การวิจัยและพัฒนาฟิล์มคาร์บอนเสมือนเพชร ด้วยเทคนิคแสงซินโครตรอน

ฟิล์มคาร์บอนเสมือนเพชร (Diamond-Like Carbon: DLC) เป็นฟิล์มที่ได้รับความนิยมและถูกนำมาประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม ได้แก่ ด้านยานยนต์ เช่น นำไปเคลือบผิวผลิตภัณฑ์กระบอกสูบ ก้านลูกสูบ ข้อเหวี่ยง ด้านอิเล็กทรอนิกส์ เช่น นำไปเคลือบผิวผลิตภัณฑ์หัวอ่านฮาร์ดดิสก์ ด้านการแพทย์ เช่น นำไปเคลือบผิวผลิตภัณฑ์ข้อสะโพกเทียม หลอดเลือดเทียม เครื่องปั๊มเลือดแบบหมุนเหวี่ยง ด้านผลิตภัณฑ์เครื่องดื่ม เช่น นำไปเคลือบผิวภายในขวดบรรจุน้ำผลไม้ และด้านบรรจุภัณฑ์อาหาร การใช้งานที่หลากหลายของฟิล์มชนิดนี้ แสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติที่โดดเด่นของฟิล์มดังกล่าว เช่น มีความเฉื่อยต่อปฏิกิริยาทางเคมีโดยไม่ทำปฏิกิริยาที่ก่อเกิดอันตรายใดๆ ต้านทานการกัดกร่อนสูง มีความแข็งสูง การเข้ากันทางชีวภาพสูงโดยไม่เป็นพิษกับร่างกายหรือสิ่งแวดล้อม และแรงเสียดทานต่ำทำให้สามารถยืดอายุการใช้งานผลิตภัณฑ์ได้ ดังนั้น การได้มาซึ่งคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมของฟิล์มขึ้นกับปัจจัยต่างๆ ได้แก่ วิธีการสังเคราะห์ ส่วนผสม อุณหภูมิ เวลาในการเคลือบ อีกทั้งวิธีการในการสังเคราะห์ฟิล์มที่ต่างกันก็ให้ได้โครงการสร้างเคมีของฟิล์มที่ต่างกันด้วย

โครงสร้างทางเคมีของฟิล์ม DLC มี 4 ประเภท ได้แก่

1. Tetrahedral Amorphous Carbon (ta-C)
2. Tetrahedral Amorphous Hydrogenate Carbon (ta-C:H)
3. Amorphous Carbon (a-C)
4. Hydrogenated Amorphous Carbon (a-C:H) ตามลำดับ

อย่างไรก็ตาม โครงสร้างทางเคมีของฟิล์ม DLC มีความซับซ้อนจึงต้องอาศัยเทคนิคการวิเคราะห์ขั้นสูงอย่างเทคนิคแสงซินโครตรอนในการวิเคราะห์โครงสร้างทางเคมี นั้นคือ เทคนิคการดูดกลืนรังสีเอกซ์ย่านพลังงานต่ำ (Near Edge X-ray Absorption Fine Structure, NEXAFS) โดยเทคนิคนี้สามารถวิเคราะห์โครงสร้างทางเคมีในเชิงคุณภาพ (Qualitative Analysis) และเชิงปริมาณ (Quantitative Analysis) ได้ ทำให้สามารถบ่งชี้ถึงพันธะเคมีและปริมาณสัดส่วนผสมที่อยู่ในฟิล์มชนิดนี้ได้ อีกทั้งฟิล์ม DLC มีคุณสมบัติในการต้านการซึมผ่านของแก๊สบางชนิด จึงถูกนำไปประยุกต์ใช้จริงในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ของอาหาร จึงนำไปสู่การสร้างความร่วมมืองานวิจัยและพัฒนาร่วมกับบริษัท เบทาโกร จำกัด (มหาชน) และบริษัท เอสซีจี เคมิคอลส์ จำกัด ถือเป็นการบูรณาการงานวิจัยและพัฒนาระหว่างหน่วยงานภาครัฐและเอกชนร่วมกัน

Source: วารสาร Engineering Today ปีที่ 18 ฉบับที่ 176 มีนาคม-เมษายน 2563
คอลัมน์ บทความ โดย ดร.ศรายุทธ ตั้นมี, ดร.ชนรรค์ เอื้อรักสกุล, อุกฤษฎ์ ฤทธิหงส