ข่าว

        นักวิจัยคณะวิทย์ ม.เชียงใหม่ นำทีมพัฒนาวัสดุผสมที่มีซีเมนต์เป็นฐานกับเซรามิกไพอิโซอิเล็กทริกไร้สารตะกั่วแบเรียมเซอร์โคเนตไทเทเนต เพื่อใช้เป็นอุปกรณ์เซนเซอร์และทรานสดิวเซอร์ ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สำหรับใช้ตรวจสอบสภาพโครงสร้างอาคาร วางแผนการบํารุงรักษา เพิ่มความปลอดภัยให้กับผู้อยู่อาศัยภายในอาคาร

          งานวิจัยนี้เป็นการพัฒนาวัสดุผสมที่มีซีเมนต์เป็นฐานกับเซรามิกไพอิโซอิเล็กทริกไร้สารตะกั่วแบเรียมเซอร์โคเนตไทเทเนต โดยมีการเพิ่มเฟสที่สามคือพอลิเมอร์ชนิด epoxy resin เพื่อใช้เป็นอุปกรณ์เซนเซอร์ (sensor) และทรานสดิวเซอร์ (transducer) ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สำหรับประยุกต์ใช้กับการตรวจสอบสภาพของโครงสร้าง (structural health monitoring application)

ในการวิจัยนี้ได้ทำการประดิษฐ์วัสดุผสมระบบ 0-3 โดยใช้เซรามิกแบเรียมเซอร์โคเนตไทเทเนต ปริมาณร้อยละ 40 ถึง 60 โดยปริมาตร และใช้พอลิเมอร์ปริมาณร้อยละ 0 ถึง 7 โดยปริมาตร ผสมกับปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ซึ่งในการทดลองได้ทำการศึกษาสมบัติของวัสดุผสม เพื่อประเมินประสิทธิภาพของวัสดุโดยการวัด และวิเคราะห์ค่าความต้านทานเสียงเชิงซ้อน ค่าสภาพยอมสัมพัทธ์เชิงไดอิเล็กทริก ค่าการสูญเสียไดอิเล็กทริก ค่าสัมประสิทธิ์ไพอิโซอิเล็กทริกเชิงประจุ และคำนวณหาค่าสัมประสิทธิ์ไพอิโซอิเล็กทริกเชิงความต่างศักย์ ค่าสัมประสิทธิ์การเชื่อมต่อพลังงานกล-ไฟฟ้าเชิงระนาบ และค่าสัมประสิทธิ์การเชื่อมต่อพลังงานกล-ไฟฟ้าเชิงความหนาของวัสดุผสม

จากการทดลองพบว่าวัสดุผสมระบบ 0-3 BZT-ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ที่เติม epoxy resin เมื่อเพิ่มปริมาณ epoxy resin ส่งผลให้ค่าความต้านทานเสียงเซิงซ้อนลดลง ดังนั้นค่าความต้านทานเสียงเชิงซ้อนจึงมีค่าใกล้เคียงกับโครงสร้างคอนกรีต โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุผสมที่มีปริมาณ BZT ร้อยละ 60 โดยปริมาตร และปริมาณ epoxy resin ในช่วงร้อยละ 3 ถึง ร้อยละ 7 โดยปริมาตรมีค่าความต้านทานเสียงเชิงซ้อนอยู่ในช่วงเดียวกับคอนกรีต

เมื่อเพิ่มปริมาณ epoxy resin ส่งผลให้ค่าสภาพยอมสัมพัทธ์เชิงไดอิเล็กทริก ค่าการสูญเสียไดอิเล็กทริก และค่าสัมประสิทธิ์ไพอิโซอิเล็กทริกเชิงประจุ ลดลง นอกจากนี้ เมื่อเพิ่มปริมาณ epoxy resin ในช่วงร้อยละ 0 ถึง 3 โดยปริมาตรส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์ไพอิโซอิเล็กทริกเชิงความต่างศักย์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และเมื่อเพิ่มปริมาณ epoxy resin ในช่วงร้อยละ 3 ถึง 7 โดยปริมาตรส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์ไพอิโซอิเล็กทริกเชิงความต่างศักย์ เปลี่ยนแปลงเล็กน้อย เมื่อเพิ่มปริมาณ BZT และ epoxy resin ส่งผลให้ค่า kp และค่า kt เพิ่มขึ้น และมีค่า kp และค่า kt สูงที่สุดที่ปริมาณ BZT ร้อยละ 60 โดยปริมาตรและปริมาณ epoxy resin ร้อยละ 7 โดยปริมาตร นอกจากนี้วัสดุผสมระบบ 0-3 BZT-ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ที่เติม epoxy resin มีค่าความต้านทานเสียงเชิงซ้อน และค่าสัมประสิทธิ์ไพอิโซอิเล็กทริกเชิงความต่างศักย์ที่เหมาะสมที่สุด ที่ปริมาณเซรามิกร้อยละ 50 โดยปริมาตร และปริมาณ epoxy resin ร้อยละ 3 โดยปริมาตร

การพัฒนาวัสดุผสมที่มีซีเมนต์เป็นฐานกับเซรามิกไพอิโซอิเล็กทริกไร้สารตะกั่วแบเรียมเซอร์โคเนตไทเทเนต โดยมีการเพิ่มเฟสที่สามคือ epoxy resin ทำให้วัสดุผสมมีค่าความต้านทานเสียงเชิงซ้อนอยู่ในช่วงเดียวกับคอนกรีต มีสมบัติเพียโซอิเล็กทริกที่ดี และมีค่า kt และ kp เพิ่มขึ้น แสดงให้เห็นว่าวัสดุผสมที่ได้พัฒนาขึ้นนี้มีความสามารถในการถ่ายโอนทางไฟฟ้า-เชิงกลค่อนข้างสูง ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการนำไปประยุกต์ใช้เป็นอุปกรณ์เซนเซอร์(sensor) และทรานสดิวเซอร์ (transducer) ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สำหรับประยุกต์ใช้กับการตรวจสอบสภาพของโครงสร้าง (structural health monitoring application) ซึ่งถือเป็นสิ่งสำคัญที่จะช่วยวางแผนการบํารุงรักษา เพิ่มความปลอดภัยให้กับผู้อยู่อาศัยภายในอาคารและทรัพย์สิน