ลกษณะเฉพาะของฟลมบางโฟโตโครมกของ MoO3 เจอดวย Cu2O

Photochromic Characteristics of MoO3 Doped Cu2O Thin Films

ปยวทย สวรรณ1 มาหามะสไฮม มะแซ*1 ภาณมาศ ชพล2 เกรกเกยรต รกศร1 สทธพงศ ศรทอง1

Piyavit Suwan1, Mahamasuhaimi Masae *1, Parnumart Choopool2, Krakkiat Ragsri1, Suttipong Srithong1

1สาขาวศวกรรมอตสาหการ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลศรวชย 2ภาควชาวศวกรรมเหมองแรและวสด คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร

1Department of Industrial Engineering, Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Srivijaya, Songkhla, 90000, Thailand

2Department of Mining and Materials Engineering, Faculty of Engineering, Prince of Songkla University, Hatyai, 90110, Thailand

*E-mail: susumeme1983@yahoo.com, Telephone Number: 089-6540828

บทคดยอ ฟลมบางของโมลบดนมออกไซด (MoO3) เจอดวยควปรสออกไซด (Cu2O) ไดตดบนกระจกโซดาไลมโดยวธการเคลอบ โครงสรางของเฮซะโกนอลโมลบดนม (h-MoO3) ไดถกสงเคราะหดวยเทคนคการตกตะกอน การวเคราะหดวยวธการเลยวเบนของรงสเอกซ (XRD) เพอศกษาโครงสรางกงเสถยรของเฮกซะโกนอล กลองสองจลทรรศนอเลกตรอน (SEM) ศกษาลกษณะโครงสรางเฮซะโกนอลทมลกษณะเปนรปหกเหลยมทเปนแทงยาว ผลการทดลองจากเครองวดสแสดงใหเหนวาเมอมปรมาณของโมลบดนมออกไซด 100 เปอรเซนต ลกษณะสจากสขาวจะกลายเปนสฟา และเมอมปรมาณโมลบดนมเจอดวยควปรสออกไซด 1 เปอรเซนต เปลยนจากสน าตาลออนเปนสฟาออนเมอไดรบแสงยว ผลการทดลองการวดการเลอนของแสงดวยเทคนกกเบลกา-มงก Kubelka–Munk (K–M) ไดมการเลอนของแสงทเลอนเขาสชวงแสงทมองเหนไดดวยตาเปลาอยในชวง 2.25-3.15 eV จากการศกษาแสดงใหเหนถงความสะดวกและประสทธภาพ ในการประยกตใชในงานดานการเปลยนสทงดานทมลกษณะฟลมและผงตอไปได

ABSTRACT Thin films of molybdenum oxide (MoO3) doped cuprous oxide (Cu2O) was fabricated on soda lime glass substrated by casting coating technology. Hexagonal molybdenum oxide (h-MoO3) was synthesized by a solution based precipitation technique. Analysis by X-ray diffraction (XRD) confirmed that the as-synthesized powder had a metastable hexagonal structure. Scanning electron microscopy (SEM) images clearly depicted the morphology and size of h-MoO3. The morphology study had showed that the product enclose hexagonal rods. From the color measurement, the result of the color changes properties showed that 100% MoO3 was white colored changed to a blue color and the 1% Cu2O doped MoO3 was light brown colored changed to a light blue color when they all were exposed to UV irradiation. The optical band gap energy was estimated from the Kubelka–Munk (K–M) function and was found in range 2.25-3.15 eV. It has shown that this convenient and efficient approach could be applied in the mass-production of functional powders and films materials.

6. กตตกรรมประกาศ

ผวจยขอขอบคณ มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลอสาน ทไดสนบสนนการวจยในครงนจนส าเรจลลวงไปไดดวยด

เอกสารอางอง

[1] Yasuzawa, Y. Structural Response of Underwater Half Drop Shaped Shell. Proceedings of the 3rd International Offshore and Polar Engineering Conference 1993, Singapore, 1993.

[2] Jiammeepreecha, W., Chucheepsakul, S. and Huang, T. Nonlinear Static Analysis of Deep Water Axisymmetric Half Drop Shell Storage Container with Constrained Volume. Proceedings of the 22nd International Offshore and Polar Engineering Conference 2012, Rhodes, Greece, 2012.

[3] วรพนธ เจยมมปรชา สมชาย ชชพสกล และ Tseng Huang. การวเคราะหทางสถตศาสตรแบบไมเปนเชงเสนของโครงสรางเปลอกบางแบบครงทรงกลมทมความสมมาตรตามแนวแกนตดตงในทะเลลก. วารสารวจยและพฒนา มจธ., 2557; 37: 239 – 255.

[4] Kalnins, A. Effect of bending on vibrations of spherical shells. Journal of the Acoustical Society of America, 1964; 36(1): 74–81.

[5] Ross, E.W. Natural frequencies and mode shapes for axisymmetric vibration of deep spherical shells. Journal of Applied Mechanics, 1965; 32(3): 553–561.

[6] Niordson, F.I. Free vibrations of thin elastic spherical shells. International Journal of Solids and Structures, 1984; 20(7): 667–687.

[7] Artioli, E. and Viola, E. Free vibration analysis of spherical caps using a G.D.Q. numerical solution. Journal of Pressure Vessel Technology, 2006; 128(3): 370–378.

[8] Singh, A.V. and Mirza, S. Asymmetric modes and associated eigenvalues for spherical shells. Journal of Pressure Vessel Technology, 1985; 107(1): 77–82.

[9] Lee, J. Free vibration analysis of spherical caps by the pseudospectral method. Journal of Mechanical Science and Technology, 2009; 23: 221–228.

[10] Phadke, A.C. and Cheung, K.F. Nonlinear response of fluid-filled membrane in gravity waves. Journal of Engineering Mechanics, 2003; 129(7): 739–750.

[11] Wang, C.M., Vo, K.K. and Chai, Y.H. Membrane analysis and minimum weight design of submerged spherical domes. Journal of Structural Engineering, 2006; 132(2): 253–259.

[12] Jiammeepreecha, W., Chucheepsakul, S. and Huang, T. Nonlinear static analysis of an axisymmetric shell storage container in spherical polar coordinates with constraint volume. Engineering Structures, 2014; 68: 111–120.

[13] Jiammeepreecha, W., Chucheepsakul, S. and Huang, T. Parametric study of an equatorially anchored deepwater fluid-filled periodic symmetric shell with constraint volume. Journal of Engineering Mechanics, 2015; 141(8): 04015-04019.

[14] Langhaar, H.L. Foundations of Practical Shell Analysis, Department of Theoretical and Applied Mechanics. University of Illinois at Urbana-Champaign, Illinois, 1964.

[15] Langhaar, H.L. Energy Methods in Applied Mechanics. ISBN: 0-47151-711-9, John Wiley & Sons, New York, 1962.

[16] Cook, R.D., Malkus, D.S., Plesha, M.E. and Witt, R.J. Concepts and Applications of Finite Element Analysis. 4th edition, ISBN: 0-47135-605-0, John Wiley & Sons, New York, 2002.

[17] Flügge, W. Stresses in Shells. 2nd edition, ISBN: 0-38705-322-0, Springer-Verlag, Berlin, 1973.

