพัฒนาบุคลากรที่มีความรู้ความสามารถ เพื่อเป็นกำลังหลักให้กับองค์กรทั้งภาครัฐและเอกชน เพื่อการวิจัยและพัฒนาที่มีประสิทธิภาพและอย่างต่อเนื่องยั่งยืน
   ที่ผ่านมากลุ่มนักวิจัยจากห้องปฏิบัติการวิจัยเทคโนโลยีฟิล์มบาง ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ได้มีการพัฒนางานวิจัยทางด้านฟิล์มบางอย่างต่อเนื่อง ทั้งฟิล์มบางโลหะ สารประกอบโลหะออกไซด์ สารกึ่งตัวนำ และสารแม่เหล็ก เช่น

  • การเคลือบฟิล์มบางตัวนำโปร่งใส อินเดียม ดีบุกออกไซด์ (Indium Tin Oxide, ITO) โดยศึกษาถึงสภาวะการเคลือบที่เหมาะสม ต่อการสร้างสมบัติทางไฟฟ้า และทางแสงที่เหมาะสมต่อการใช้งาน เช่น การใช้เป็นตัวนำโปร่งใสในเซลล์แสงอาทิตย์ การใช้เป็นกระจกสะท้อนความร้อน เนื่องจากมีแนวโน้มในการสะท้อนรังสีอินฟราเรด ซึ่งเป็นรังสีความร้อนได้ดี
  • การเคลือบฟิล์มบาง dielectric-Ag-dielectric ซึ่งมีสมบัติในการเป็นกระจกสะท้อนความร้อนที่ดี และมีการประยุกต์ใช้กับกระจกรถยนต์ หรืออาคาร เพื่อลดการส่องผ่านของรังสีอินฟราเรดซึ่งเป็นรังสีความร้อน โดยศึกษาหา สภาวะการเคลือบที่เหมาะสม และได้สมบัติฟิล์มเคลือบที่ดีที่สุด รวมถึงการเปลี่ยนชนิดไดอิเลคตริก จากโลหะเงินเป็นโลหะชนิดอื่น ในปัจจุบันพบว่า เงินจะถูกเปลี่ยนเป็นเงินออกไซด์ ภายในระยะเวลาไม่เกิน 1 ปี ทำให้สมบัติสะท้อนความร้อนสูญหายไปด้วย จึงมีความจำเป็นจะต้องศึกษาวิธีการป้องกันการเกิดออกไซด์ของเงิน หรือศึกษาโลหะชนิดอื่นที่มีความเสถียรกว่ามาใช้ทดแทนเงิน
  • การเคลือบฟิล์มบางของไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) ด้วยวิธีการสปัตเตอริง เพื่อศึกษาสมบัติทาง photocatalysis จากการปฏิสัมพันธ์ระหว่าง TiO2 กับรังสี UV ทำให้ลดแรงตึงผิวของน้ำและสามารถทำลายแบคทีเรีย หรือมีคุณสมบัติ Super-hydrophilic ซึ่งทำให้น้ำไม่เกาะเป็นหยด แต่จะเปียกบนแผ่นกระจก และไหลลงในลักษณะเป็นฟิล์มบางกระจายไปทั่วพื้นผิวกระจก ซึ่งจะช่วยให้มองเห็นทัศนียภาพภายนอกได้ในขณะที่ฝนตก นอกจากนี้ยังช่วยให้น้ำสามารถชะล้างสิ่งสกปรกออกได้ดีขึ้นซึ่งถ้าเคลือบลงบนกระจก จะเรียกว่ากระจกทำความสะอาดตัวเองได้ (self cleaning glass) ขณะนี้เริ่มมีการนำ TiO2 มาประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวาง และอยู่ในความสนใจของนักวิจัยจำนวนมาก และสามารถพัฒนาต่อสู่ภาคอุตสาหกรรมได้ โดยการศึกษาการเคลือบ TiO2 กำลังขยายออกไปสู่เทคนิคอื่นอีก เช่น วิธี sol-gel และวิธี spray pyrolysis เพื่อสร้างฟิล์มบางที่มีความหนาสูงขึ้น และเหมาะกับการประยุกต์ใช้งานที่หลากหลายมากขึ้น เช่นใช้งานเป็นแผ่นรองรับใน dye sensitized solar cells
  • การเคลือบฟิล์มบาง WO3 เพื่อศึกษาสมบัติการเปลี่ยนสีจากสภาวะโปร่งใสเป็นสีน้ำเงิน เมื่อฉีดอิออนบวกเข้าสู่ฟิล์ม โดยมีแหล่งกำเนิดอิออน และสนามไฟฟ้าภายนอกในการควบคุม ให้กระจกค่อยๆเปลี่ยนสีได้ทีละน้อย ซึ่งในการใช้งานจริง จะต้องมีชั้นฟิล์มบางอื่นอีกหลายชั้น เช่น ชั้น counter electrode   ชั้น ion conductor เพื่อส่งผ่านประจุสู่ฟิล์ม WO3 กระจกที่เปลี่ยนสีได้นี้เรียกว่า smart window และมีกลุ่มวัสดุอีกมากมาย ที่มีพฤติกรรมคล้าย WO3 แต่อาจให้สีที่แตกต่างกันไป
  • การเตรียมฟิล์มบาง ZnS (Zinc sulfide) ด้วยวิธีการเคลือบในอ่างสารเคมี (Chemical Bath Deposition) เพื่อให้ได้ฟิล์มบางที่มีความสม่ำเสมอและมีการจัดเรียงตัวในระดับนาโน เพื่อสามารถทำหน้าที่เป็นชั้นบัฟเฟอร์ (Buffer layer) ของเซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูงชนิดฟิล์มบาง Cu(In,Ga)Se2  ได้ควบคู่กับการศึกษากลไกการเกิดฟิล์มบาง ZnS ในระดับนาโน ในงานวิจัยนี้มุ่งหาเงื่อนไขการเตรียมฟิล์มที่ทำให้ได้ฟิล์มที่มีคุณสมบัติดีพอที่จะทำเป็นชั้นบัฟเฟอร์ และต่อยอดงานวิจัยไปยังการทำ Cd-free buffer layer ซึ่งเป็นชั้นบัฟเฟอร์ที่ปราศจากแคดเมียม ที่ได้จากฟิล์มบางสารประกอบกึ่งตัวนำกลุ่ม II-VI
  • การเตรียมฟิล์มบางของสารประกอบโลหะออกไซด์ โลหะไนไตรด์  หรือโลหะคาร์ไบด์ เช่น TiN, TiC, Ti(C,N), CrN, ZrN และ Al2O3 ที่ใช้สำหรับเคลือบเป็นฟิล์มบนอุปกรณ์ทางกล เช่น ดอกสว่าน แม่พิมพ์ เพื่อเพิ่มความแข็งแรงคงทนและทนต่ออุณหภูมิสูง การเคลือบแข็งนี้ไม่เพียงแต่จะเคลือบบนอุปกรณ์ทางกลแล้วยังสามารถเคลือบลงบนอัญมณีและเครื่องประดับเพื่อป้องกันรอยขีดข่วน เช่น สายนาฬิกา  กรอบแว่นตา  และเครื่องประดับ

