อุปกรณ์กำเนิดลำพลาสมาแบบหลายลำพ่นที่ดำเนินการได้ในสภาวะความดันหนึ่งบรรยากาศ

ผศ.ดร.อาทิตย์ ฉิ่งสูงเนิน และคณะ ได้ทำการพัฒนาหัวกำเนิดพลาสมาเจ็ตที่ความดันบรรยากาศรูปแบบต่างๆ เพื่อประยุกต์ใช้สำหรับงานเคลือบผิว (plasma surface coating) หรือปรับปรุงผิว (plasma surface modification) โดยใช้หลักการปล่อยแก๊สให้ไหลผ่านขั้วไฟฟ้าที่มีลักษณะเป็นรูเล็กๆ ที่บริเวณดังกล่าวต้องทำให้มีการเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้าด้วยแอมปลิจูดและความถี่สูง โมเลกุลของแก๊สที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงผ่านรูเล็กจะเกิดการชนกันเองมากขึ้น ในขณะเดียวกันอิเล็กตรอนที่ถูกเร่งด้วยสนามไฟฟ้าให้เคลื่อนที่กลับไปกลับมาจะชนกับโมเลกุลของแก๊สด้วยความถี่สูงด้วยเช่นกัน เกิดการถ่ายเทพลังงานระหว่างอิเล็กตรอนและโมเลกุลของแก๊สจนเกิดการแตกตัวเป็นพลาสมาในที่สุด ตามภาพที่ 1 แสดงตัวอย่างการใช้พลาสมาเจ็ตแบบรูเดี่ยวที่มีคุณสมบัติเป็นพลาสมาเย็น ที่ถูกพัฒนาขึ้นโดยคณะผู้วิจัย (เลขที่สิทธิบัตร 14444) เพื่อปรับปรุงผิวผงไหมเซริซินให้มีความชอบน้ำมากขึ้น

ในปัจจุบันอุตสาหกรรมสิ่งทอมีบทบาทสำคัญยิ่งต่อการพัฒนาเศรษฐกิจของไทย เนื่องจากตลอดระยะเวลา 10 ปีที่ผ่านมา เป็นอุตสาหกรรมหลักที่ทำรายได้จากการส่งออกสูงเป็นอันดับต้นๆ ของประเทศ แต่ในปัจจุบันการแข่งขันของสินค้าสิ่งทอในตลาดโลกมีค่อนข้างสูง  ตลาดสิ่งทอในประเทศไทยส่วนใหญ่ยังเป็นการผลิตในตลาดล่าง ซึ่งมุ่งเน้นการผลิตสินค้าราคาถูกโดยอาศัยแรงงานเป็นหลัก ดังนั้นผศ.ดร.อาทิตย์ ฉิ่งสูงเนิน และคณะ จึงได้ตระหนักถึงความสำคัญในการเพิ่มขีดความสามารถด้านการแข่งขัน โดยการออกแบบและสร้างเครื่องมือในการปรับปรุงพื้นผิวสิ่งทอให้มีสมบัติพิเศษเฉพาะ และมีความหลากหลาย ด้วยเทคนิคการทรีตด้วยพลาสมาที่ความดันบรรยากาศจากหัวกำเนิดพลาสมาเจ็ตที่ความดันบรรยากาศแบบหลายรูในแนวยาว ที่ถูกพัฒนาขึ้นโดยคณะผู้วิจัย (เลขที่สิทธิบัตร 14888 และ 15314) ดังแสดงตามภาพที่ 2 เทคนิคนี้มีข้อดีคือ เป็นการปรับปรุงผิววัสดุแบบแห้ง (dry surface modification) ซึ่งไม่ต้องใช้สารละลาย ไม่มีสารตกค้าง พลาสมาที่เกิดขึ้นเป็นพลาสมาแบบเย็น (cold plasma) จึงสามารถปรับปรุงผิวเส้นใยได้เป็นบริเวณกว้างโดยไม่ไปเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติเชิงโครงสร้างภายในของวัสดุ ซึ่งเป็นการพัฒนาสิ่งทอให้มีคุณสมบัติเฉพาะทาง เช่น ทำให้มีคุณสมบัติแห้งเร็ว พัฒนาเส้นใยที่ดูดซับน้ำได้ดี หรือเพิ่มสมบัติการกันน้ำ และกันเชื้อแบคทีเรียให้นานขึ้น ผลงานชิ้นนี้ได้รับการขึ้นทะเบียนจาก สกสว. ตามโครงการ Tech2Biz ให้เป็นนำเสนอเทคโนโลยีต้นแบบ (Prototype) ซึ่งได้มีบริษัท โอเอซิส การ์เม้นท์ จำกัด สมัครสมัครขอใช้เทคโนโลยี เรียบร้อยแล้ว (https://www.tech2biz.net/content/พลาสมาสำหรับปรับปรุงผิวสิ่งทอ)