78 79

8537987 วารสารวศวกรรมศาสตร

ม ห า ว ท ย า ล ย เ ช ย ง ใ ห ม

Received 21 November 2016 Accepted 28 April 2017

1. บทน า ความกาวหนาทางเทคโนโลยกระจกเพอปองกนรงส

และความรอนจากดวงอาทตย เพอการประหยดพลงงานทใชส าหรบแสงสวาง และลดคาไฟฟา การประยกตใชกระจกฉลาด เชน กระจกประต หนาตาง ส าหรบอาคาร บานเรอน รถยนต หรอแมกระทงส าหรบวสดตวรบร (Sensor) วสดทใชส าหรบเทคโนโลยกระจกฉลาดในปจจบนหรอทเรยกวาโฟโตโครมก (Photochromic) คอ สมบตของวสดทสามารถเปลยนสไดเมอถกกระตนดวยแสงการเปลยนสเกดจาก 2 กระบวนการ คอ การดดซบรงสซงมพลงงานกระตนเกดการเปลยนแปลงโครงสรางทมความเสถยรนอยกวา และกระบวนการพลงงานแสงกระตนท าใหเกดการเคลอนทของอเลกตรอนจากระดบพลงงานต า ขนไปสระดบพลงงานชนทสงกวา และเกดการใหหรอรบอเลกตรอนระหวางอนภาคใกลเคยงท าใหเกดการเปลยนแปลงเลขวาเลนซซ (Valency) จงท าใหเกดสทแตกตางจากเดม[1] การศกษาทางดานวสดการเปลยนสเมอกระตนดวยแสงของกระบวนการโฟโตโครมกทงสเตนไตรออกไซด (WO3) และโมลบดนมไตรออกไซด (MoO3)[2-3] มสมบตพเศษทสามารถเปลยนสไดหลายกรณคอ เมออณหภมเปลยนแปลง ภายใตสภาวะกาชทมสมบตเปนตวรดวซ เชน กาซไฮโดรเจน กระตนดวยรงสอลตราไวโอเลต หรอการใหกระแสไฟฟา ท าใหเปลยนสจากสขาว หรอใส เปน สฟาเขม แตพบวาสมบตโฟโตโครมกและเทอรโมโครมกเปลยนสกลบใชเวลานาน หลงจากหยดกระตนดวยแสง หรอใชอณหภมถง 300°C

ในการกระตนใหเกดการเปลยนสภายใตสญญากาศ ดงนนจงมการศกษาการใชสารเจอรวมกนเพอเพมประสทธภาพ เชน คอมพอสต (วสดผสม) ของสารประกอบ WO3 และ MoO3 ดวยกนเองหรอคอมพอสตสารประกอบอนๆ ท าใหสามารถเปลยนสไดเมอถกกระตนดวยแสงทมพลงงานต าลง คอ แสงชวงทมองเหน ใหสทหลากหลายมากขน

เปลยนกลบไปกลบมาไดเรวขน [2] การพฒนาเตมสารเจอเพอเพมประสทธภาพใหสามารถถกกระตนไดในแสงชวงทมองเหน สารเจอทเปนโลหะ เชน ทองค า (Au) และ

แพลตตนม (Pt) [3] แตเนองจากโลหะทองค า (Au) และแพลตตนม (Pt) มราคาแพง จง มการศกษาสารเ จอเซอรโคเนยม (Zr) กสามารถชวยเพมประสทธภาพการดดกลนแสงในชวง 900 nmได [4] การศกษาสารเจอดวยสารกงตวน าท มแถบพลงงานแคบ ท าใหสามารถใชพลงงานแสงชวงทมองเหนทมพลงงานต ากวากระตน เชนแคดเมยมซลไนด (CdSe) มชองวางแถบพลงงานเพยง 2.51 eV [5] ทไวตอแสงและอณหภมกระตน อเลกตรอนจากแถบวาเลนซของ CdSe ถกกระตนใหเคลอนทไปยงแถบคอนดกชนของ MoO3 และถกกกไวในออกซเจน

วาเคนซของ MoO3 ซงกลไกเหมอนกบ WO3 และเปลยนสไดในเวลาเพยง 40 นาท สารเจอซงคซลไนด (ZnSe) กสามารถชวยเพมสมบตโฟโตโครมกของ MoO3 ไดด ซงกลไกคลายกนกบแคดเมยมซลไนด (CdSe)[6] สารเจอระหวาง CdSe/TiO2/WO3 [7] ทางเลอกของสารเจอทมสมบตทางแสงทสามารถถกกระตนดวยแสงชวงทมองเหนไดเพอใหอเลกตรอนทด เชนควปรสออกไซด (Cu2O) ทนอกจากไมเ ปนพษ และราคาถกแลว ยง ถกใชงานแพรหลายในงานดานโฟโตแคตะลสต ซงพบวา Cu2O มประสทธภาพดานโฟโตแคตะลสตด เมอเจอบนแผนนาโนไทเทเนยมไดออกไซด (TiO2) สามารถดดกลนแสงชวงมากกวา 400 นาโนเมตร [8] และชวยเพมสมบตโฟโต

แคตะลสตทถกกระตนดวยแสงชวงทมองเหนได เนองจาก Cu2O มแถบพลงงานแคบเมอเทยบกบ TiO2 และมแถบคอนพลงงานสงกวาจงเปนตวใหอเลกตรอนทดเมอถกแสงกระตน [9-10] ไดมการศกษาสมบตทงสเตนไตรออกไซด

(WO3) และโมลบดนมไตรออกไซด (MoO3) [3,11]

เ ป น โ ล ห ะ ท ร า น ซ ช น ท เ ป น ส า ร ก ง ต ว น า (Semiconductor) ช น ด เ อ น (n-type) ม ช อ ง ว า งแถบพลงงาน (Energy gap, Eg) ประมาณ 3.0 ถง 3.4

eV และระดบชนพลงงานเฟอรม (Fermi level, EF) อยใ น ช ว ง 4.3-4.9 eV ม ส ม บ ต โ ฟ โ ต โ ค ร ม ก (Photochromic) เทอรโมโครมก (Thermochromic)

และอเลกโทรโครมก (Electrochromic) โครงสราง โพโรสไกด (Perovskite) ประกอบดวยอะตอมออกซเจน

6 อะตอม จบกนแบบออกตระฮดรอล ทชองวางถกแทนทดวยอะตอม W ส าหรบ WO3 หรออะตอม Mo ใน MoO3 และแตละหนวยเซลลเชอมตอกนโดยใชออกซเจนทขอบหรอมมรวมกน WO3 และ MoO3 มโครงสรางผลกไดหลายแบบ (Polymorphism) WO3 มโครงสรางผลกเ ปน Monoclinic II ( ε -WO3 ,< - 43°C) →Tri-

clinic (δ -WO3, -43°C ถ ง 17°C) →Monoclinic I

(γ -WO3, 17°C ถ ง 330°C) →Orthorhombic (β -

WO3, 330°C ถ ง 740°C) → Tetragonal (α -WO3,

> 740°C) [12] ไดมการศกษาฟลมทสงเคราะหจากยรเทนเรซนมสวนผสมของทงสเตนออกไซด (WO3) สามารถดดกลนแสงชวง 650 และ 900 นาโนเมตร ความเขมเ พม ขนตามปรมาณทงสเตนออกไซด เ ตมลงไป สามารถเปลยนสภายใน 40 นาท แตเปลยนกลบใชเวลาถง 90 ชวโมง เมอเกบไวในหองทบแสง ซงการสงเคราะหฟลมยรเทนเรซนทมสวนผสมของทงสเตนออกไซดทเจอดวยคอปเปอรคลอไรด (CuCl2) สามารถชวยเพมความเขมในการดดกลนสงสดทอตราสวนทองแดงตอทงสเตน Cu/W เทากบ 0.1 [13] ทงสเตนออกไซดและโมลบดนมไตรออกไซด (MoO3) สามารถสงเคราะหใหเกดวสดโฟโตโครมกโดย เมอท าให WO3 และ MoO3 มอณหภมสงขน 350°C และ 100°C ในสญญากาศ ตามล าดบ [14]

อนภาคถกรดวซ ซงจากการศกษาดวยเทคนค XPS (X-

ray photoelectron spectroscopy) พบวาวสดชนดนมเลขออกซเดชนในโมเลกล 6+ ลดลงเหลอ 5+ และ 4+ อเลกตรอนถกจบดวยออกซเจนวาเคนซ ท าใหเปลยนเปนสฟาเขม และเกดการกระโดดของอเลกตรอนทเกดขนในสภาพการมออกซเดชนแตกตางกนไปบรเวณขางเคยง การเปลยนสกลบท าไดโดยการใหความรอนในบรรยากาศออกซเจนท าใหเกดออกซเดชน เลขออกซเดชนในโมเลกล 6+ และอนภาคเปลยนเปนสขาวทอณหภม 500°C [15-