ตัวอย่างงานวิจัย

1. การเตรียมฟิล์มอินเดียมทินออกไซด์โดยวิธี ดีซี แมกนีตรอนสปัตเตอริง

   งานวิจัยการเคลือบฟิล์มอินเดียมทินออกไซด์ด้วยวิธี ดีซี แมกนีตรอนสปัตเตอริง ที่ได้ทำการวิจัยอย่างต่อเนื่อง ผลที่ได้จากงานวิจัยนี้ พบว่า สามารถเตรียมฟิล์มอินเดียมทินออกไซด์ ที่มีสมบัติตามต้องการและเหมาะสมกับการประยุกต์ใช้งานต่างๆกันได้ เช่น  ฟิล์มอินเดียมทินออกไซด์ที่เตรียมได้นั้นสามารถนำไปพัฒนาเป็นกระจกสะท้อนความร้อน เนื่องจากมีแนวโน้มในการสะท้อนรังสีอินฟราเรด (ความยาวคลื่นมากกว่า    700   nm.) ซึ่งเป็นรังสีความร้อนได้ดี โดยดูได้จาก ผลการวัดสเปกตรัมการส่งผ่านแสง  ดังแสดงในรูปที่ 1   นอกจากนั้นยังสามารถประยุกต์ใช้ในการทำเป็นแผ่นรองรับสำหรับ smart window  ที่มีชั้นให้สีเป็นสารประกอบทังสเตนออกไซด์ (WO3) โดยพบว่าการทำ heat treatment เปลี่ยนสีของฟิล์ม WO3 จากใสเป็นสีน้ำเงินชัดเจน  ดังแสดงในรูปที่ 2(a)-2(b)


รูปที่ 1 สเปกตรัมการส่งผ่านแสงของฟิล์มบางอินเดียมทินออกไซด์ เมื่อทำ heat treatment ฟิล์มมีแนวโน้มสะท้อนรังสีความร้อนได้ดีขึ้น


