บณฑตวทยาลยวศวกรรมศาสตรนานาชาตสรนธร ไทย-เยอรมน มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

1

การตรวจพสจนและการวเคราะหทเกยวของกบการเตรยมอนภาคนาโนและการประยกตใช

ผศ. ดร. ระพพนธ แดงตนก

นาโนเทคโนโลยคออะไร?1. การวจยและพฒนาเทคโนโลยในระดบอะตอม โมเลกล หรอโมเลกลมหภาค (macromolecule) ทมขนาดเลกในชวง 1 ถง 100 นาโนเมตร

REF: http://www.vcharkarn.com/varticle/189, http://www.vcharkarn.com/varticle/324#P1

2. การสรางและการใชประโยชนจากโครงสราง อปกรณ หรอระบบตางๆ ทมสมบตและหนาทใหมๆเกดขนอนเนองมาจากความเลกในระดบนาโน (nanoscale) ของสงนนๆ

3. ความสามารถในการควบคมและจดการไดอยางถกตองและแมนย าในระดบอะตอม

REF: http://www.vcharkarn.com/varticle/189, http://www.vcharkarn.com/varticle/324#P1

Nano structure

5

6

Physical identification

การตรวจพสจนและการวเคราะหเบองตน

7

Physical identificationการตรวจพสจนและการวเคราะหเบองตน

8

Nanocharacterization Techniques

• SEM

• TEM

• AFM

• Raman Spectroscopy

• FTIR Spectroscopy

• XRF

• XRD

• X-Ray Tomography (CT)

• XPS

Scanning electron microscopy is used for inspecting topographies of specimens at very high magnifications

using a piece of equipment called the scanning electron microscope. SEM magnifications can go to more

than 300,000 X but most semiconductor manufacturing applications require magnifications of less than

3,000 X only. SEM inspection is often used in the analysis of die/package cracks and fracture surfaces,

bond failures, and physical defects on the die or package surface.

During SEM inspection, a beam of electrons is focused on a spot volume of the specimen, resulting in the

transfer of energy to the spot. These bombarding electrons, also referred to as primary electrons, dislodge

electrons from the specimen itself. The dislodged electrons, also known as secondary electrons, are

attracted and collected by a positively biased grid or detector, and then translated into a signal.

To produce the SEM image, the electron beam is swept across the area being inspected, producing many

such signals. These signals are then amplified, analyzed, and translated into images of the topography

being inspected. Finally, the image is shown on a CRT.

Scanning Electron Microscopy (SEM)

Advantages of Using SEM over OM

Magnification Depth of Field Resolution

OM 4x – 1000x 15.5mm – 0.19mm ~ 0.2mm

SEM 10x – 3000000x 4mm – 0.4mm 1-10nm

The SEM has a large depth of field, which allows a large amount of the sample to be in focus at one time and

produces an image that is a good representation of the three-dimensional sample. The SEM also produces

images of high resolution, which means that closely features can be examined at a high magnification.

The combination of higher magnification, larger depth of field, greater resolution and compositional and

crystallographic information makes the SEM one of the most heavily used instruments in research areas and

industries, especially in semiconductor industry.

OM SEM

SEM images

11

insect

Bio polymer

virus

TEMThe uniqueness of TEM is the ability to obtain full morphological (grain size, grain

boundary and interface, secondary phase and distribution, defects and their

nature, etc.), crystallographic, atomic structural and micro-analytical such as

chemical composition (at nm scale), bonding (distance and angle), electronic

structure, coordination number data from the sample.

TEM is the most efficient and versatile technique for the characterization of

materials. It has many mechanism for contrast in TEM for different application

purpose.

limitation

More or less bulk-like information, the sample

cannot be too thick, Sample preparation can be

difficult.

Principal features of an optical microscope, a transmission electron microscope and a

scanning electron microscope, drawn to emphasize the similarities of overall design.

OM TEM SEM

Magneticlenses

detector

CRT

Cathode Ray Tube

Light sourceSource of electrons

Condenser

Specimen

Objective

EyepieceProjector Specimen

Comparison of OM,TEM and SEM

TEM images

Silver nano Gold nano

E coli

AFM

http://www.molec.com/what_is_afm.html

• Invented in 1986

• Cantilever

• Tip

• Surface

• Laser

• Multi-segment photodetector

Figure Three common types of AFM tip. (a) normal tip (3 µm tall); (b)

supertip; (c) Ultralever (also 3 µm tall). Electron micrographs by Jean-

Paul Revel, Caltech. Tips from Park Scientific Instruments; supertip

made by Jean-Paul Revel.