16] การพฒนาสมบตเทอรโมโครมก WO3 และ MoO3 สามารถท าไดโดยการเจอคอมพอสต (วสดผสม) ของสารประกอบ WO3 และ MoO3 ดวยกนเอง หรอวสดผสมของสารประกอบอนๆ เชนเมอใหอณหภมแกฟลมอะมอร

ฟสผสมระหวาง WO3/MoO3 จะเพมประสทธภาพการดดกลนแสง และท 400°C มผลในการจดเรยงโครงสรางผลกใหม ท าใหชองวางแถบพลงงาน (Energy gap, Eg)

กอนและหลงเผาลดลงจากเดมโดยในฟลมผสมลดลงจาก 3.23 เหลอเพยง 2.9 eV [17] ไดมการศกษาสมบตวสดเทอรโมโครมกของสารทงสเตน (W) เจอลงไปรวมกบคอบเปอรโมลบดนมออกไซด (CuMoO4) โดยใชสารตงตนคอคอปเปอรไนเตรต แอมโมเนยมโมลบเดตและแ อ ม โ ม เ น ย ม เ ม ต ะ ท ง ส เ ต ต ผสม ใ น อต ร า ส ว น Cu:Mo:W=1:1-x:x เมอคา x อยในชวง (x=0.04-0.12) จากผลการทดลองไดเตรยมเปนผงซงผงวสดนนสามารถเปลยนสไดทอณหภมหองถงอณหภม 100°C จากสแดงสมเปนสเหลอง ทอตราสวนคา x=0.06 [18] จากการอางองเอกสารการวจยทไดกลาวมาขางตนแทบจะไมมงานวจยทมการผสมรวมกนระหวางคอปเปอรออกไซด (Cu2O) และโม ลบ ดนมไตรออกไซด (MoO3) ทสงเคราะหเปนฟลมวสดโฟโตโครมกทมการเปลยนสไดภายในระยะเวลาทรวดเรว

ดงนนในงานวจยนจะกลาวถงการสงเคราะหฟลม

โฟโตโครมกของโมลบดนมออกไซดผสมรวมกบควปรสออกไซด เปนวสดทสามารถกระต นดวยแสงทสงเคราะหเปนฟลมเคลอบกระจกทมการเปลยนสไดภายในระยะเวลาทรวดเรวภายในระยะเวลาไมเกน 30 นาท

1.1 วตถประสงคของการวจย

1. เพอศกษาสมบตโฟโตโครมกของโมลบดนมออกไซด (MoO3)

2. เพอศกษาสมบตโฟโตโครมกของโมลบดนมออกไซด (MoO3) ผสมควปรสออกไซด (Cu2O)

3. เพอใหไดฟลมโฟโตโครมกทสามารถเปลยนสไดเมอกระตนดวยแสงยว

2. วธด าเนนการวจย 2.1 อปกรณ เครองมอ และสารเคม

- แอมโม เ น ย ม โม ลบ เ ด ต ((NH4)6Mo7O24

.4H2O) คอปเปอรอะซเตต (CH3COO2CuH2O) กรด

ป. สวรรณ ม. มะแซ ภ. ชพล ก. รกศร และ ส. ศรทอง

80

1. บทน า ความกาวหนาทางเทคโนโลยกระจกเพอปองกนรงส

และความรอนจากดวงอาทตย เพอการประหยดพลงงานทใชส าหรบแสงสวาง และลดคาไฟฟา การประยกตใชกระจกฉลาด เชน กระจกประต หนาตาง ส าหรบอาคาร บานเรอน รถยนต หรอแมกระทงส าหรบวสดตวรบร (Sensor) วสดทใชส าหรบเทคโนโลยกระจกฉลาดในปจจบนหรอทเรยกวาโฟโตโครมก (Photochromic) คอ สมบตของวสดทสามารถเปลยนสไดเมอถกกระตนดวยแสงการเปลยนสเกดจาก 2 กระบวนการ คอ การดดซบรงสซงมพลงงานกระตนเกดการเปลยนแปลงโครงสรางทมความเสถยรนอยกวา และกระบวนการพลงงานแสงกระตนท าใหเกดการเคลอนทของอเลกตรอนจากระดบพลงงานต า ขนไปสระดบพลงงานชนทสงกวา และเกดการใหหรอรบอเลกตรอนระหวางอนภาคใกลเคยงท าใหเกดการเปลยนแปลงเลขวาเลนซซ (Valency) จงท าใหเกดสทแตกตางจากเดม[1] การศกษาทางดานวสดการเปลยนสเมอกระตนดวยแสงของกระบวนการโฟโตโครมกทงสเตนไตรออกไซด (WO3) และโมลบดนมไตรออกไซด (MoO3)[2-3] มสมบตพเศษทสามารถเปลยนสไดหลายกรณคอ เมออณหภมเปลยนแปลง ภายใตสภาวะกาชทมสมบตเปนตวรดวซ เชน กาซไฮโดรเจน กระตนดวยรงสอลตราไวโอเลต หรอการใหกระแสไฟฟา ท าใหเปลยนสจากสขาว หรอใส เปน สฟาเขม แตพบวาสมบตโฟโตโครมกและเทอรโมโครมกเปลยนสกลบใชเวลานาน หลงจากหยดกระตนดวยแสง หรอใชอณหภมถง 300°C

ในการกระตนใหเกดการเปลยนสภายใตสญญากาศ ดงนนจงมการศกษาการใชสารเจอรวมกนเพอเพมประสทธภาพ เชน คอมพอสต (วสดผสม) ของสารประกอบ WO3 และ MoO3 ดวยกนเองหรอคอมพอสตสารประกอบอนๆ ท าใหสามารถเปลยนสไดเมอถกกระตนดวยแสงทมพลงงานต าลง คอ แสงชวงทมองเหน ใหสทหลากหลายมากขน

เปลยนกลบไปกลบมาไดเรวขน [2] การพฒนาเตมสารเจอเพอเพมประสทธภาพใหสามารถถกกระตนไดในแสงชวงทมองเหน สารเจอทเปนโลหะ เชน ทองค า (Au) และ

แพลตตนม (Pt) [3] แตเนองจากโลหะทองค า (Au) และแพลตตนม (Pt) มราคาแพง จง มการศกษาสารเ จอเซอรโคเนยม (Zr) กสามารถชวยเพมประสทธภาพการดดกลนแสงในชวง 900 nmได [4] การศกษาสารเจอดวยสารกงตวน าท มแถบพลงงานแคบ ท าใหสามารถใชพลงงานแสงชวงทมองเหนทมพลงงานต ากวากระตน เชนแคดเมยมซลไนด (CdSe) มชองวางแถบพลงงานเพยง 2.51 eV [5] ทไวตอแสงและอณหภมกระตน อเลกตรอนจากแถบวาเลนซของ CdSe ถกกระตนใหเคลอนทไปยงแถบคอนดกชนของ MoO3 และถกกกไวในออกซเจน

วาเคนซของ MoO3 ซงกลไกเหมอนกบ WO3 และเปลยนสไดในเวลาเพยง 40 นาท สารเจอซงคซลไนด (ZnSe) กสามารถชวยเพมสมบตโฟโตโครมกของ MoO3 ไดด ซงกลไกคลายกนกบแคดเมยมซลไนด (CdSe)[6] สารเจอระหวาง CdSe/TiO2/WO3 [7] ทางเลอกของสารเจอทมสมบตทางแสงทสามารถถกกระตนดวยแสงชวงทมองเหนไดเพอใหอเลกตรอนทด เชนควปรสออกไซด (Cu2O) ทนอกจากไมเ ปนพษ และราคาถกแลว ยง ถกใชงานแพรหลายในงานดานโฟโตแคตะลสต ซงพบวา Cu2O มประสทธภาพดานโฟโตแคตะลสตด เมอเจอบนแผนนาโนไทเทเนยมไดออกไซด (TiO2) สามารถดดกลนแสงชวงมากกวา 400 นาโนเมตร [8] และชวยเพมสมบตโฟโต

แคตะลสตทถกกระตนดวยแสงชวงทมองเหนได เนองจาก Cu2O มแถบพลงงานแคบเมอเทยบกบ TiO2 และมแถบคอนพลงงานสงกวาจงเปนตวใหอเลกตรอนทดเมอถกแสงกระตน [9-10] ไดมการศกษาสมบตทงสเตนไตรออกไซด

