การสังเคราะห์สารเคลือบผิวนาโนสมบัติไม่ชอบน้ำ และการออกแบบการทดลองเพื่อการเรียนรู้นาโนเทคโนโลยี

Abstract

ศึกษาและพัฒนาวิธีการสังเคราะห์สารเคลือบผิวนาโนสมบัติไม่ชอบน้ำ เพื่อเป็นข้อมูลสำหรับการออกแบบการทดลองประกอบการเรียนรู้นาโนเทคโนโลยีในหัวข้อ ปรากฏการณ์น้ำกลิ้งบนใบบัว และนวัตกรรมนาโนเทคโนโลยีเลียนแบบธรรมชาติ สำหรับนักเรียนระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย โดยมีเงื่อนไขในการออกแบบการสังเคราะห์ได้แก่ ทำการทดลองได้ง่าย ไม่ใช้สารเคมีที่เป็นอันตราย ปฏิกิริยาเกิดสมบูรณ์ในระยะเวลาสั้น เห็นการเปลี่ยนแปลงได้ชัดเจน และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวัน  ผลการค้นคว้าพบว่าสามารถเตรียมสารเคลือบผิวนาโนซิลิกาที่มีสมบัติไม่ชอบน้ำได้ที่อุณหภูมิห้อง โดยวิธีการสังเคราะห์แบบหม้อเดียว (one-pot synthesis) ใช้เตตระเอท-ทอกซีไซเลน (tetraethoxysilane: TEOS) ในการเตรียมอนุภาคนาโนซิลิกา ภายใต้สภาวะที่มีเบสแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ ในตัวกลางผสมน้ำและเอทานอล  การปรับเปลี่ยนอัตราส่วนเอทานอลต่อน้ำต่างๆกัน ทำให้ได้อนุภาคซิลิกาที่มีลักษณะการแขวนลอยและขนาดต่างกัน นอกจากนี้สามารถปรับปรุงโครงสร้างพื้นผิวของซิลิกาให้มีสมบัติไม่ชอบน้ำสามารถได้ง่าย โดยการเติมโพลีไดเมทิลไซลอกเซน (Polydimethylsiloxane; PDMS)  หรือ ซิลิโคน ลงในสารคอลลอยด์ซิลิกาโดยไม่ต้องผ่านกระบวนการแยกซิลิกาออกก่อน ทำให้สามารถเตรียมสารเคลือบผิวนาโนได้สำเร็จพร้อมใช้ภายในเวลา 1.50 ชั่วโมง การทดสอบประสิทธิภาพในการป้องกันการเปียกน้ำของพื้นผิว ทำโดยวัดค่ามุมสัมผัสของหยดน้ำ พบว่าให้ค่าสูงสุดเท่ากับ145±3 องศา การหาค่ามุมสัมผัสโดยอุปกรณ์ประยุกต์เทียบกับเครื่องวัดค่ามุมสัมผัสพบว่าได้ค่าใกล้เคียงที่ความคลาดเคลื่อนไม่เกิดร้อยละ 6