http://stm2.nrl.navy.mil/how-afm/how-afm.html#imaging%20modes

Topography

• Contact Mode– High resolution

– Damage to sample

– Can measure frictional forces

• Non-Contact Mode– Lower resolution

– No damage to sample

2.5 x 2.5 nm simultaneous topographic and friction image of highly

oriented pyrolytic graphic (HOPG). The bumps represent the

topographic atomic corrugation, while the coloring reflects the lateral

forces on the tip. The scan direction was right to left

AFM images

17

Nanosizer

18

ความส าคญของนาโนเทคโนโลย

นาโนเทคโนโลยสามารถประยกตใชไดกบทกอตสาหกรรม

1.1 ดานอตสาหกรรมไฮเทค (นาโนอเลกทรอนกส) เชน คอมพวเตอร โทรศพทมอถอ1.2 ดานอตสาหกรรมยานยนตและสงทอ (วสดนาโน) เชน ตวถงรถยนต เสอผากนน า ไม

ยบงาย1.3 ดานการแพทยและสาธารณสข (นาโนชวภาพ) เชนยารกษาโรคเฉพาะจด อาหารเสรม

และผลตภณฑเพอสขภาพ1.4 ชวยใหคนพบวสดชนดใหม ๆ ทมคณสมบตพเศษ เปนรากฐานของการผลต

อตสาหกรรมชนดตางๆ ทไมเคยมมากอน เชน ทอนาโนคารบอน ทอพวซ 1.5 ชวยยกระดบหรอตอยอดสนคาอตสาหกรรมทมอยเดม เพอเปนการชวยเพมมลคาให

สนคา เชน เครองส าอาง

เครองส าอางนาโน

แชมพ-ครมนาโน

โทรศพทมอถอนาโน

เสอนาโน

เครองคอมพวเตอรนาโน

ผลงานเดน มงนาโนไลยงตวอยางผลงานดานนาโนเทคโนโลย

ผลงานเดน มงนาโนไลยงตวอยางผลงานดานนาโนเทคโนโลย

ผลงานเดน มงนาโนไลยงตวอยางผลงานดานนาโนเทคโนโลย

ผลงานเดน มงนาโนไลยง

การวเคราะหขนาดอนภาคดวยเทคนค TEMสเปรยก าจดเชอโรคซลเวอรนาโน

ตวอยางผลงานดานนาโนเทคโนโลยผลงานเดน สเปรยก าจดเชอซลเวอรนาโน

เซลลแบคทเรยทโดนซลเวอรนาโนท าลาย

ผลงานเดน สเปรยก าจดเชอซลเวอรนาโน

ผลงานเดน สเปรยก าจดเชอซลเวอรนาโน

ผลงานเดน สเปรยก าจดเชอซลเวอรนาโน

ผลงานเดน สเปรยก าจดเชอซลเวอรนาโน

ผลงานเดน สเปรยก าจดเชอซลเวอรนาโน

ผลงานเดน ถงเทานาโนไรกลน

ผลงานเดน ถงเทานาโนไรกลน

การวเคราะหขนาดอนภาคดวยเทคนค TEM

ซลเวอร • คอปเปอร

ผลงานเดน ถงเทานาโนไรกลน

ผลงานเดน ถงเทานาโนไรกลน

ผลงานเดน ถงเทานาโนไรกลน

พนไมส ำเรจรปจำกไมสกตดสำงอดน ำยำนำโนTeak wood flooring mixed nanofiller to prevent termite and fungus

ผลงานเดน พนไมส ำเรจรปจำกไมสกตดสำงอดน ำยำนำโน

•ปญหาไมสกตดสางทพบ...▫ เกดการกนของแมลงตางๆ เนองจากในไมจะมเซลลโลสและแปงซงเปนอาหารของปลวกและมอด

▫ เกดเชอราเนองจากความชน ▫ ขนาดของไมมขนาดเลก ท าใหราคาจ าหนายต า

ผลงานเดน พนไมส ำเรจรปจำกไมสกตดสำงอดน ำยำนำโน

40 นาโนเมตร

พอร (pores) หรอเวสเซลล (Vessel) ขนำด 200 ไมโครเมตร

หลมผนงเซลลหรอชองเปด (pit) ขนาด 16 ไมโครเมตร

ไมสก

ท าการแปรรป

คดแยกขนาดจดเรยง

วตถดบเพอเขาถงอด

Vacuum

อดน ายานาโน10 bar 25 min

ท ำสญญำกำศ

กระบวนกำรอดน ำยำนำโน

ท าการตดไมสกขนาด 10 x 50 x 120 มม.

น าไมทตดไปท าการฝงดนโดยใหชนไมจมลงในดน 70 มม.