(WO3) และโมลบดนมไตรออกไซด (MoO3) [3,11]

เ ป น โ ล ห ะ ท ร า น ซ ช น ท เ ป น ส า ร ก ง ต ว น า (Semiconductor) ช น ด เ อ น (n-type) ม ช อ ง ว า งแถบพลงงาน (Energy gap, Eg) ประมาณ 3.0 ถง 3.4

eV และระดบชนพลงงานเฟอรม (Fermi level, EF) อยใ น ช ว ง 4.3-4.9 eV ม ส ม บ ต โ ฟ โ ต โ ค ร ม ก (Photochromic) เทอรโมโครมก (Thermochromic)

และอเลกโทรโครมก (Electrochromic) โครงสราง โพโรสไกด (Perovskite) ประกอบดวยอะตอมออกซเจน

6 อะตอม จบกนแบบออกตระฮดรอล ทชองวางถกแทนทดวยอะตอม W ส าหรบ WO3 หรออะตอม Mo ใน MoO3 และแตละหนวยเซลลเชอมตอกนโดยใชออกซเจนทขอบหรอมมรวมกน WO3 และ MoO3 มโครงสรางผลกไดหลายแบบ (Polymorphism) WO3 มโครงสรางผลกเ ปน Monoclinic II ( ε -WO3 ,< - 43°C) →Tri-

clinic (δ -WO3, -43°C ถ ง 17°C) →Monoclinic I

(γ -WO3, 17°C ถ ง 330°C) →Orthorhombic (β -

WO3, 330°C ถ ง 740°C) → Tetragonal (α -WO3,

> 740°C) [12] ไดมการศกษาฟลมทสงเคราะหจากยรเทนเรซนมสวนผสมของทงสเตนออกไซด (WO3) สามารถดดกลนแสงชวง 650 และ 900 นาโนเมตร ความเขมเ พม ขนตามปรมาณทงสเตนออกไซด เ ตมลงไป สามารถเปลยนสภายใน 40 นาท แตเปลยนกลบใชเวลาถง 90 ชวโมง เมอเกบไวในหองทบแสง ซงการสงเคราะหฟลมยรเทนเรซนทมสวนผสมของทงสเตนออกไซดทเจอดวยคอปเปอรคลอไรด (CuCl2) สามารถชวยเพมความเขมในการดดกลนสงสดทอตราสวนทองแดงตอทงสเตน Cu/W เทากบ 0.1 [13] ทงสเตนออกไซดและโมลบดนมไตรออกไซด (MoO3) สามารถสงเคราะหใหเกดวสดโฟโตโครมกโดย เมอท าให WO3 และ MoO3 มอณหภมสงขน 350°C และ 100°C ในสญญากาศ ตามล าดบ [14]

อนภาคถกรดวซ ซงจากการศกษาดวยเทคนค XPS (X-

ray photoelectron spectroscopy) พบวาวสดชนดนมเลขออกซเดชนในโมเลกล 6+ ลดลงเหลอ 5+ และ 4+ อเลกตรอนถกจบดวยออกซเจนวาเคนซ ท าใหเปลยนเปนสฟาเขม และเกดการกระโดดของอเลกตรอนทเกดขนในสภาพการมออกซเดชนแตกตางกนไปบรเวณขางเคยง การเปลยนสกลบท าไดโดยการใหความรอนในบรรยากาศออกซเจนท าใหเกดออกซเดชน เลขออกซเดชนในโมเลกล 6+ และอนภาคเปลยนเปนสขาวทอณหภม 500°C [15-

16] การพฒนาสมบตเทอรโมโครมก WO3 และ MoO3 สามารถท าไดโดยการเจอคอมพอสต (วสดผสม) ของสารประกอบ WO3 และ MoO3 ดวยกนเอง หรอวสดผสมของสารประกอบอนๆ เชนเมอใหอณหภมแกฟลมอะมอร

ฟสผสมระหวาง WO3/MoO3 จะเพมประสทธภาพการดดกลนแสง และท 400°C มผลในการจดเรยงโครงสรางผลกใหม ท าใหชองวางแถบพลงงาน (Energy gap, Eg)

กอนและหลงเผาลดลงจากเดมโดยในฟลมผสมลดลงจาก 3.23 เหลอเพยง 2.9 eV [17] ไดมการศกษาสมบตวสดเทอรโมโครมกของสารทงสเตน (W) เจอลงไปรวมกบคอบเปอรโมลบดนมออกไซด (CuMoO4) โดยใชสารตงตนคอคอปเปอรไนเตรต แอมโมเนยมโมลบเดตและแ อ ม โ ม เ น ย ม เ ม ต ะ ท ง ส เ ต ต ผสม ใ น อต ร า ส ว น Cu:Mo:W=1:1-x:x เมอคา x อยในชวง (x=0.04-0.12) จากผลการทดลองไดเตรยมเปนผงซงผงวสดนนสามารถเปลยนสไดทอณหภมหองถงอณหภม 100°C จากสแดงสมเปนสเหลอง ทอตราสวนคา x=0.06 [18] จากการอางองเอกสารการวจยทไดกลาวมาขางตนแทบจะไมมงานวจยทมการผสมรวมกนระหวางคอปเปอรออกไซด (Cu2O) และโม ลบ ดนมไตรออกไซด (MoO3) ทสงเคราะหเปนฟลมวสดโฟโตโครมกทมการเปลยนสไดภายในระยะเวลาทรวดเรว

ดงนนในงานวจยนจะกลาวถงการสงเคราะหฟลม

โฟโตโครมกของโมลบดนมออกไซดผสมรวมกบควปรสออกไซด เปนวสดทสามารถกระต นดวยแสงทสงเคราะหเปนฟลมเคลอบกระจกทมการเปลยนสไดภายในระยะเวลาทรวดเรวภายในระยะเวลาไมเกน 30 นาท

1.1 วตถประสงคของการวจย

1. เพอศกษาสมบตโฟโตโครมกของโมลบดนมออกไซด (MoO3)

2. เพอศกษาสมบตโฟโตโครมกของโมลบดนมออกไซด (MoO3) ผสมควปรสออกไซด (Cu2O)

3. เพอใหไดฟลมโฟโตโครมกทสามารถเปลยนสไดเมอกระตนดวยแสงยว

2. วธด าเนนการวจย 2.1 อปกรณ เครองมอ และสารเคม

- แอมโม เ น ย ม โม ลบ เ ด ต ((NH4)6Mo7O24

.4H2O) คอปเปอรอะซเตต (CH3COO2CuH2O) กรด

80 81

853

ไนตรก (HNO3) เอทานอล (CH3CH2OH) กรดวตามนซ (Ascorbic acid) โซ เ ด ย ม ไฮด รอกไซด (NaOH)

ไดเมธลฟอรมาไมด (Dimethylformamide, DMF) พอลไวนลคลอไรด (Polyvinyl chloride, PVC) และน ากลน

- กระจกโซดาไลม (Soda lime glass) แทนใหความรอน (Hot plate) เครองอลตราโซนค (Ultrasonic)

เตาอบ (Oven) กลองฉายแสง (UV-Box) และเครองวดส (Color meter)

- เครองวดคาการดดกลนแสงและความยาวคลน

รน Shimadzu UV-2450 Spectrophotometer สแกนความยาวคลนตงแต 300-800 นาโนเมตร และรายงานผลการวเคราะหออกมาในรปของกราฟเสนทแสดงถงการเลอน (Shift to Visible) ของกราฟไปทางชวงความยาวคลนแสงมองเหนไดดวยตาเปลา และค านวณแถบพลงงานอเลกตรอนจากดงสมการท (1) และ (2) [19]

(1)

n

gEhCh )()( 2 (2) เมอ Eg คอ แถบชองวางแถบพลงงาน (อเลกตรอนโวลต)

h คอ คาคงทของพลงค (6.67 x 10-34 จลวนาท)

c คอ ความเรวของแสง (3 x 108 เมตรตอวนาท)

