ข้อมูลงานวิจัย การพัฒนาผิวอิเล็กทรอนิกส์หลายหน้าที่ของเส้นใยนาโนไฮบริดแบบยืดหยุ่น PVDF/ZnO/Ag และ PVDF/ZnO/Cu

ข้อมูลส่วนตัว
    • ชื่อ-นามสกุล (ภาษาไทย)ดร.จักรพันธ์ วัฒนวิกย์กรรม์
    • ชื่อ-นามสกุล (ภาษาอังกฤษ)ดร.Chakkaphan Wattanawikkarn
    • ตำแหน่งทางวิชาการ-
    • ตำแหน่งปัจจุบันอาจารย์
    • คณะ/หน่วยงานคณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
    • โทรศัพท์083-8744XXX
    • E-Mail Addres
    • สาขาวิชาการที่มีความชำนาญ
    อัพเดทล่าสุด
    09 ก.ย. 2566
    00057
    จำนวนคนดู
ข้อมูลโครงการงานวิจัย
ชื่อโครงการ การพัฒนาผิวอิเล็กทรอนิกส์หลายหน้าที่ของเส้นใยนาโนไฮบริดแบบยืดหยุ่น PVDF/ZnO/Ag และ PVDF/ZnO/Cu
ชื่อโครงการภาษาอังกฤษ Development of multifunctional electronic-skin of PVDF/ZnO/Ag and PVDF/ZnO/Cu flexible hybrid nanofibers
หน่วยงาน
หัวหน้าโครงการ
ผู้ร่วมวิจัย
พี่เลี้ยง
ที่ปรึกษา
ปีงบประมาณ 2563
คำสำคัญ ผิวอิเล็กทรอนิกส์ เพียโซอิเล็กทริก ตัวรับรู้ วัสดุทำความสะอาดตัวเอง
ผลลัพธ์
บทคัดย่อ (ภาษาไทย)
บทคัดย่อ (ภาษาอังกฤษ)
หลักการและเหตุผล อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะถือเป็นหนึ่งในยุทธศาสตร์การปรับโครงสร้างอุตสาหกรรมไทยไปสู่ Smart Electronics ภายใต้โมเดลประเทศไทย 4.0 โดยหนึ่งในความท้าทายในตอนนี้ คือ การพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาและมีความยืดหยุ่น เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประเภทที่สามารถเข้ากับร่างกายและผิวหนังของมนุษย์ได้ เช่น การฝัง การติด และการสวมใส่ มีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ตรวจสอบและประเมิน สุขภาพ การรับรู้ รวมถึงความเจ็บป่วยต่างๆ ของมนุษย์ หรือที่เรียกว่า ผิวอิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่น (flexible electronic skin: e-skin) ซึ่งเป็นวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างเลียนแบบสมบัติและกลไกการทำงานให้เหมือนผิวมนุษย์โดยเพิ่มสมบัติอิเล็กทรอนิกส์เข้าไป ทำให้สามารถรับรู้ถึงความกดดัน อุณหภูมิ และแรงสั่นสะเทือน แต่ที่แตกต่างคือ เป็นแหล่งพลังงานที่สามารถสร้างหรือเก็บเกี่ยวพลังงานได้ เมื่อเปรียบเทียบ e-skin กับผิวหนังจริงของมนุษย์แล้ว ผิวหนังของมนุษย์คืออวัยวะที่สร้างขึ้นจากเนื้อเยื่อหลายชั้นที่ทำหน้าที่หลายอย่างซึ่งเชื่อมต่อกับสภาพแวดล้อมและเป็นแนวป้องกันแรกจากปัจจัยภายนอก รวมถึงมีเนื้อเยื่อสัมผัสที่รับรู้จำนวนมากเพื่อแยกความแตกต่างของการกระตุ้นเชิงกล (สัมผัส, กด, การสั่นสะเทือน, ความเครียด, การดัดงอ ฯลฯ ) และส่งสัญญาณสัญญาณไฟฟ้าไปยังสมอง ดังนั้น e-skin จึงจำเป็นต้องออกแบบให้มีความยืดหยุ่น แข็งแรง และสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมและสิ่งกระตุ้นภายนอกได้เช่นกัน ในการสร้างอุปกรณ์ e-skin นี้ต้องคำนึงถึงปัจจัยหลัก 3 ประการ คือ มีความหลากหลายหน้าที่ โครงสร้างยืดหยุ่น และสร้างพลังงานได้ สมบัติความยืดหยุ่นของ e-skin นอกจากต้องสามารถเข้ากันได้กับร่างกาย