ข่าว

          ทีมนักวิจัยสาขาวัสดุศาสตร์ ภาคฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ พัฒนาสมบัติการเก็บเกี่ยวพลังงานของวัสดุเซรามิกไรสารตะกั่วขั้นสูง มีสมบัติที่ดีในด้านพลังงาน ไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม และมีความปลอดภัยในการผลิตและการใช้งาน นอกจากนี้ยังเป็นวัสดุหลายหน้าที่ ที่เป็นทางเลือกต่อภาคอุตสาหกรรมในอนาคต

โดยได้ตีพิมพ์ผลงานวิจัยที่เกี่ยวข้องในวารสารชั้นนำ จำนวน 2 เรื่อง ดังนี้ 

1. Improvements of depolarization temperature, piezoelectric and energy harvesting properties of BNT-based ceramics by doping an interstitial dopant (การปรับปรุงอุณหภูมิ depolarization (T_d) ไพอิโซอิเล็กทริก และสมบัติการเก็บเกี่ยวพลังงานของเซรามิกที่มี BNT โดยการเติมสารเจือคั่นระหว่างหน้า)

                     ทีมนักวิจัยสาขาวัสดุศาสตร์ ภาคฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ นำโดย ศ.ดร กอบวุฒิ รุจิจนากุล, ดร. ศุภลักษณ์ มะโนธรรม, ดร.ภาราตรี ใจตา, ดร.พิชิตชัย บุตรน้อย และ ดร.นฤมล เลิศคำฟู ได้ร่วมกันทำการปรับปรุงค่า T_d และสมบัติของ ไพอิโซอิเล็กทริกด้วยพร้อมทั้งทำการวิเคราะห์สมบัติด้วยเทคนิคต่างๆ ในงานวิจัยนี้ได้รายงานวิธีการในการเพิ่ม T_d โดยใช้สารเติมแต่งโบรอนออกไซด์ (B₂O₃) นอกจากนี้ ได้ทำการการปรับปรุงค่าโพลาไรเซชันคงเหลือ (P_r) สมบัติของไพอิโซอิเล็กทริก ค่าไดอิเล็กตริกการสูญเสีย และประสิทธิภาพการเก็บเกี่ยวพลังงานของเซรามิกที่ศึกษา

ผลลัพธ์ของงานวิจัยที่ได้พบว่า สาร B₂O₃ มีผลกระทบของต่อสมบัติเซรามิกที่มี BNT เป็นฐาน ซึ่งจากข้อมูลที่ได้พบว่า ประจุไอออนของโบรอนได้เข้าสู่ตำแหน่งซอกของระหว่างอะตอมในยูนิตเซลล์ ซึ่งจะลดช่องว่างของออกซิเจนและสร้างความเครียดภายในผลึก การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ส่งเสริมในการเพิ่มขึ้นของค่า T_d และปรับปรุงสมบัติของเฟอร์โรอิเล็กทริก และไพอิโซอิเล็กทริก นอกจากนี้ ยังส่งผลให้สมบัติในการเก็บเกี่ยวพลังงานดีซึ่งจะสัมพันธ์กับค่า d₃₃ และ g₃₃ ที่ได้รับหลังจากเติม B₂O₃ ดังนั้นการเพิ่ม B₂O₃ ลงในเซรามิกส์ไพอิโซอิเล็กทริกที่ใช้ BNT ฐาน อาจเป็นกลยุทธ์ใหม่ที่ดีในการได้รับ T_d สูง พร้อมสมบัติการเก็บเกี่ยวพลังงานที่ดีเทคนิคนี้อาจให้ผลลัพธ์ที่ดี หรือส่งผลเชิงบวกต่อเซรามิกไร้สารตะกั่วแบบไพอิโซอิเล็กทริกอื่น ๆ

วัสดุที่ทำการศึกษา เป็นวัสดุไร้สารตะกั่วที่ไม่เป็นพิษการสิ่งแวดล้อม ซึ่งมักเกิดในกระบวนการผลิต และเป็นวัสดุในอนาคต ที่มีสมบัติที่ดีในด้านพลังงาน

งานวิจัยนี้ถูกตีพิมพ์ในวารสารชั้นนำ Journal of Alloys and Compounds ในปี 2022 (Q1 Scopus, Impact Factor 6.371)

ผู้สนใจสามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่ https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163021

2. Enhancement of electrostrictive and magnetic performance with high energy storage efficiency in Fe₂O₃ nanoparticles modified Ba(Zr_0.07Ti_0.93)O3 multiferroic ceramics (การปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงไฟฟ้าและแม่เหล็กและประสิทธิภาพการจัดเก็บพลังงานสูงในเซรามิก multiferroic Ba(Zr_0.07Ti_0.93)O3 ที่ ดัดแปลงด้วยอนุภาคนาโน Fe₂O₃)