λ คอ ความยาวคลนทดดกลน (นาโนเมตร) α คอ สมประสทธการดดซบ (The absorption coefficient) v คอ ความถของแสง (เฮรตซ, Hz)

n คอ คาคงท มคาเทากบ 1/2 ส าหรบการค านวณแถบพลงงานโดยทางตรง (Direct band gap)

- เค รองเอกซเรยดฟแฟรกชน (XRD: X-ray

Diffraction) รน X’ Pert MPD Philips เพ อ ศกษาโครงสรางของผงทสงเคราะหได และค านวณหาขนาดผลกของแตละเฟสทเกดขนบนฟลมเคลอบ โดยใชสมการ

Scherer [20] ดงสมการท (3)

(3)

เมอ t คอ ขนาดของผลก (นาโนเมตร)

คอ ความยาวคลนของรงส เอกซ (CuKα =

0.15406 นาโนเมตร)

β คอ Line width at half maximum height

(เรเดยน) θ คอ มมสะทอน (องศา) 2.2 วธการเตรยมสารโฟโตโครมก

ก. การสงเคราะหโมลบดนมออกไซด (MoO3 100%)

แอมโมเนยมโมลบเดต (NH4)6Mo7O24.4H2O

ปรมาณ 2.5 กรม ผสมกบน ากลนปรมาตร 100 มลลลตร ละลายทอณหภม 60°C เวลา 30 นาท แลวเพมอณหภมท 85°C หลงจากนนเตมกรดไนตรก (HNO3) ปรมาตร 30

มลลลตร และตงไวทอณหภม 85°C เวลา 1 ชวโมง รอใหเยนตวและตกตะกอน 24 ชวโมง เทน าทเปนสารแขวนลอยออก ลางตะกอนดวยน ากลน 2-3 ค รง จากน น เ ตม

เอทานอล (CH3CH2 OH) ปรมาตร 10 มลลลตร อบทอณหภ ม 60°C เ ปน เวลา 24 ชวโมง จะไดเ ปนผง โมลบดนมออกไซด

ข. การสงเคราะหควปรสออกไซด (Cu2O 100%)

คอปเปอรอะซเตต (CH3COO2CuH2O) ปรมาณ 0.1 กรม ผสมกบน ากลนปรมาตร 100 มลลลตร นาน 30

นาท เตมสารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) 0.2

กรมละลายน ากลน 20 มลลลตร สารละลายกลายเปนสฟา แลว เ ตมสารละลายกรดวตามนซ (Ascorbic acid)

ปรมาณ 0.132 กรม ละลายในน ากลน 15 มลลลตร จนกลายเปนสารละลายสเขยว กวนเปนเวลา 1 ชวโมง สารละลายกลายเปนสสม ตงทงไวใหตกตะกอนเปนเวลา 24 ชวโมง แลวเทน าออก เกบอนภาคและลางดวยน ากลน 4 ครง แตละครงรอใหตกตะกอนกอนเทน าทง หลงจากนนเตมเอทานอล 10 มลลลตร อบทอณหภม 80°C เปนเวลา 24 ชวโมง จะไดผงควปรสออกไซด

/8.1239gE

0.9 cost B

ค . ก า ร ส ง เ ค ร า ะ ห โ ม ล บ ด น ม (MoO3) ผ ส มควปรสออกไซด (Cu2O)

ผสมผงโม ลบ ดนมออกไซด (MoO3) ต อผงควปรสออกไซด (Cu2O) คอ 99.5:0.5, 99:1, 98:2 และ 95:5 เปอรเซนต (ตารางท 1) และเตมเอทานอล ปรมาตร

10 มลลลตร กวนเปนเวลา 60 นาท น ามาเขาเครองอลตราโซนกเปนเวลา 30 นาท และน าไปอบทอณหภม 60°C

เปนเวลา 24 ชวโมง ไดผงวสดผสม

ง. ฟลมโฟโตโครมก

ได เ ม ธลฟอ รม า ไมด (Dimethylformamide,

DMF) ปรมาตร 30 มลลลตรผสมพอลไวนลคลอไรด (Polyvinyl chloride, PVC) ปรมาณ 2.0 กรม ละลายทอณหภม 60°C เปนเวลา 30 นาท จนสารละลายใส เตมผงตวอยางทไดในขอ ค. ปรมาณ 2.0 กรม กวนทงไว 15 นาท จากน นน าเขาเครองอลตราโซนกทอณหภม 80°C เปนเวลา 30 นาท แลวน าไปเคลอบบนวสดทเราตองการในทนใชแผนกระจกซงอบทอณหภม 80°C เปนเวลา 2 ชวโมง

ตารางท 1 อตราสวนผสมของตวอยางทใชในการทดลอง ตวอยาง MoO3 (%) Cu2O (%) NaOH (g) Ascorbic

acid (g) HNO3 (ml) Ethanol (ml)

A 99.5 0.5 0.2 0.132 30 10 B 99.0 1.0 0.2 0.132 30 10 C 98.0 2.0 0.2 0.132 30 10 D 95.0 5.0 0.2 0.132 30 10 E 100.0 0.0 0.2 0 30 10

3. ผลการวจย 3.1 ล ก ษ ณ ะ สท ว เ ค ร า ะ หจ า ก เ ค ร อ ง ว ด ส (Color Meter)

ผลการศกษาฟลมโฟโตโครมกทง 5 อตราสวน คอ A, B, C, D และ E อตราสวนทมการเปลยนสทเหนความแตกตางอยางชดเจนจากการมองดวยตาและจากการวเคราะหดวยเครองวดส คอ ตวอยาง E ทมสวนของ โมลบดนมไตรออกไซด 100 เปอรเซนต (รปท 1) ซงผลการเปลยนแปลงของสทวดไดสงถง 35 เปอรเซนต (รปท 2) ในขณะทเมอเตมควปรสออกไซดลงไป จะเหนไดวาตวอยาง B จะมความแตกตางของสอยท 14 เปอรเซนต คอ เตมควปรสออกไซดท 1 เปอรเซนตนนเอง ส าหรบอตราสวนของควปรสออกไซดทอตราสวนอนๆ คาความแตกตางของสอยในระดบใกลเคยงกน (รปท 2) ทเปนเชนนเพราะการเปลยนสของโมลบดนมไตรออกไซดเ ป ล ยนจ าก สข าวค รมไป เ ปน สน า เ ง น ในขณะ ทควปรสออกไซดทมสน าตาลแดงเขมขนเพยงเลกนอย เมอค านวณการเปลยนแปลงส ท าใหตวอยาง E มคาการเปลยน

สสงทสด ในขณะทการเตมควปรสออกไซดมากจนเกนไปจะท าใหตวอยาง C และ D มสน าตาลมากขน เมอฉายแสงจงมการเปลยนแปลงสต าลงและสงเกตเหนไดไมชดเจน

ตวอยาง เวลาเรมตน

(0 นาท)

เวลาฉายแสงยว

30 นาท

A

B

C

รปท 1 แสดงลกษณะการเปลยนสของ MoO3 ผสม Cu2O ทเวลาฉายแสงยว 0-30 นาท

ป. สวรรณ ม. มะแซ ภ. ชพล ก. รกศร และ ส. ศรทอง

82

ไนตรก (HNO3) เอทานอล (CH3CH2OH) กรดวตามนซ (Ascorbic acid) โซ เ ด ย ม ไฮด รอกไซด (NaOH)

ไดเมธลฟอรมาไมด (Dimethylformamide, DMF) พอลไวนลคลอไรด (Polyvinyl chloride, PVC) และน ากลน

- กระจกโซดาไลม (Soda lime glass) แทนใหความรอน (Hot plate) เครองอลตราโซนค (Ultrasonic)

เตาอบ (Oven) กลองฉายแสง (UV-Box) และเครองวดส (Color meter)

- เครองวดคาการดดกลนแสงและความยาวคลน

รน Shimadzu UV-2450 Spectrophotometer สแกนความยาวคลนตงแต 300-800 นาโนเมตร และรายงานผลการวเคราะหออกมาในรปของกราฟเสนทแสดงถงการเลอน (Shift to Visible) ของกราฟไปทางชวงความยาวคลนแสงมองเหนไดดวยตาเปลา และค านวณแถบพลงงานอเลกตรอนจากดงสมการท (1) และ (2) [19]

