DOI: 10.14457/tu.the.2015.516
title: ศึกษาการเตรียมและการวิเคราะห์คุณลักษณะเฉพาะของโครงสร้างแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์ด้วยกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลสำหรับการประยุกต์ในพื้นผิวขยายสัญญาณการกระเจิงแบบรามาน

description: งานวิจัยนี้ศึกษากระบวนการเตรียมแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์ที่มีการจัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบ โดยทำการปลูกลงบนชั้นแรกเริ่มฟิล์มบางซิงค์ออกไซด์ด้วยกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลที่อุณหภูมิการปลูกต่ำในสารละลายซิงค์ไนเตรทเฮกซะไฮเดรทและเฮกซะเมทิลีนเตตระมีน เพื่อศึกษาผลของความหนาชั้นแรกเริ่มฟิล์มซิงค์ออกไซด์ ความเข้มข้นของสารละลาย และอุณหภูมิในการปลูกที่ส่งผลต่อการจัดเรียงตัว ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ความสูง ความหนาแน่น และอัตราการปลูกของแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์ ซึ่งจากการศึกษาผลของความหนาชั้นแรกเริ่มฟิล์มซิงค์ออกไซด์ที่ความหนาต่างกันอยู่ในช่วง 20-150 nm ด้วยกระบวนการสปัตเตอริง ก่อนนำไปปลูกแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์ด้วยกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลที่อุณหภูมิ 90˚C เป็นเวลา 6 ชั่วโมง พบว่าความเป็นผลึกและความเรียบบนพื้นผิวฟิล์มชั้นแรกเริ่มส่งผลต่อการจัดเรียงแท่งนาโนของซิงค์ออกไซด์ที่เป็นระเบียบและตั้งตรงกับวัสดุรองรับ ซึ่งความหนาของชั้นแรกเริ่มฟิล์มซิงค์ออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นจะช่วยให้ชั้นฟิล์มซิงค์ออกไซด์มีสมบัติความเป็นผลึกที่ดีขึ้น และความเรียบของพื้นผิวฟิล์มซิงค์ออกไซด์เพิ่มขึ้นด้วย ทำให้แท่งนาโน   ซิงค์ออกไซด์มีการจัดเรียงแท่งนาโนที่เป็นระเบียบมากขึ้น อีกทั้งความหนาชั้นแรกเริ่มฟิล์มซิงค์ออกไซด์เพิ่มขึ้นส่งผลต่อจำนวนของแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์ที่มากขึ้น นอกจากนี้ยังศึกษาผลความเข้มข้นของสารละลายที่ส่งผลต่อลักษณะโครงสร้างแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์ โดยทำการปรับความเข้มข้นของสารละลายอยู่ในช่วง 5-30 mM ซึ่งส่งผลต่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์เพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของสารละลายเพิ่มขึ้น พบว่าความเข้มข้นของสารละลายส่งผลต่อระนาบการเติบโตของผลึกทั้งระนาบ (0001) และระนาบ (1010) สัมพันธ์กับพลังงานพื้นผิวที่ต่างกันของแต่ละระนาบผลึก จากนั้นทำการศึกษาผลของอุณหภูมิในการปลูกแท่งนาโนของซิงค์ออกไซด์ในช่วง 60-100˚C ทำให้ทราบว่าอุณหภูมิส่งผลต่อลักษณะโครงสร้างของแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์และอัตราส่วนระหว่างความสูงต่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง (aspect ratio) ของแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์จากการศึกษาปัจจัยต่างๆที่ส่งผลต่อลักษณะโครงสร้างแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์ทำให้ได้โครงสร้างแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์ที่มีการจัดเรียงแท่งนาโนด้วยความเป็นระเบียบสูงเป็นผลสำเร็จ ซึ่งตัดสินด้วยค่า aspect ratio ของแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์ และพบว่าแท่งนาโนของซิงค์ออกไซด์มีค่า aspect ratio สูง ได้จากการเตรียมด้วยเงื่อนไขที่เหมาะสมคือ เตรียมชั้นแรกเริ่มฟิล์มซิงค์ออกไซด์ที่ความหนา 80 nm ที่ความเข้มข้นของสารละลายเท่ากับ 10 mM และใช้อุณหภูมิในการปลูก 90˚C เป็นเวลา 6 ชั่วโมงงานวิจัยนี้ยังได้นำเสนอวิธีการสังเคราะห์อนุภาคนาโนทอง (Gold nanoparticles) ที่ติดบนแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์ ซึ่งเป็นวิธีที่สะดวก รวดเร็ว และใช้ต้นทุนในการเตรียมต่ำ แล้วได้อนุภาคนาโนทองที่ติดบนแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์สำหรับประยุกต์ใช้งานในพื้นผิวขยายสัญญาณการกระเจิงรามาน (Surface-Enhanced Raman Scattering substrates; SERS substrates) โดยนำแท่งนาโนซิงค์ ออกไซด์ที่เตรียมได้ติดอนุภาคนาโนทองเตรียมจากความเข้มข้นของสารละลาย HAuCl4 0.2-1.0 mM ด้วยกระบวนการไอโดรเทอร์มอล ผลจากความเข้มข้นของสารละลายที่ต่างกันชี้ให้เห็นว่าจะส่งผลต่อความหนาแน่นและขนาดของอนุภาคนาโนทองที่ติดอยู่บนแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์ ด้วยลักษณะของอนุภาคนาโนทองที่ต่างกันบนแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์ จึงทำให้ความเข้มของสัญญาณการกระเจิงรามานที่ได้นั้นต่างกันด้วย เมื่อทำการตรวจวัดด้วยสารละลายเมทิลีนบลู (MB) อีกทั้ง SERS substrates ที่สร้างขึ้นเพื่อใช้ในพื้นผิวขยายสัญญาณการกระเจิงรามานแล้วยังแสดงสมบัติทำความสะอาดด้วยกระบวนการโฟโตแคทาไลติก และสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