             ทีมนักวิจัยสาขาวัสดุศาสตร์ ภาคฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ นำโดย ศ.ดร.กอบวุฒิ รุจิจนากุล, ผศ. ดร.ภาคภูมิ จารุภูมิ, ดร.ภาราตรี ใจตา, Denis Russell Sweatman , ผศ.ดร.อนุชา วัชระภาสร ได้ร่วมกันพัฒนาเซรามิก Ba(Zr_0.07Ti_0.93)O₃/xFe₂O₃(93BZT/xFe₂O₃, x = 0-1.0 mol%) ที่ปราศจากสารตะกั่ว ที่ถูกเตรียมโดยใช้วิธีผสมออกไซด์ และเติมอนุภาคนาโน Fe₂O₃ ซึ่งส่งผลต่อสมบัติเฟอร์โรอิเล็กทริกของเซรามิก โดยมีการเปลี่ยนลูปฮิสเทรีซิสจากเซรามิกที่ยังไม่ได้ดัดแปลงไปเป็นเป็นวงแคบที่ 0.5 mol% ของการเติม และยังส่งผลให้มีการปรับปรุงความเครียดที่เกิดจากสนามไฟฟ้า และค่าสัมประสิทธิ์อิเล็กโทรสตริกทิฟ นอกจากนี้การเติม Fe₂O₃ 1.0 mol% ได้แสดงการเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงสุดถึง 98% และมีการปรับปรุงลูปฮิสเทรีซิสของ M-H และค่าความจุภายใต้สนามแม่เหล็ก ผลการวิจัยพบว่า มีการปรับปรุงพฤติกรรมเชิงแม่เหล็กพร้อมทั้งเชิงไฟฟ้าของ Ba(Zr_0.07Ti_0.93)O₃ ที่ดัดแปลงโดยอนุภาคนาโน Fe₂O₃ อย่างน่าประหลาดใจ ซึ่งไม่เคยคาดคิดมาก่อน ดังนั้นเซรามิกระบบนี้น่าจะมีศักยภาพในการใช้งานด้านอุปกรณ์มัลติฟังก์ชั่น

ผลลัพธ์ของงานวิจัยที่ได้พบว่า เซรามิก 93BZT/xFe₂O₃, x = 0-1.0 mol%นี้ ได้ถูกสังเคราะห์ด้วยวิธีการผสมออกไซด์ และได้ทำการศึกษาสมบัติเชิงแม่เหล็กและไฟฟ้าของเซรามิก พบว่า เซรามิกแสดงโครงสร้าง perovskite ซึ่งยังพบเฟส Fe₂O₃ ปนอยู่ ซึ่งอนุภาคนาโนของ Fe₂O₃ จะยับยั้งการเจริญเติบโตของเกรน และโครงสร้างจุลภาคจะมีการเปลี่ยนแปลงได้อย่างชัดแจนที่ปริมาณการเติม Fe₂O₃ เท่ากับ 0.1 mol% และเมื่อปริมาณอนุภาคนาโนที่เติมมากขึ้น ค่า T_c จะลดลงในขณะที่ T₁ เพิ่มขึ้นเล็กน้อย จากนั้นจะรวมเป็น T_m เมื่อมีการเติม Fe₂O₃ เป็นปริมาณ0.5 mol% อีกทั้งยังมีค่าการสูญเสียทางไดอิเล็กตริกที่ต่ำ นอกจากนี้ เซรามิกยังมีค่าความเครียดที่เกิดจากสนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ (S_max) ที่ 0.38 % โดยมีค่าสัมประสิทธิ์ความเครียดทางไฟฟ้า (d*₃₃) ที่ 580 pm/V และยังมีสัมประสิทธิ์ความเครียดของฮิสเทรีซิสต่ำมากเป็นพิเศษ (H = 8.03 %) พร้อมทั้งมีค่าสัมประสิทธิ์อิเล็กโทรสตริกทิฟ (Q₃₃ ) ที่สูงถึง 0.0546 m⁴/C²) และมีค่าประสิทธิภาพการจัดเก็บพลังงานสูงสุด ที่ 98% นอกจากนี้ อนุภาคนาโนยังปรับปรุงพฤติกรรมแม่เหล็กและส่งผลให้สมบัติของเฟอร์โรอิเล็กทริกเปลี่ยนไป โดยการเติมอนุภาคนาโน ของ Fe₂O₃ ที่ 1.0 mol% เซรามิกจะแสดงสมบัติทางแม่เหล็กที่ดีโดยมีค่าสูงสุดของ Mr = 0.74 emu/g และ Hc =1791 Oe โดยมีค่าความจุสนามแม่เหล็กที่ค่าสูงสุด (-MC%) = 9.30% ทีปริมาณอนุภาคนาโนของ Fe₂O₃ =1.0 mol%

วัสดุไร้สารตะกั่วที่ทำการศึกษานี้ เป็นวัสดุที่ไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม มีสมบัติที่ดีในด้านพลังงาน และส่งผลต่อสังคมในแง่ความปลอดภัยในการผลิตและการใช้งาน นอกจากนี้ยังเป็นวัสดุหลายหน้าที่ ที่เป็นทางเลือกต่อภาคอุตสาหกรรมในอนาคต

งานวิจัยถูกตีพิมพ์ในวารสารชั้นนำ Materials Science and Engineering : B ในปี 2022 (Q2 Scopus, Impact Factor 3.407)

ผู้ที่สนใจสามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่ https://doi.org/10.1016/j.mseb.2021.115579

อ้างอิง Jarupoom, P., Jaita, P., Sweatman, D.R., Watcharapasorn A. and Rujijanagul, G., Enhancement of electrostrictive and magnetic performance with high energy storage efficiency in Fe₂O₃ nanoparticles-modified Ba(Zr0.07Ti_0.93)O₃ multiferroic ceramics. 2022. Materials Science and Engineering B: Advanced Functional Solid-State Materials, 277, 115579