(1)

n

gEhCh )()( 2 (2) เมอ Eg คอ แถบชองวางแถบพลงงาน (อเลกตรอนโวลต)

h คอ คาคงทของพลงค (6.67 x 10-34 จลวนาท)

c คอ ความเรวของแสง (3 x 108 เมตรตอวนาท)

λ คอ ความยาวคลนทดดกลน (นาโนเมตร) α คอ สมประสทธการดดซบ (The absorption coefficient) v คอ ความถของแสง (เฮรตซ, Hz)

n คอ คาคงท มคาเทากบ 1/2 ส าหรบการค านวณแถบพลงงานโดยทางตรง (Direct band gap)

- เค รองเอกซเรยดฟแฟรกชน (XRD: X-ray

Diffraction) รน X’ Pert MPD Philips เพ อ ศกษาโครงสรางของผงทสงเคราะหได และค านวณหาขนาดผลกของแตละเฟสทเกดขนบนฟลมเคลอบ โดยใชสมการ

Scherer [20] ดงสมการท (3)

(3)

เมอ t คอ ขนาดของผลก (นาโนเมตร)

คอ ความยาวคลนของรงส เอกซ (CuKα =

0.15406 นาโนเมตร)

β คอ Line width at half maximum height

(เรเดยน) θ คอ มมสะทอน (องศา) 2.2 วธการเตรยมสารโฟโตโครมก

ก. การสงเคราะหโมลบดนมออกไซด (MoO3 100%)

แอมโมเนยมโมลบเดต (NH4)6Mo7O24.4H2O

ปรมาณ 2.5 กรม ผสมกบน ากลนปรมาตร 100 มลลลตร ละลายทอณหภม 60°C เวลา 30 นาท แลวเพมอณหภมท 85°C หลงจากนนเตมกรดไนตรก (HNO3) ปรมาตร 30

มลลลตร และตงไวทอณหภม 85°C เวลา 1 ชวโมง รอใหเยนตวและตกตะกอน 24 ชวโมง เทน าทเปนสารแขวนลอยออก ลางตะกอนดวยน ากลน 2-3 ค รง จากน น เ ตม

เอทานอล (CH3CH2 OH) ปรมาตร 10 มลลลตร อบทอณหภ ม 60°C เ ปน เวลา 24 ชวโมง จะไดเ ปนผง โมลบดนมออกไซด

ข. การสงเคราะหควปรสออกไซด (Cu2O 100%)

คอปเปอรอะซเตต (CH3COO2CuH2O) ปรมาณ 0.1 กรม ผสมกบน ากลนปรมาตร 100 มลลลตร นาน 30

นาท เตมสารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) 0.2

กรมละลายน ากลน 20 มลลลตร สารละลายกลายเปนสฟา แลว เ ตมสารละลายกรดวตามนซ (Ascorbic acid)

ปรมาณ 0.132 กรม ละลายในน ากลน 15 มลลลตร จนกลายเปนสารละลายสเขยว กวนเปนเวลา 1 ชวโมง สารละลายกลายเปนสสม ตงทงไวใหตกตะกอนเปนเวลา 24 ชวโมง แลวเทน าออก เกบอนภาคและลางดวยน ากลน 4 ครง แตละครงรอใหตกตะกอนกอนเทน าทง หลงจากนนเตมเอทานอล 10 มลลลตร อบทอณหภม 80°C เปนเวลา 24 ชวโมง จะไดผงควปรสออกไซด

/8.1239gE

0.9 cost B

ค . ก า ร ส ง เ ค ร า ะ ห โ ม ล บ ด น ม (MoO3) ผ ส มควปรสออกไซด (Cu2O)

ผสมผงโม ลบ ดนมออกไซด (MoO3) ต อผงควปรสออกไซด (Cu2O) คอ 99.5:0.5, 99:1, 98:2 และ 95:5 เปอรเซนต (ตารางท 1) และเตมเอทานอล ปรมาตร

10 มลลลตร กวนเปนเวลา 60 นาท น ามาเขาเครองอลตราโซนกเปนเวลา 30 นาท และน าไปอบทอณหภม 60°C

เปนเวลา 24 ชวโมง ไดผงวสดผสม

ง. ฟลมโฟโตโครมก

ได เ ม ธลฟอ รม า ไมด (Dimethylformamide,

DMF) ปรมาตร 30 มลลลตรผสมพอลไวนลคลอไรด (Polyvinyl chloride, PVC) ปรมาณ 2.0 กรม ละลายทอณหภม 60°C เปนเวลา 30 นาท จนสารละลายใส เตมผงตวอยางทไดในขอ ค. ปรมาณ 2.0 กรม กวนทงไว 15 นาท จากน นน าเขาเครองอลตราโซนกทอณหภม 80°C เปนเวลา 30 นาท แลวน าไปเคลอบบนวสดทเราตองการในทนใชแผนกระจกซงอบทอณหภม 80°C เปนเวลา 2 ชวโมง

ตารางท 1 อตราสวนผสมของตวอยางทใชในการทดลอง ตวอยาง MoO3 (%) Cu2O (%) NaOH (g) Ascorbic

acid (g) HNO3 (ml) Ethanol (ml)

A 99.5 0.5 0.2 0.132 30 10 B 99.0 1.0 0.2 0.132 30 10 C 98.0 2.0 0.2 0.132 30 10 D 95.0 5.0 0.2 0.132 30 10 E 100.0 0.0 0.2 0 30 10

3. ผลการวจย 3.1 ล ก ษ ณ ะ สท ว เ ค ร า ะ หจ า ก เ ค ร อ ง ว ด ส (Color Meter)

ผลการศกษาฟลมโฟโตโครมกทง 5 อตราสวน คอ A, B, C, D และ E อตราสวนทมการเปลยนสทเหนความแตกตางอยางชดเจนจากการมองดวยตาและจากการวเคราะหดวยเครองวดส คอ ตวอยาง E ทมสวนของ โมลบดนมไตรออกไซด 100 เปอรเซนต (รปท 1) ซงผลการเปลยนแปลงของสทวดไดสงถง 35 เปอรเซนต (รปท 2) ในขณะทเมอเตมควปรสออกไซดลงไป จะเหนไดวาตวอยาง B จะมความแตกตางของสอยท 14 เปอรเซนต คอ เตมควปรสออกไซดท 1 เปอรเซนตนนเอง ส าหรบอตราสวนของควปรสออกไซดทอตราสวนอนๆ คาความแตกตางของสอยในระดบใกลเคยงกน (รปท 2) ทเปนเชนนเพราะการเปลยนสของโมลบดนมไตรออกไซดเ ป ล ยนจ าก สข าวค รมไป เ ปน สน า เ ง น ในขณะ ทควปรสออกไซดทมสน าตาลแดงเขมขนเพยงเลกนอย เมอค านวณการเปลยนแปลงส ท าใหตวอยาง E มคาการเปลยน

สสงทสด ในขณะทการเตมควปรสออกไซดมากจนเกนไปจะท าใหตวอยาง C และ D มสน าตาลมากขน เมอฉายแสงจงมการเปลยนแปลงสต าลงและสงเกตเหนไดไมชดเจน

ตวอยาง เวลาเรมตน

(0 นาท)

เวลาฉายแสงยว

30 นาท

A

B

C

รปท 1 แสดงลกษณะการเปลยนสของ MoO3 ผสม Cu2O ทเวลาฉายแสงยว 0-30 นาท

82 83

853

ตวอยาง เวลาเรมตน

(0 นาท)

เวลาฉายแสงยว

30 นาท

D

E

รปท 1 (ตอ) แสดงลกษณะการเปลยนสของ MoO3 ผสม Cu2O ทเวลาฉายแสงยว 0-30 นาท

รปท 2 แสดงการเปลยนสจากการฉายแสงของสารโฟโตโครมกฟลม MoO3 ผสม Cu2O เวลาฉายแสง 0-30 นาท

