ซินโครตรอนโชว์ เครื่องสังเคราะห์กราฟีนจากขยะอุตสาหกรรม
สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัย และนวัตกรรม (อว.) ร่วมแสดงผลงานในงานมหกรรมงานวิจัยแห่งชาติ Thailand Research Expo 2025 ชู 2 นวัตกรรมก้าวล้ำพร้อมต่อยอดสู่การยกระดับอุตสาหกรรมไทย “เครื่องสังเคราะห์กราฟีนในระดับอุตสาหกรรม” และ “เครื่องเคลือบฟิล์มดีแอลซีสำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเลียม” จัดแสดงที่บูธ CL2 ภายในโซนงานวิจัยและนวัตกรรมเพื่อใช้ประโยชน์ในภาคอุตสาหกรรมและพัฒนาเศรษฐกิจ
ดร.พัฒนพงศ์ จันทร์พวง หัวหน้าฝ่ายพัฒนาเทคนิคและวิศวกรรม และหัวหน้าทีมวิจัยเครื่องสังเคราะห์กราฟีนฯ กล่าวว่า “กราฟีนเป็นคาร์บอนที่มีการจัดเรียงตัวในลักษณะ 2 มิติ ทำให้มีคุณสมบัติที่แข็งแรงกว่าเหล็กกล้าถึง 200 เท่า, นำไฟฟ้าได้ดีกว่าโลหะทองแดง, น้ำหนักเบา, แผ่ความร้อนได้ดี และความยืดหยุ่นสูง
จึงถูกนำไปประยุกต์ใช้กับเทคโนโลยีหลากหลายด้าน เช่น อิเล็กทรอนิกส์, การก่อสร้าง, การแพทย์, และการกักเก็บพลังงาน เป็นต้น
ปัจจุบันมีเทคโนโลยีในการสังเคราะห์กราฟีนหลายวิธี แต่ละวิธีก็มีข้อจำกัดแตกต่างกัน ซึ่งวิธีที่เหมาะสมและมีประสิทธิภาพสูงสุดในการสังเคราะห์กราฟีนให้ได้ระดับอุตสาหกรรม คือวิธี Flash Joule Heating (FJH) ที่อาศัยการจ่ายกระแสไฟฟ้าแรงสูงในเวลาฉับพลันผ่านผงคาร์บอนที่ได้จากขยะ
จนทำให้เกิดความร้อนสูงกว่า 2700 องศาเซลเซียส แล้วเกิดการสลายพันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอนกับแก๊ส หลังอุณหภูมิลดลงอะตอมของคาร์บอนจะจัดเรียงตัวกันกลายเป็นกราฟีนในเสี้ยววินาที”
ทั้งนี้ สถาบันฯ ประสบความสำเร็จในการพัฒนาระบบสังเคราะห์กราฟีนด้วยเทคนิคความร้อนกระตุ้นแบบพัลส์ยาว (Long-Pulse Joule Heating: LPJH) ที่มีกำลังผลิตวันละ 1 กิโลกรัม
โดยอ้างอิงหลักการสังเคราะห์กราฟีนโดยใช้เทคนิค FJH และได้ศึกษาและพัฒนากระบวนการสังเคราะห์กราฟีนจากขยะอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น ใบอ้อยและชานอ้อยจากอุตสาหกรรมผลิตน้ำตาล อุตสาหกรรมพอลิเมอร์, เศษผ้าและเสื้อผ้าเก่าจากอุตสาหกรรมเสื้อผ้าและสิ่งทอ เป็นต้น
พร้อมกันนี้ได้ศึกษา พัฒนา และประยุกต์ใช้ กราฟีนที่ผลิตได้ สำหรับพัฒนาคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์อื่นๆ ในอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมก่อสร้างและคอนกรีต, อุตสาหกรรมยางและพอลิเมอร์, อุตสาหกรรมเสื้อผ้าและสิ่งทอ, อุตสาหกรรมสีเคลือบ เป็นต้น”
อีกหนึ่งนวัตกรรมสำคัญคือ เครื่องเคลือบฟิล์มดีแอลซี (DLC) สำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเลียม ซึ่ง ดร.ศรายุทธ ตั้นมี หัวหน้าฝ่ายยุทธศาสตร์องค์กรและหัวหน้าทีมวิจัยเครื่องต้นแบบการเคลือบฟิล์มดีแอลซีฯ อธิบายว่า
สิ่งปนเปื้อนในน้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติก่อให้เกิดการกัดกร่อนของชิ้นส่วนทางวิศวกรรมในอุตสาหกรรมปิโตรเลียม ส่งผลให้ต้องเสียค่าใช้จ่ายสูงในกระบวนการบำรุงรักษาทั้งการซ่อมและเปลี่ยนชิ้นส่วนใหม่ และยังส่งผลให้เกิดความเสียหายทางเศรษฐกิจต่อประเทศด้วย
เทคโนโลยีการเคลือบฟิล์มคาร์บอนคล้ายเพชร หรือ ฟิล์มดีแอลซี (DLC) ช่วยเพิ่มสมบัติความแข็ง ต้านการสึกกร่อนและการกัดกร่อน และลดแรงเสียดทานให้กับชิ้นส่วนอุตสาหกรรมได้
“สถาบันฯ ได้ร่วมกับ บริษัท ปตท.สํารวจและผลิตปิโตรเลียม จํากัด (มหาชน) พัฒนาเครื่องต้นแบบการเคลือบฟิล์มดีแอลซีสำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเลียมเป็นเครื่องแรกของประเทศไทย เพื่อลดต้นทุนการนำเข้าจากต่างประเทศ และยกระดับขีดความสามารถของอุตสาหกรรมไทย ให้สามารถแข่งขันได้ในระดับสากล
เครื่องต้นแบบเครื่องเคลือบฟิล์มดีแอลซีฯ นี้ ใช้เทคโนโลยีพลาสมาและการเคลือบฟิล์มด้วยเทคนิคการใช้พลาสมาเพิ่มการตกสะสมของไอเชิงเคมี (RF-PECVD) เพื่อสังเคราะห์ฟิล์มดีแอลซี
และใช้เทคนิคแสงซินโครตรอนขั้นสูง Near Edge X-ray Absorption Fine Structure (NEXAFS) เพื่อวิเคราะห์โครงสร้างฟิล์มดีแอลซี และศึกษาการกระจายตัวของพันธะคาร์บอน
ฟิล์มดีแอลซีที่พัฒนาขึ้นนี้มีคุณสมบัติต้านการสึกกร่อนและการกัดกร่อนสูง เหมาะสมกับอุตสาหกรรมปิโตรเลียม ช่วยลดต้นทุนการซ่อมบำรุง และสามารถทดแทนวัสดุนำเข้าราคาแพงได้” ดร.ศรายุทธ ตั้นมี กล่าว
สำหรับผู้ที่สนใจ สามารถเข้าชมทั้ง 2 นวัตกรรมของสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน ได้ที่ บูธ CL2 ในงาน Thailand Research Expo 2025 ตั้งแต่เวลา 08.30 - 17.00 น. ระหว่างวันที่ 16-20 มิถุนายน 2568 ณ โรงแรมเซ็นทาราแกรนด์ และบางกอกคอนเวนชันเซ็นเตอร์ เซ็นทรัลเวิลด์ กรุงเทพฯ