ที่ 2(ก) การประยุกต์ใช้ฟิล์มบางอินเดียมทินออกไซด์กับการเปลี่ยนสีของ WO3 (ก่อนทำ heat treatment)


รูปที่ 2(ข) การประยุกต์ใช้ฟิล์มบางอินเดียมทินออกไซด์กับการเปลี่ยนสีของ WO3 (หลังทำ heat treatment) โดย WO3จะแสดงสีน้ำเงินชัดเจน

 

2. การศึกษา Photocatalytic Activities ของฟิล์มไททาเนียมไดออกไซด์ที่เตรียมด้วยวิธีดีซี รีแอคทีฟแมกนีตรอนสปัตเตอริง

   การเคลือบฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) เป็นงานวิจัยที่ทางกลุ่มผู้วิจัยได้พัฒนามาอย่างต่อเนื่อง ทั้งในส่วนของเทคนิควิธีการเตรียมฟิล์ม และแนวทางการประยุกต์ใช้งาน  ซึ่งฟิล์มที่ได้จะถูกนำมาใช้เป็นพื้นผิวทำความสะอาดตัวเอง โดยมีสมบัติที่สำคัญภายใต้แสงดวงอาทิตย์หรือหลอดไฟฟ้าฟลูออเรสเซนต์คือ ความสามารถในการช่วยย่อยสลายสารอินทรีย์ เช่น คราบไขมัน เพื่อประยุกต์ใช้ในการบำบัดน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรม หรือการทำลายเชื้อจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดโรค หรือคราบสกปรกต่างๆ บนพื้นผิว นอกจากนี้ฟิล์มยังมีสมบัติชอบน้ำทำให้มุมสัมผัส (contact angle) ของหยดน้ำบนผิวฟิล์มมีค่าน้อย หยดน้ำจะชะล้างฝุ่นละอองออกไปโดยไม่ทิ้งคราบสกปรกไว้  เพราะหยดน้ำจะแผ่ราบกับผิวฟิล์ม ดังนั้นในกรณีที่ฟิล์มถูกเคลือบลงบนกระจก จะทำให้มองเห็นทัศนียภาพภายนอกหรือภาพสะท้อนได้อย่างชัดเจนแม้ในขณะฝนตกหรือมีการสเปรย์น้ำ ดังแสดงผลการวิจัย ในรูปที่ 3 - 5


รูปที่ 3 แสดงภาพระบบสปัตเตอริงสำหรับเตรียมฟิล์ม TiO2 ซึ่งประกอบด้วยส่วนของระบบควบคุม (System controller) และ ห้องเคลือบฟิล์ม (Chamber Unit)


รูปที่ 3 แสดงภาพกระจกเงาที่เคลือบฟิล์ม TiO2 ( ซีกขวา)  และไม่ผ่านการเคลือบฟิล์ม (ซีกซ้าย) หลังนำไปวางภายใต้แสงอาทิตย์ 1 ชั่วโมง และฉีดสเปรย์ด้วยน้ำ พบว่าฟิล์มแสดงสมบัติชอบน้ำ (hydrophilic)


รูปที่ 4 แสดงความสามารถของฟิล์มบาง TiO2 ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ด้วยแสงโดยใช้สีย้อมชนิด methylene blue เมื่อฉายแสงอัลตราไวโอเลต 6 ชั่วโมง methylene blue จะสลายหมด


รูปที่ 5 แสดงการเปรียบเทียบลักษณะแบคทีเรีย E.Coli    (a) บนพื้นผิวฟิล์ม TiO2 และ (b) บนผิวกระจก หลังการฉายแสงอัลตราไวโอเลต (UV) 1 ชั่วโมง โดยพบว่า แบคทีเรีย E.Coli บนพื้นผิวฟิล์ม TiO2 จะถูกทำลายในขณะที่เชื้อที่อยู่บนผิวกระจกจะยังคงอยู่

สถานที่ติดต่อ :       ภาควิชาฟิสิกส์  คณะวิทยาศาสตร์  มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
126  ถ.ประชาอุทิศ  แขวงบางมด  เขตทุ่งครุ  กรุงเทพฯ  10140
เบอร์โทรศัพท์   02-4708873
เบอร์โทรสาร    02-4278785
E-Mail:  panita.chi@kmutt.ac.th

 

 

 


 

สำนักงานกลางศูนย์ความเป็นเลิศด้านฟิสิกส์
ตู้ ปณ.70 มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ อ.เมือง จ.เชียงใหม่ 50202
โทรศัพท์ (053) 942650-3 โทรสาร (053) 222774