3.2 ผลการวเคราะหสารเคลอบโมลบดนม (MoO3) และควปรสออกไซด (Cu2O) ดวยเครองเอกซเรยดฟแฟรกชน (XRD) จากการวเคราะหหาเฟสของสารเคลอบโมลบดนม

(MoO3) มเฟสของเฮซะโกนอลโมลบดนม (h-MoO3) ทแสดงต าแหนงกราฟหลกท 9.68°, 19.43°, 25.78°,

29.33° , 34.08° แ ล ะ 35.48° แ ล ะ พ บ เ ฟ ส ข อ งควปรสออกไซด (Cu2O) เกดขนท 29.68°, 36.43° และ42.33° (รปท 3) ซงเปนเฟสทมความไวตอแสง เมอน าไปค านวณหาขนาดผลกของโมลบดนม (MoO3) มขนาดผลก

54.02 นาโนเมตร โมลบดนมผสมควปรสออกไซด (99%MoO3 1%Cu2O) มขนาดผลก 54.01 นาโนเมตร และควปรสออกไซด (Cu2O) มขนาดผลก 34.76 นาโนเมตร (ตารางท 2)

รปท 3 ผลการวเคราะหดวย XRD ของสารเคลอบ

โมลบดนม (MoO3) และควปรสออกไซด (Cu2O)

ตารางท 2 ขนาดผลกของสารเคลอบโมลบดนมออกไซดและควปรสออกไซด

ตวอยาง ขนาดผลก (nm) E 54.02 B 54.01 ควปรสออกไซด (Cu2O) 34.76

3.3 ผลการวเคราะหดวยเครองวดการดดกลนแสง (UV-Vis Absorption Spectra)

ผ ล ศ ก ษ า ก า ร ด ด ก ล น ส เ ป ก ต ร า (UV-Vis

Absorption Spectra) (รปท 4 ก) ของสารโฟโตโครมกโมลบดนมเจอดวยควปรสออกไซด เพมมากขน พบวาสารโฟโตโครมมกจะมการดดกลนแสงเลอนไปทางแสงชวงทมองเหนได (Visible light) มากขน ในขณะท

โมลบดนม (MoO3) ตวอยาง E (เสนสเขยวในรปท 4) มผลการดดกลนแสงไดสงทสดในชวงแสงอลตราไวโอเลต

ซงผลของการเจอควปรสออกไซดทเพมมากขน ท าใหการดดกลนแสงชวงทมองเหนไดเพมขน แสดงใหเหนถงการท างานของสารโฟโตโครมกท มประสทธภาพ ซงอตราสวนควปรสออกไซดทเจอลงไปเพอใหสารโฟโตโครมกสามารถท างานไดโดยใชพลงงานต าลง (รปท 4 ข) ส งผลต อแถบพลง ง านของวส ด ค อ ท า ให ว ส ด มแถบพลงงานลดลง ผลของแถบพลงงานอเลกตรอนทลดลงท าใหวสดโฟโตโครมกใชพลงงานแสงในการกระต นนอยลงตามไปดวย (ตารางท 3) นนคอ สามารถท างานในชวงแสงทมความยาวคลนทสง คอ แสงชวงทมองเหนได

0510152025303540

0 5 10 15 20 25 30เวลาฉายแสงยว (นาท)

ความแต

กตางข

องส (%

)

A B C D E

ป. สวรรณ ม. มะแซ ภ. ชพล ก. รกศร และ ส. ศรทอง

84

ตวอยาง เวลาเรมตน

(0 นาท)

เวลาฉายแสงยว

30 นาท

D

E

รปท 1 (ตอ) แสดงลกษณะการเปลยนสของ MoO3 ผสม Cu2O ทเวลาฉายแสงยว 0-30 นาท

รปท 2 แสดงการเปลยนสจากการฉายแสงของสารโฟโตโครมกฟลม MoO3 ผสม Cu2O เวลาฉายแสง 0-30 นาท

3.2 ผลการวเคราะหสารเคลอบโมลบดนม (MoO3) และควปรสออกไซด (Cu2O) ดวยเครองเอกซเรยดฟแฟรกชน (XRD) จากการวเคราะหหาเฟสของสารเคลอบโมลบดนม

(MoO3) มเฟสของเฮซะโกนอลโมลบดนม (h-MoO3) ทแสดงต าแหนงกราฟหลกท 9.68°, 19.43°, 25.78°,

29.33° , 34.08° แ ล ะ 35.48° แ ล ะ พ บ เ ฟ ส ข อ งควปรสออกไซด (Cu2O) เกดขนท 29.68°, 36.43° และ42.33° (รปท 3) ซงเปนเฟสทมความไวตอแสง เมอน าไปค านวณหาขนาดผลกของโมลบดนม (MoO3) มขนาดผลก

54.02 นาโนเมตร โมลบดนมผสมควปรสออกไซด (99%MoO3 1%Cu2O) มขนาดผลก 54.01 นาโนเมตร และควปรสออกไซด (Cu2O) มขนาดผลก 34.76 นาโนเมตร (ตารางท 2)

รปท 3 ผลการวเคราะหดวย XRD ของสารเคลอบ

โมลบดนม (MoO3) และควปรสออกไซด (Cu2O)

ตารางท 2 ขนาดผลกของสารเคลอบโมลบดนมออกไซดและควปรสออกไซด

ตวอยาง ขนาดผลก (nm) E 54.02 B 54.01 ควปรสออกไซด (Cu2O) 34.76

3.3 ผลการวเคราะหดวยเครองวดการดดกลนแสง (UV-Vis Absorption Spectra)

ผ ล ศ ก ษ า ก า ร ด ด ก ล น ส เ ป ก ต ร า (UV-Vis

Absorption Spectra) (รปท 4 ก) ของสารโฟโตโครมกโมลบดนมเจอดวยควปรสออกไซด เพมมากขน พบวาสารโฟโตโครมมกจะมการดดกลนแสงเลอนไปทางแสงชวงทมองเหนได (Visible light) มากขน ในขณะท

โมลบดนม (MoO3) ตวอยาง E (เสนสเขยวในรปท 4) มผลการดดกลนแสงไดสงทสดในชวงแสงอลตราไวโอเลต

ซงผลของการเจอควปรสออกไซดทเพมมากขน ท าใหการดดกลนแสงชวงทมองเหนไดเพมขน แสดงใหเหนถงการท างานของสารโฟโตโครมกท มประสทธภาพ ซงอตราสวนควปรสออกไซดทเจอลงไปเพอใหสารโฟโตโครมกสามารถท างานไดโดยใชพลงงานต าลง (รปท 4 ข) ส งผลต อแถบพลง ง านของวส ด ค อ ท า ให ว ส ด มแถบพลงงานลดลง ผลของแถบพลงงานอเลกตรอนทลดลงท าใหวสดโฟโตโครมกใชพลงงานแสงในการกระตนนอยลงตามไปดวย (ตารางท 3) นนคอ สามารถท างานในชวงแสงทมความยาวคลนทสง คอ แสงชวงทมองเหนได

0510152025303540

0 5 10 15 20 25 30เวลาฉายแสงยว (นาท)

ความแต

กตางข

องส (%

)

A B C D E

ตารางท 3 คาชองวางแถบพลงงานของสารเคลอบโมลบดนม (MoO3) ผสมควปรสออกไซด (Cu2O)

ตวอยาง แถบพลงงานอเลกตรอน (eV) Cu2O 2.25 A 3.15 B 3.10 C 3.05 D 2.40 E 3.10

ก) ข) รปท 4 ดดกลนสเปกตราของสารเคลอบโมลบดนม (MoO3) และควปรสออกไซด (Cu2O) ความสมพนธระหวาง

ก) การดดกลนแสงกบความยาวคลน ข) (αhv)2 กบพลงงานโฟตอน (Photon energy)

3.4 โครงสรางจลภาคของสารโฟโตโครมกทสองกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM)

จากผลการทดสอบดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราดทก าลงขยายทแตกตางกน พบวาผงเฮกซะโกนอลโมลบดนมออกไซด (h-MoO3) ทสงเคราะหไดมลกษณะเปนแทง ดงรปท 5 ก) และ ข) และเมอวเคราะหตวอยางทก าลงขยาย 20,000 เทา รปท 5 ค) พบวาแทงเหลานมลกษณะเปนแทงปรซมฐานหกเหลยมอยางชดชดเจน มเสนผานศนยกลางประมาณ ~300 นาโนเมตร และมความยาว 800 นาโนเมตร ซงลกษณะของโมลบดนม

ออกไซดทมโครงสรางเฮกซะโกนอลน มผลตอกลไกการเปลยนแปลงสของ MoO3 โดยเมออนภาค Cu2O และ MoO3 ไดรบการกระตนดวยแสงยว ท าใหอเลกตรอนของอนภาคทงสองถกกระตนไปสแถบการน าและท าปฏกรยากบน าในโมเลกล เ กดไฮโดรเจนไอออน (H+) และอเลกตรอนจ านวนมาก ไอออนเหลานเขาไปแทรกใน

วาเคนซทมอยจ านวนมากของโครงสรางเฮกซะโกนอล MoO3 และเกดไฮโดรเจนบรอนซ (HxMoO3) และเลข

วาเลนซอเลกตรอนลดลงจาก 6+ เปน 5+ ท าใหเกดการเปลยนสเปนสฟาซงสอดคลองกบงานวจยของ Yao และ

Chithambararaj และคณะ [3,21]

84 85

853

รปท 5 ภาพถาย SEM แสดงลกษณะโครงสรางจลภาคของตวอยาง B ทก าลงขยาย ก) และ ข) 5,000X ค) 20,000X

4. สรปผลการศกษา

การ เต รยมฟลมบางของโมลบดนมออกไซด (MoO3) เจอดวยควปรสออกไซด (Cu2O) ไดเคลอบตดบนกระจกโซดาไลมโดยว ธการ เค ลอบ ซ งว ธการตกตะกอนสามารถเตรยมโมลบดนมออกไซดโครงสราง เฮซะโกนอล (h-MoO3) ลกษณะเปนแทง 6 เหลยม เสนผานศนยกลางประมาณ ~300 นาโนเมตร ในขณะทการเ จอโมลบดนมออกไซดดวยผงควปรสออกไซด ทสงเคราะหดวยวธตกตะกอน ท าใหวสดผสมมแถบพลงงานลดลงต าสดถง 2.40 eV และวสดผสมมสมบตดดกลนแสงเลอนไปสแสงชวงทมองเหนไดเพมสงขน ซงวสด

ผสมโมลบดนมออกไซดดวยผงควปรสออกไซด 1 เปอรเซนต แสดงสมบตโฟโตโครมกดทสดเมอเทยบกบสดสวนอนๆ และเปลยนจากสน าตาลออนเปนสฟาออนเมอกระตนดวยแสงยวเปนเวลา 30 นาท

5. กตตกรรมประกาศ

ผ วจยขอขอบคณ ฝายวจยคณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลย เทคโนโลยราชมงคลศรวชย ท ใหทนสนบสนนการท าวจยจากงบรายได ประจ าปงบประมาณ 2559

เอกสารอางอง [1] Dürr, H. and Bouas-Laurent, H. Photochromism: molecules and systems: molecules and systems.

Gulf Professional Publishing, 2003. [2] He, T. and Yao, J. Photochromism in composite and hybrid materials based on transition-metal

oxides and polyoxometalates. Progress in Materials Science, 2006; 51: 810-879. [3] Yao, J., Yang, Y. and Loo, B. Enhancement of photochromism and electrochromism in MoO3/Au

and MoO3/Pt thin films. The Journal of Physical Chemistry B, 1998; 102: 1856-1860. [4] Avellaneda, C. Photochromic properties of WO3 and WO3:X (X=Ti, Nb, Ta and Zr) thin films.

Solid State Ionics, 2003; 165: 117-121. [5] Quevedo-Lopez, M., Mendoza-Gonzalez, O., Reidy, R., Ramirez-Bon, R. and Orozco-Teran, R.

Effect of energetic treatments on the structure and resistivity of evaporated MoO3 films on cadmium sulfide substrates. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 2000; 61: 727-734.

[6] Tomás, S.A., Arvizu, M.A., Zelaya-Angel, O. and Rodríguez, P. Effect of ZnSe doping on the photochromic and thermochromic properties of MoO3 thin films. Thin Solid Films, 2009; 518: 1332-1336.

[7] Kim, H.I., Kim, J., Kim, W. and Choi, W. Enhanced photocatalytic and photoelectrochemical activity in the ternary hybrid of CdS/TiO2/WO3 through the cascadal electron transfer. The Journal of Physical Chemistry C, 2011; 115: 9797-9805.

[8] Li, L. and Zhang, M. Preparation, Characterization, and Photocatalytic Property of Cu2O-TiO2 Nanocomposites. International Journal of Photoenergy, 2011; 2012: 1-4.

ก) ข) ค)

ป. สวรรณ ม. มะแซ ภ. ชพล ก. รกศร และ ส. ศรทอง

86

[9] Yasomanee, J.P. and Bandara, J. Multi-electron storage of photoenergy using Cu2O-TiO2 thin film photocatalyst. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2008; 92(3): 348-352.

[10] Liu, L., Gu, X., Sun, C., Li, H., Deng, Y., Gao, F. and Dong, L. In situ loading of ultra-small Cu2O particles on TiO2 nanosheets to enhance the visible-light photoactivity. Nanoscale, 2012; 4(20): 6351-6359.

[11] Cui, H.N. Preparation and characterization of optical multilayered coatings for smart windows applications. University of Minho, 2005, 109-112.

[12] Zheng, H., Ou, J.Z., Strano, M.S., Kaner, R.B., Mitchell, A. and Kalantar‐zadeh, K. Nanostructured tungsten oxide-properties, synthesis, and applications. Advanced Functional Materials, 2011; 21(12): 2175-2196.

[13] Miyazaki, H., Baba, Y., Inada, M., Nose, A., Suzuki, H. and Ota, T. Fabrication of photochromic tungsten oxide based composite film using peroxoisopolytungstic acid. Bulletin of the Chemical Society of Japan, 2011; 84(12): 1390-1392.

[14] Siokou, A., Leftheriotis, G., Papaefthimiou, S. and Yianoulis, P. Effect of the tungsten and molybdenum oxidation states on the thermal coloration of amorphous WO3 and MoO3 films. Surface science, 2001; 482: 294-299.

[15] Leftheriotis, G., Papaefthimiou, S., Yianoulis, P. and Siokou, A. Effect of the tungsten oxidation states in the thermal coloration and bleaching of amorphous WO3 films. Thin solid films, 2001; 384(2): 298-306.

[16] Romanyuk, A. and Oelhafen, P. Evidence of different oxygen states during thermal coloration of tungsten oxide. Solar energy materials and solar cells, 2006; 90(13): 1945-1950.

[17] Gesheva, K., Szekeres, A. and Ivanova, T. Optical properties of chemical vapor deposited thin films of molybdenum and tungsten based metal oxides. Solar energy materials and solar cells, 2003; 76(4): 563-576.

[18] Yanase, I., Mizuno, T. and Kobayashi, H. Structural phase transition and thermochromic behavior of synthesized W-substituted CuMoO4. Ceramics International, 2013; 39(2): 2059-2064.

[19] Liuxue, Z., Peng, L. and Zhixing, S. Photocatalysis anatase thin film coated PAN fibers prepared at low temperature. Materials chemistry and physics, 2006; 98(1): 111-115.

[20] Farooq, W.A., Baig, M.R., Fatehmulla, A., Al-Salhi, M.S., Al-Ghamdi, S.S. and Oghlu, F.Y. Controlling of optical band gap of allyl diglycol carbonate polymer with ultraviolet laser radiation. Acta Physica Polonica A, 2013; 123(1); 106-110.

[21] Chithambararaj, A. and Bose, A.C. Investigation on structural, thermal, optical and sensing properties of meta-stable hexagonal MoO3 nanocrystals of one dimensional structure. Beilstein journal of nanotechnology, 2011; 2(1): 585-592.

86 87

853