หลงจากนนท าการเกบขอมลและบนทกผลเปนระยะเวลา 4 เดอน

ชนท 1 เปนชนทไมไดท าการอดน ายารกษาเนอไมใดๆ จากรปจงเหนไดวาจะมรองรอยของเนอไมทหายไปทง 2 ดานทถกฝงลงในดน เนองจากการเขาท าลายของปลวก

ชนท 2 เปนชนทไมไดท าการอดน ายารกษาเนอไมใดๆ จากรปจงเหนไดวาจะมรองรอยของเนอไมทหายไปทง 2 ดานทถกฝงลงในดน เนองจากการเขาท าลายของปลวก

ผลการทดลอง ระยะเวลา4เดอนผลงานเดน พนไมส ำเรจรปจำกไมสกตดสำงอดน ำยำนำโน

ชนท 3 อดน ายานาโน จากรปเหนไดวาไมมรองรอยการเขาท าลายของปลวก จะมกเพยงแคราเทานน เนองจากมความชนจากฝน

ชนท 4 อดน ายานาโน จากรปเหนไดวาไมมรองรอยการเขาท าลายของปลวก จะมกเพยงแคราเทานน เนองจากมความชนจากฝน

ผลตภณฑพลาสตกไลมดและแมลงภายใตชอ “ระอาร”

ผลงานเดน ผลตภณฑพลาสตกไลมดและแมลง

RAAR ระอาร : พฒนาขนโดยใชสวนผสมของไพรทรอยดสงเคราะห

สารสงเคราะหเลยนแบบสารในกลม ไพรทรอยด (Pyrethroids) ซงเปนสารสกดเลยนแบบในธรรมชาตชนดทมคณสมบตไลมดและแมงและปองกนยง ซงพบในพชตระกลดอกเบญจมาศ และ ดอกเกกฮวย มประสทธภาพสงในการไลมดและแมลง ออกฤทธอยางรวดเรวเมอมดและแมลงไดสมผส แตมความปลอดภยสงตอมนษยและสตวเลยงลกดวยนม โดยไดรบการยอมรบจากองคการอนามยโลก (WHO) ใหใชเปนสารไลแมลงได (Safety of pyrethroids for public health use, WHO 2005)

RAAR

ใชสวนผสมของสารออกฤทธ เพยง 2% ซงนอยกวา ทองคการอนามยโลกก าหนด แตยงคงคณสมบตและประสทธภาพในการไลมดและแมลงได

กระบวนการผลต ไดเลอกใชความล าหนาดานนาโนเทคโนโลยเขามาชวยในกระบวนการผลต ท าใหสามารถการกระจายสารออกฤทธไดอยางทวถง และเพมประสทธภาพการยดตดระหวางสารออกฤทธและพอลเมอรไดมากยงขน สงผลใหผลตภณฑพลาสตกระอาร มคณสมบตพเศษในการไลมดและแมลงไดอยางมประสทธภาพ ท าใหมดและแมลงตางๆ คอยๆหายไปไมมากอความร าคาญในบานเรอนหรอทพกอาศย

RAAR (ระอาร)ใชสารออกฤทธคณภาพสง ไมมกลน มประสทธภาพและควมปลอดภยสง

• เปนสารกลมไพรทรอยดสงเคราะห เลยนแบบสารสกดจากธรรมชาต ไมตกคางสะสม

ไมสงผลกระทบตอสงแวดลอม พชในดน มนษยและสตวเลยง

• ผานการทดลองใชจรงจากกลมผบรโภค ทประสบปญหามดและแมลงรบกวน

ผานการทดสอบประสทธภาพจากสถาบนวจยทไดมาตรฐาน

ผลการทดสอบผลตภณฑพลาสตกไลมดและแมลงการทดสอบภาคสนามเกยวกบประสทธภาพการไลมดทความเขมขนตางกน พบวาฟลมพลาสตกมประสทธภาพในการไลมด โดยใชเวลาตงแต 30 นาท – 1 ชวโมง มดคอยๆหงายทองทงหมด

ทดสอบโดยสถาบนวจยวทยาศาสตรสาธารณสข กรมวทยาศาสตรการแพทย กระทรวงสาธารณสข และ ศนยวจยอตสาหกรรมนาโนและไบโอพลาสตกส านกวทยา

ศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

ผลตภณฑตาขายและพลาสตกไลมดและแมลง : เพอการเกษตร

หยดปญหามดและแมลงรบกวนท าลายผลผลตทางการเกษตร มประสทธภาพสงในการไลมดและแมลงรบกวน เหมาะส าหรบคลมดน หรอคลมพชผลทางการเกษตร แปลงผกขนาดเลก หรอหมผลไมลดปญหามดและแมลงมารบกวนผลผลต โดยไมตองใชสารเคม เหมาะส าหรบเกษตรและผรกสขภาพทตองการบรโภคพชผลอยางปลอดภย

ผลตภณฑ พลาสตกไลมดและแมลง RAAR

ถงพลาสตกอเนกประสงค

กระถางตนไมถาดรองอาหารสตว

51

52

Thank you for attention