ridm@nrct.go.th   ระบบคลังข้อมูลงานวิจัยไทย   รายการโปรดที่คุณเลือกไว้

โครงสร้างระดับจุลภาคและคุณสมบัติของคาร์บอนคล้ายเพชร

หน่วยงาน สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย

รายละเอียด

ชื่อเรื่อง : โครงสร้างระดับจุลภาคและคุณสมบัติของคาร์บอนคล้ายเพชร
นักวิจัย : สิริโชค จึงถาวรรณ
คำค้น : AlGaInP , amorphous carbon , Diamond , first–principles calculation , graphene , การคำนวณแบบเฟิร์สพรินซิเพิล , คาร์บอนอสัณฐาน , เพชร , แกรฟีน
หน่วยงาน : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย
ผู้ร่วมงาน : -
ปีพิมพ์ : 2554
อ้างอิง : http://elibrary.trf.or.th/project_content.asp?PJID=MRG5280235 , http://research.trf.or.th/node/5029
ที่มา : -
ความเชี่ยวชาญ : -
ความสัมพันธ์ : -
ขอบเขตของเนื้อหา : -
บทคัดย่อ/คำอธิบาย :

คาร์บอนอสัณฐาน (amorphous carbon) เป็นรูปโครงสร้างหนึ่งที่มีการเรียงตัวของอะตอมแบบโครงข่ายที่ไม่มีระเบียบ โครงสร้างหนึ่งที่เสถียรคือคาร์บอนคล้ายเพชร (diamond-like carbon, DLC) ประกอบด้วยพันธะเคมีแบบ sp3 เป็นส่วนมากทำให้มีคุณสมบัติส่วนมากคล้ายกับเพชร เช่น มีค่าแถบพลังงานกว้าง (wide bandgap) มีความแข็งสูง และเฉื่อยต่อปฏิกิริยาเคมี อย่างไรก็ดีเนื่องจากโครงสร้างของคาร์บอนอสัณฐานไม่เป็นระเบียบและระบบที่มีการเรียงตัวขนาดเล็กมีความซับซ้อน การศึกษาโครงสร้างระดับอะตอมของระบบที่ไร้ระเบียบจึงมีน้อย ความรู้ความเข้าใจในโครงสร้างของระบบดังกล่าวจึงจำเป็นอย่างยิ่งต่อการศึกษาสมบัติต่าง ๆ ของวัสดุ แบบจำลองโครงสร้างของระบบที่ไร้ระเบียบจึงเป็นสิ่งสำคัญในการทำนายคุณสมบัติของวัสดุ แบบจำลองทางทฤษฎีช่วยให้สามารถวิเคราะห์คุณสมบัติของสารโดยมีความชัดเจนมากขึ้นกว่าการประมาณที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน เมื่อได้แบบจำลองโครงสร้างแล้ว การคำนวณคุณสมบัติอื่น ๆ ก็สามารถทำได้ เช่น สามารถเพิ่มสารเจือของธาตุอื่นเข้าไป ทำให้ทราบแนวทางในการปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของสารและพื้นผิวหรือแม้แต่ทราบได้ว่าสารแปลกปลอมชนิดใดที่ต้องให้ความระวังสูงเพื่อเป็นข้อมูลในการประยุกต์ศึกษาวิจัยในแง่มุมอื่นต่อไป โครงการนี้ได้ศึกษาแบบจำลองโครงสร้างที่ส่งผลสำคัญต่อวัสดุ โดยการวิเคราะห์โครงสร้างของสารต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับคาร์บอนโดยใช้ระเบียบวิธีการคำนวณแบบเฟิร์สพรินซิเพิล ในช่วงเริ่มโครงการได้ทำการศึกษาผลของการเรียงตัวในระยะสั้น ๆ ระดับจุลภาคเนื่องจากพันธะอะตอมที่แตกต่างและการเรียงตัวของอะตอม เริ่มต้นจากระบบทดสอบในสารผสม AlGaInP ที่มีโครงสร้างพื้นฐานคล้ายเพชร ระบบทดสอบนี้มีจุดเด่นคือระบบประกอบด้วยธาตุหลายชนิดทำให้มีความหลากหลายของพันธะอะตอมชนิดต่าง ๆ ในระบบ เพื่อทดสอบข้อจำกัดของขนาดของเซลล์หน่วยที่จำเป็นในการศึกษาระบบการเรียงตัวแบบไร้ระเบียบ ผลที่ได้ให้แนวทางที่เป็นประโยชน์ในการวิเคราะห์แนวโน้มของคุณสมบัติวัสดุได้จากเซลล์ที่มีขนาดเล็ก ช่วยให้ประหยัดเวลาในการคำนวณและเพิ่มประสิทธิภาพในการสร้างแบบจำลองโครงสร้าง [ตีพิมพ์ในวารสาร Comp. Mater. Sci. 49, S114 (2010)] เมื่อได้เงื่อนไขที่เชื่อถือได้จึงเริ่มศึกษาระบบที่มีการจำกัดมิติเพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของคาร์บอนที่มีความหนาเพียงหนึ่งชั้นอะตอม เรียกว่า แกรฟีน (graphene) ซึ่งวงการวิจัยทั่วโลกให้ความสนใจอย่างมาก (เห็นได้จากการประกาศผลรางวัลโนเบลปี 2010 ในเดือนตุลาคม 2553) จึงได้ทำการศึกษาการปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของแกรฟีนด้วยการสร้างพันธะที่แตกต่างกันในแกรฟีนโดยการผสมกับโบรอนไนไตรด์ ได้แนวโน้มแบบจำลองโครงสร้างที่มีความเป็นไปได้สูงที่สารทั้งสองจะแยกตัวกันพร้อมทั้งได้เงื่อนไขโครงสร้างในกรณีที่สารผสมกัน จากโครงสร้างที่ได้พบว่าคุณสมบัติทางไฟฟ้าขึ้นกับสมมาตรของโครงสร้างและชนิดของพันธะในวัสดุอย่างมาก (ส่งเพื่อตีพิมพ์ในวารสาร Phys. Rev. B) ในขั้นต้นโครงการนี้ได้สร้างความเข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับแบบจำลองโครงสร้างในสารที่ไม่เป็นผลึกหรือสารอสัณฐาน ทั้งนี้ในสารอสัณฐาณที่มีการเรียงตัวแบบสุ่มจะมีโครงสร้างที่ซับซ้อนมากกว่าระบบที่มีการเรียงตัวในระยะสั้นซึ่งต้องวิจัยต่อไป