การวิจัยและพัฒนาการเคลือบฟิล์มบางอลูมินาเพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการขีดข่วนของอัญมณีเนื้ออ่อนด้วยเทคนิค Plasma-enhanced atomic layer deposition (PE-ALD)

Abstract

อุตสาหกรรมอัญมณีและเครื่องประดับจัดเป็นสินค้าที่ได้รับความนิยมทำรายได้ให้กับประเทศในฐานะสินค้าส่งออกที่สร้างมูลค่าทางเศรษฐกิจสำคัญอันดับ 1 ใน 10 ของประเทศไทย ปัจจุบันพลอยเนื้ออ่อนเป็นพลอยที่ตลาดให้ความนิยมเป็นเพิ่มมากขึ้น จะเป็นการสร้างมูลค่าเพิ่มให้พลอยเนื้ออ่อนหากสามารถเพิ่มความต้านทานการขูดขีดได้ งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาการสังเคราะห์ฟิล์มบางอลูมินาบนพลอยเนื้ออ่อนด้วยการตกสะสมในระดับอะตอมที่เพิ่มประสิทธิภาพด้วยพลาสมา ออกซิเจน (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition : PE-ALD) โดยปฏิกิริยาระหว่าง Trimethylaluminum (TMA ) จากพลาสมาออกซิเจนและมีการควบคุมกำลังไฟ 145-150 วัตต์ ความดันในห้องเคลือบเริ่มต้นที่ 4× 10-2 ทอร์ โดยมีศึกษาอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงจำนวนการเคลือบ 400 - 800 รอบ และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิการเคลือบ 80 - 300 องศาเซลเซียส จากผลการวัดการแตกตัวของพลาสมาก๊าซออกซิเจน อนุมูลสาคัญที่พบมาก คือ อนุมูล O* องค์ประกอบทางเคมีที่พบบนผิวฟิล์มเมื่อตรวจสอบด้วยเทคนิค XPS พบว่าฟิล์มอลูมินาประกอบด้วย พันธะ Al – O, และAl – OH, ซึ่งฟิล์มมีการปนเปื้อนของคาร์บอนประกอบด้วยพันธะ C – O – Al, และ C = O, และเทคนิค XRD แสดงลักษณะอสัณฐาน (Amorphous) ของฟิล์มบางพลอยเนื้ออ่อนที่ผ่านการเคลือบแล้วยังคงคุณลักษณะพื้นฐานของค่าดัชนีหักเหของแสง และค่าความถ่วงจำเพาะของค่าพื้นฐานของพลอยนั้น และคุณสมบัติทางแสงด้วยเทคนิค UV-VIS NIR spectroscopy ไม่แสดงการเปลี่ยนแปลงสีของอัญมณีที่ผ่านการเคลือบฟิล์มบาง การเคลือบฟิล์มบางบนโรสควอทซ์ พบว่ามีความหนาเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิการเคลือบที่เพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน การเคลือบฟิล์มบางพลอยเพอริโดทำให้ความหนาลดลงเมื่อเพิ่มอุณหภูมิในการเคลือบพลอยเนื้ออ่อนที่เคลือบฟิล์มบาง มีค่าความแข็งเพิ่มขึ้น โดยพบว่าพลอยเพอริโดซึ่งก่อนเคลือบมีค่าความแข็งที่ต่ากว่าพลอยโรสควอทซ์ เมื่อเคลือบฟิล์มบางแล้วทำให้มีค่าความแข็งใกล้เคียงกับพลอยโรสควอทซ์ที่ไม่ได้เคลือบ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นมีผลให้ค่าความแข็งมีการเพิ่มขึ้นมากขึ้น