การสังเคราะห์และศึกษาสมบัติของวัสดุไฮบริดจากถ่านชีวภาพและท่อนาโนคาร์บอนสำหรับการประยุกต์ใช้ด้านการกักเก็บพลังงาน

บทคัดย่อ

โครงสร้างและสมบัติที่โดดเด่นของท่อนาโนคาร์บอนและถ่านชีวภาพที่ผลิตจากวัสดุชีวมวล ตามธรรมชาติได้ดึงดูดความสนใจไม่น้อยในไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากโครงสร้างรูพรุนที่เป็นระเบียบ สมบัติการนำไฟฟ้าและเคมีเชิงพื้นผิวที่ดี และหมู่ฟังก์ชัน ที่หลากหลาย ทำให้วัสดุเหล่านี้ได้รับความ สนใจและศึกษากันอย่างแพร่หลายและถูกนำไปใช้สำหรับวัสดุกักเก็บพลังงาน กอปรกับเป็นวัสดุที่หา ได้ง่ายตามธรรมชาติ ต้นทุนต่ำ และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพในการกักเก็บ พลังงานยังคงมีข้อจำกัด การเพิ่มขีดความสามารถในการกักเก็บพลังงานนั้นสามารถทำได้หลายวิธี อาทิ การเติมไอออนของโลหะเข้าไป การเจือด้วยธาตุอื่น หรือการปรับโครงสร้างทางกายภาพ หรือใช้ วัสดุอื่นในการทำขั้วไฟฟ้า แต่จะทำให้ต้นทุนสูงขึ้นด้วย การเปลี่ยนรูปถ่านชีวภาพให้อยู่ในรูปแบบของ วัสดุผสมผสานหรือวัสดุไฮบริดเป็นอีกวิธีที่มีประสิทธิภาพโดยการดึงเอาสมบัติและลักษณะเด่นของ วัสดุแต่ละชนิดที่ต้องการเข้าด้วยกันทำให้ได้สมบัติและประสิทธิภาพที่เหนือกว่าวัสดุเดิม เนื่องจากท่อ นาโนคาร์บอนจัดเป็นวัสดุในหนึ่งมิติที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูง มีความยืดหยุ่นมาก และยังสามารถยึดเกาะ กับไอออนของโลหะได้ ทำให้การเติมท่อนาโนคาร์บอนคาร์บอนเข้าไปในถ่านชีวภาพจะได้วัสดุนาโนที่ มีสมบัติการนำไฟฟ้าและไอออนที่ดีมากขึ้นในรูปแบบของสะพานโครงข่ายเชื่อมโยง ซึ่งเป็นการขยาย ขีดจำกัดให้แก่ถ่านชีวาพ ดังนั้นการนำวัสดุไฮบริดจากถ่านชีวภาพและท่อนาโนคาร์บอนไปประยุกต์ใช้ จึงสามารถสร้างความเป็นไปได้ในการเพิ่มขีดความสามารถและประสิทธิภาพในการกักเก็บพลังงาน งานวิจัยนี้ ท่อนาโนคาร์บอนที่เจือด้วยไนโตรเจนสามารถสังเคราะห์ได้จากกระบวนการตก สะสมไอเคมีแบบลอยตัว (floating-catalyst chemical vapor deposition) ที่ปริมาณไนโตรเจนใน โครงสร้าง sp2 ของคาร์บอนต่ำพบว่า โครงสร้างไนโตรเจนและคาร์บอนในรูปแบบของ substitutional และ pyridinic มีความโดดเด่น โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของฟิล์มยังสามารถ เปลี่ยนเป็นชนิด n (n-type) ได้เช่นกัน นอกจากนี้ การสร้างพันธะระหว่างคาร์บอนและไนโตรเจนยังถูกวิเคราะห์เพิ่มเติมด้วยเทคนิคการดูดกลืนนังสีเอ็กซ์ และพฤติกรรมการจ่ายอิเล็กตรอนชนิด n ยังถูก ทดสอบด้วยโครงสร้างไดโอด p-n ผ่านความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและศักย์ไฟฟ้า นอกจากนี้ ลักษณะการขึ้นรูปฟิล์มระหว่างการสังเคราะห์ท่อนาโนคาร์บอนยังทำให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับ ถ่านชีวภาพเพื่อนำไปใช้เป็นตัวเก็บประจุได้อีกด้วย จากการทดลองอัดประจุให้กับตัวเก็บประจุที่ทำ จากท่อนาโนคาร์บอนและถ่านชีวภาพพบว่า ค่าความจุมีค่าเท่ากับ 0.3 F อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ ประสิทธิภาพของตัวเก็บประจุมากขึ้นจึงจำเป็นมีการศึกษาเพิ่มเติมในอนาคต

คำสำคัญ