ทำผ้ากันน้ำด้วยพลาสมา
หลายคนคงเคยสงสัยว่า ทำไมหยดน้ำจึงกลิ้งบนใบบัวได้ พื้นผิวของใบบัวมีลักษณะพิเศษ ตรงที่มีความขรุขระเกิดจากการมีปุ่มขนาดประมาณ 10 ไมครอนกระจายอยู่ตามผิวใบบัว โดยที่แต่ละปุ่มก็จะมีปุ่มเล็ก ๆ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 ไมครอนกระจายอยู่รอบ ๆ ปุ่มใหญ่ ดังแสดงในรูปที่ 1 ด้วยเหตุผลนี้เอง จึงทำให้การสัมผัสของหยดน้ำกับพื้นผิวใบบัวน้อยกว่าที่จะเป็น เป็นสาเหตุให้เกิดปรากฏการณ์การไม่ชอบน้ำของใบบัวเกิดขึ้น (Lotus Effect) |
รูปที่ 1 แสดงลักษณะของพื้นผิวใบบัวที่เป็นปุ่ม |
ปรากฏการณ์ Lotus Effect นี้เป็นแรงบันดาลใจให้นักวิทยาศาสตร์คิดค้นวิธีการที่จะทำให้พื้นผิวใด ๆ มีความสามารถในการกันน้ำ เป็นที่รู้กันว่าวิธีการทางเคมีที่มีส่วนประกอบของฟลูออรีนเป็นวิธีดั้งเดิมที่ใช้กันมา วิธีการที่ผู้เขียนจะนำเสนอเป็นงานวิจัยเกี่ยวกับการปรับปรุงสมบัติการไม่ซึมน้ำหรือสมบัติการเปียกน้ำยากของผ้า โดยผ่านกระบวนการอาบพลาสมาของแก๊สซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์ (SF6) พลาสมานี้จะเกิดขึ้นในภาชนะสุญญากาศโดยใช้หลักการเหนี่ยวนำกำลังไฟฟ้าด้วยคลื่นความถี่วิทยุ (Radio Frequency: RF) เพื่อให้เกิดการส่งผ่านพลังงานแก่แก๊สในการเปลี่ยนสถานะจากแก๊สเป็นพลาสมา ผ้าที่ใช้ศึกษาซึ่งประกอบด้วย |
รูปที่ 2 แสดงภาพถ่ายของการทดลองการหยดน้ำบนผ้า |
| เงื่อนไขสภาวะพลาสมาที่ใช้เป็นดังนี้ ช่วงความดัน 0.005-1 ทอรร์ ช่วงกำลังคลื่นความถี่วิทยุ 25-75 วัตต์ และเวลาที่ใช้ในการอาบพลาสมา 15 วินาที 1 นาที และ 5 นาที โดยที่อุณหภูมิอิเล็กตรอนวัดได้ประมาณ 3 eV เป็นอุณหภูมิที่ไม่สูง จึงไม่ทำลายเนื้อผ้า |
รูปที่ 3(a) แสดงผ้าที่กำลังอาบด้วยพลาสมา 3(b) แสดงมุมสัมผัสของน้ำ |
| รูปที่ 3(a) แสดงผ้าที่กำลังอาบด้วยพลาสมาของแก๊สซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์เกิดขึ้นในสุญญากาศ สำหรับผ้าที่ใช้ในการทดลองนั้นจะถูกวางไว้บนฐานรองรับซึ่งอยู่ที่ตำแหน่งกึ่งกลางของภาชนะสุญญากาศ และอยู่ต่ำกว่าแผ่นควอทซ์ลงมาเป็นระยะทาง 4 เซนติเมตร ผลการทดลองพบว่า การอาบด้วยพลาสมาของแก๊สซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์ ทำให้ผ้าทุกชนิดมีค่ามุมสัมผัส (contact angle) เพิ่มขึ้น 0-20 องศาจาก เป็น 130-140 องศา นั่นคือผ้ามีสมบัติการไม่ซึมน้ำดีขึ้น โดยไม่ขึ้นกับชนิดของผ้าและเงื่อนไขสภาวะพลาสมาแต่อย่างใด สำหรับค่าวัดมุมสัมผัสของน้ำ ( ) ถูกนิยามไว้ดัง รูปที่ 3(b) เมื่อแรงตึงผิวของน้ำในอากาศ ( ) มีค่าเท่ากับ 73 dynes/cm จากสมการ (3) จะเห็นว่า ถ้าค่ามุมสัมผัสมีค่าเพิ่มขึ้นงานของการยึดติดจะมีค่าลดลง หรือในอีกทางหนึ่งก็คือ ความสามารถในการผลักน้ำจะมีมากขึ้น ผู้วิจัยพบว่านอกจากการวัดค่ามุมสัมผัสไม่สามารถบ่งบอกแนวโน้มที่เด่นชัดของสมบัติการซึมน้ำกับเงื่อนไขพลาสมาแล้ว ยังมีความผิดพลาดในการวัดเนื่องจากความไม่เรียบของผ้า และความคลาดเคลื่อนในการวัด ผู้วิจัยจึงเลือกใช้การจับเวลาที่หยดน้ำหนึ่งหยด ปริมาตรคงที่ 40 วัดด้วยไมโครปิเปต ใช้ในการซึมผ่านลงไปในผ้าเป็นตัวบ่งชี้ความสามารถในการไม่ซึมน้ำของผ้า อย่างไรก็ตาม เวลาที่ผ้าใช้ในการดูดซับน้ำ (absorption time) จะถูกกำหนดไว้สูงสุดที่ 200 นาที เพราะที่เวลามากกว่านี้จะพิจารณาว่าปริมาตรของหยดน้ำหายไปเนื่องจากเกิดการระเหย จากการทดลองพบว่า เวลาที่ผ้าใช้ในการดูดซับน้ำ ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของพลาสมาดังแสดงในรูปที่ 4 จะอธิบายโดยใช้ผลของผ้า PET เป็นตัวอย่าง |
 |