การพัฒนาแหล่งกำเนิดพลาสมาที่ความดันบรรยากาศ (atmospheric pressure plasma, APP) อีกเทคนิคหนึ่งที่กำลังได้รับความสนใจ คือ การทำให้แก๊สแตกตัวแบบฉนวนขวางกั้น (dielectric barrier discharge, DBD) ผศ.ดร.อาทิตย์ ฉิ่งสูงเนิน และคณะ ได้ทำการพัฒนาอุปกรณ์กำเนิดพลาสมาในร่องโดยการปล่อยประจุแบบฉนวนขวางกั้นที่ความดันบรรยากาศ (เลขที่สิทธิบัตร 14445) เพื่อทำการทรีตและเคลือบชิ้นงานที่มีลักษณะเป็นเส้นใย ซึ่งจะทำให้เรดิคอลที่ว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาจากพลาสมาสามารถเข้าไปจับกับผิวเส้นใยได้ทั่วถึงมากขึ้น ดังแสดงตามภาพที่ 3

ภาพที่ 3 (a) ภาพร่างต้นแบบอุปกรณ์กำเนิดพลาสมาในร่องโดยการปล่อยประจุแบบฉนวนขวางกั้นที่ความดันบรรยากาศ (เลขที่สิทธิบัตร 14445) (b) ภาพถ่ายขณะจุดพลาสมาเพื่อทำการทรีตและเคลือบเส้นใย (c) ภาพถ่าย SEM ของผิวเส้นใยที่ถูกทรีตและเคลือบด้วยฟิล์มคาร์บอนที่เงื่อนไขต่างๆ

นอกจากนั้นในส่วนของ key technology เกี่ยวกับหัวกำเนิดพลาสมาเจ็ตแบบหลายรู คณะผู้วิจัย (ผศ.ดร.อาทิตย์ ฉิ่งสูงเนิน, ผศ.ดร.พิษณุ พูลเจริญศิลป์, ผศ.ดร.ปรเมษฐ์ จันทร์เพ็ง และ ผศ.ดร.วราภรณ์ สุทธิสา) ได้ทำการยื่นจดอนุสิทธิบัตร เรียบร้อยแล้ว หมายเลขคำขอ 1803002042 วันที่รับคำขอ 11 ก.ย. 2561 ภายใต้ชื่อเรื่อง “อุปกรณ์กำเนิดลำพลาสมาเจ็ตแบบเรียงแถว ที่ทำงานได้ ณ ความดันหนึ่งบรรยากาศ” ยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้พลาสมาในอุตสาหกรรมอาหารและทางการเกษตร เพื่อช่วยในการฆ่าเชื้อ เพิ่มอัตราการงอกและการเจริญเติบโต จึงได้รับความสนใจทั้งจากนักวิชาการเกษตรและนักวิจัยพลาสมาเทคโนโลยี เพิ่มมากขึ้น เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีที่สะอาด ไม่มีสารเคมีตกค้าง และไม่ต้องใช้อุปกรณ์สุญญากาศ เช่น ปั้มโรตารี เกจวัดความดัน และแชมเบอร์สุญญากาศ จึงสามารถลดต้นทุนในการสร้างระบบไปได้อย่างมาก งานวิจัยในอนาคตอันใกล้นี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาหัวกำเนิดพลาสมาเจ็ตแบบหลายรูที่ความดันหนึ่งบรรยากาศ และเพื่อนำไปใช้ทรีต (treat) เมล็ดพันธุ์เพื่อกระตุ้นการงอกและเพิ่มอัตราการโต ซึ่งจะเป็นประโยชน์กับเกษตรกรในการเพิ่มมูลค่าให้กับสินค้าในกลุ่มผู้บริโภคที่รักสุขภาพต่อไป ตามภาพที่ 4 แสดงตัวอย่างการใช้อุปกรณ์กำเนิดลำพลาสมาเจ็ตแบบเรียงแถวทรีตเมล็ดพันธุ์ข้าวหอมมะลิและเมล็ดพันธุ์คะน้าฮ่องกง เพื่อเพิ่มอัตราการโตของต้นอ่อน โดยต้นแบบหัวกำเนิดพลาสมาฯ นี้ได้รับทุนสนับสนุนการวิจัยจากสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ ประจำปีงบประมาณ 2560 และ การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) ประจำปีงบประมาณ 2562