เมื่อทราบลักษณะโครงสร้างของสารที่ไร้ระเบียบควบคู่กับผลการทดลองจะช่วยให้นักวิจัยเข้าใจความสัมพันธ์ของโครงสร้างจุลภาคกับคุณสมบัติของวัสดุได้กระจ่างขึ้น Amorphous carbon is a non–crystalline form of carbon consisting of a network of random bonds between carbon atoms. One of a well-known metastable form is diamond–like carbon (DLC) which contains significant amounts of sp3 bonds. The sp3 bonds play a crucial role on the properties of DLC. The fact that DLC contains a significant amount of the sp3 bonds makes its properties appears to be similar to diamonds. For example, it has a wide band gap with optical transparency in the visible region. It has high mechanical hardness and is chemical inert. Presently, the fundamental research on amorphous carbon or short-range ordered system can be considered lacking. More work is needed in order to extend the understanding on short-range ordered system as well as amorphous in general. From the theoretical point of view, the study of non–crystalline material is a bigger challenge in comparison with crystalline materials because the complexity of the atomic disordering and the randomness. The efficient structural model is needed for the study. Since the microscopic structure is not well-defined, the procedure for generating the test structures is important. Moreover, several calculating techniques will be needed in order to bring the theoretical results to compare with experimental observable quantities. The later is needed so that the most probable structural model can be identified. Once the model is identified, it can be used as a starting point to study the role of hybridized bonds as well as effects from impurities. In this project, we focused our attentions on the structural analysis of carbon-related materials using first–principles calculation (also known as ab initio calculations). In the beginning, we studied how microscopic structures (i.e., bonding network and atomic arrangement) affect the properties of materials. The AlGaInP alloy in Zincblende structure, which almost analogous to diamond structure, was used as a test case for studying the size of structural model and electronic properties in short-range ordered system. The results suggested an approximate size of unit cell to acquire a general trend on the electronic properties for system with short-range order [Comp. Mater. Sci. 49, S114 (2010)]. With this confident, we applied the method to study the modification of single layer of carbon atom called "graphene" with boron nitride (BN) compound [submitted for publication in Phys. Rev. B]. At this step, this project presents a better understanding of structural model for non-crystalline or amorphous systems. The atomic randomness in amorphous system is more complicate than short-range ordered structure and subject for further works. Once the model is created various measurable properties can be simulated and compare with different measurement techniques. In conjunction with experimental data, we can extend our current understand on the microscopic structures and properties of materials in wider aspects.

บรรณานุกรม :
สิริโชค จึงถาวรรณ . (2554). โครงสร้างระดับจุลภาคและคุณสมบัติของคาร์บอนคล้ายเพชร.
    กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย.
สิริโชค จึงถาวรรณ . 2554. "โครงสร้างระดับจุลภาคและคุณสมบัติของคาร์บอนคล้ายเพชร".
    กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย.
สิริโชค จึงถาวรรณ . "โครงสร้างระดับจุลภาคและคุณสมบัติของคาร์บอนคล้ายเพชร."
    กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย, 2554. Print.
สิริโชค จึงถาวรรณ . โครงสร้างระดับจุลภาคและคุณสมบัติของคาร์บอนคล้ายเพชร. กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย; 2554.