แต่ความทายในปัจจุบันยังต้องออกแบบให้เป็นแหล่งสร้างพลังงานได้ เพื่อทดแทนแบตเตอรี่ที่ต้องใช้ โดยจะอาศัยหลักการเปลี่ยนแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า หรือที่เรียกว่า เพียโซอิเล็กทริก (piezoelectric effect) Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) เป็นพอลิเมอร์ที่มีความยืดหยุ่น น้ำหนักเบา เป็นมิตรต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม และที่สำคัญคือแสดงสมบัติไฟฟ้าเชิงกลหรือเพียโซอิเล็กทริก เฟร์โรอิเล็กทริก และไฟโรอิเล็กทริก PVDF มีโครงสร้างเฟส 5 แบบคือเฟส ?, ?, ?, ?, และ ? จากการรายงานพบว่า เฟส ? จะแสดงสมบัติเพียโซอิเล็กทริกที่โดดเด่นที่สุด นอกจากนี้ ยังมีการรายงานว่ากระบวนการปั่นเส้นใยด้วยไฟฟ้าสถิตเป็นกระบวนการหนึ่งที่นิยมใช้ในการผลิตเส้นใย และยังเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพในการสร้างเฟส ? ของ PVDF เนื่องจากเป็นการรวมการยืดเชิงกลและการ poling ด้วยไฟฟ้าเข้ากับกระบวนการเดียว จากงานวิจัยก่อนหน้านี้มีการยืนยันว่าเส้นใย PVDF แสดงค่าสัมประสิทธิ์เพียโซอิเล็กทริกที่สูงกว่าและมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่สูงขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับฟิล์มบาง PVDF ดังนั้น เส้นใยนาโน PVDF จึงมีความคาดหวังว่าเส้นใยจะมีประสิทธิภาพที่ดีสำหรับประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์ด้านการเก็บเกี่ยวพลังงานและการใช้เป็นตัวตรวจรับต่างๆ อีกทั้งมีการรายงานการสร้างแผ่น PVDF เพื่อใช้เป็น e-skin โดยการผสมกับชั้นนาโนด้วยวัสดุหลายชนิด เช่น BaTiO3, ZnO, CNT, Ag, Fe-RGO เพื่อเพิ่มปรับปรุงสมบัติการใช้เป็นตัวตรวจรับ การสร้างและเก็บเกี่ยวพลังงาน อนุภาคนาโน ZnO และ TiO2 และโลหะ Ag และ Cu ถือเป็นกลุ่มวัสดุที่นิยมใช้ในการผลิตและปรับปรุงสมบัติทางด้านตัวตรวจรับ การสร้างและเก็บเกี่ยวพลังงาน และตัวเร่งปฏิกิริยาทางแสงกันอย่างแพร่หลาย วัสดุกลุ่มนี้จึงมีความน่าสนใจในการนำมาปรับปรุงสมบัติของ e-skin ดังนั้นในกรอบงานวิจัยนี้ จึงมุ่งเน้นในการพัฒนาเส้นใยนาโนไฮบริดแบบยืดหยุ่นที่ใช้พอลิเมอร์ PVDF เป็นองค์ประกอบหลัก และเคลือบด้วย ZnO/Ag และ ZnO/Cu โดยสังเคราะห์เส้นใยจากกระบวนการปั่นเส้นใยด้วยไฟฟ้าสถิต เพื่อประยุกต์ใช้เป็นผิวอิเล็กทรอนิกส์ ที่มีสมบัติหลากหลายหน้าที่ (multifunctional properties) สามารถใช้เป็นตรวจจับการเคลื่อนไหวหรือการกดทับของร่างกาย ทำความสะอาดตัวเองได้ และเป็นมิตรต่อร่างกายและสิ่งแวดล้อม
วัตถุประสงค์ 1. เพื่อหาเงื่อนไขที่เหมาะสมในการสังเคราะห์ผิวอิเล็กทรอนิกส์พอลิเมอร์แบบยืดหยุ่นจากเส้นใยนาโนไฮบริด PVDF/ZnO/Ag และ PVDF/ZnO/Cu 2. เพื่อประยุกต์ใช้แผ่นพอลิเมอร์แบบยืดหยุ่นจากเส้นใยนาโนไฮบริด PVDF/ZnO/Ag และ PVDF/ZnO/Cu เป็นผิวอิเล็กทรอนิกส์ สำหรับทำหน้าที่ตรวจจับแรงเชิงกลและสามารถทำความสะอาดตัวเองได้ 3. เพื่อศึกษาและเปรียบเทียบความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติของผิวอิเล็กทรอนิกส์ที่สังเคราะห์ได้ 4. เพื่อสร้างผลงานวิจัยในวารสารระดับนานาชาติ ISI Q-1 และการจดสิทธิบัตร/อนุสิทธิบัตร