“การศึกษา พัฒนา และสังเคราะห์วัสดุขั้นสูงสำหรับการประยุกต์ใช้งานขั้นสูง โดยใช้เทคโนโลยีแสงซินโครตรอน : แก้วระบบบอเรตสำหรับใช้เป็นขั้วแคโทดในแบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออนศักยภาพสูง”

ผลงานวิจัยดังกล่าว เป็นงานวิจัยเพื่อพัฒนาแบตเตอรีให้สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เนื่องจากปัจจุบันมีการพัฒนาเทคโนโลยีด้านต่าง ๆ อย่างรวดเร็ว ส่งผลให้มีการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถพกพาได้ เช่น โทรศัพท์มือถือ แท๊บเล็ต คอมพิวเตอร์พกพา อุปกรณ์ทางการแพทย์ ให้มีประสิทธิภาพในการทำงานที่เร็วและดียิ่งขึ้น เพื่อรองรับเทคโนโลยีที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่องในปัจจุบัน ดังนั้น การวิจัยมุ่งเน้นพัฒนาแบตเตอรีให้มีระยะเวลาการใช้งานยาวนานขึ้น มีความจุที่มากขึ้น และให้มีความปลอดภัยในการใช้งาน

ปัจจัยสำคัญที่จะทำให้บรรลุเป้าหมายดังกล่าว คือ “วัสดุแคโทด” ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของแบตเตอรีชนิดลิเทียมไอออนที่ในปัจจุบันมีการพัฒนาวัสดุแคโทดในหลายประเภท เช่น วัสดุเซรามิก และวัสดุแก้ว เป็นต้น โดยวัสดุแก้ววานาเดตบอเรตมีสมบัติบางประการที่ดีกว่าวัสดุชนิดอื่น ๆ ดังนั้น ผู้วิจัยจึงมุ่งเน้นศึกษาวัสดุแก้วประเภทวานาเดตบอเรต เพื่อพัฒนาให้เป็นวัสดุแคโทดในแบตเตอรีชนิดลิเทียมไอออน เนื่องจากวัสดุแก้วประเภทวานาเดตบอเรตมีสมบัติบางประการที่ดีกว่าวัสดุชนิดอื่น เช่น มีความสามารถในการให้พลังงานสูงประมาณ 1,000 Wh/kg มีความจุประมาณ 300 mAh/g โดยเฉพาะในช่วงการใช้งานไม่เกิน 100 รอบ อีกทั้ง วัสดุแก้วเป็นวัสดุที่ขึ้นรูปได้หลายรูปร่างตามรูปทรงที่ต้องการ ส่งผลให้สามารถรองรับรูปแบบแบตเตอรี่ที่มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง

ผลงานวิจัยนี้ ได้ประยุกต์ใช้เทคนิคการดูดกลืนรังสีเอกซ์จากแสงซินโครตรอน เพื่อวิเคราะห์หาที่มาคุณสมบัติพิเศษของวัสดุขั้นสูง และจะสามารถนำองค์ความรู้ที่ได้ไปต่อยอดในการพัฒนาวัสดุหรือผลิตภัณฑ์ใหม่ ๆ ที่มีคุณสมบัติที่ดีขึ้นตามที่ต้องการได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการพัฒนาวิจัยวัสดุเพื่อใช้เป็นขั้วแบตเตอรีชนิดลิเทียมเพื่อมุ่งหวังพัฒนาวัสดุชนิดนี้ในเชิงพาณิชย์ต่อไป นอกจากนี้ ยังสามารถประดิษฐ์ต้นแบบของเซลล์แบตเตอรีเพื่อใช้งานจริงได้

ผู้สร้างสรรค์ผลงาน

1. ดร.พินิจ กิจขุนทด

2. นายพิชิตชัย บุตรน้อย

3. ดร.ณรงค์ จันทร์เล็ก

4. ดร.ยิ่งยศ ภู่อาภรณ์

5. รศ. ดร.สุปรีดิ์ พินิจสุนทร

6. ศ. ดร.สันติ แม้นศิริ

“Gas tungsten arc welding of copper to stainless steel for ultra-high vacuum applications”

เป็นผลงานวิจัยเพื่อพัฒนากระบวนการเชื่อมด้วยเทคนิค Tungsten Inert Gas Welding (TIG) เนื่องจาก สถาบันฯ มีการพัฒนาและปรับปรุงการผลิตชิ้นส่วนสุญญากาศระดับสูง (Ultra-High Vacuum, UHV) ที่มีความดันระดับต่ำกว่า 10~9 ทอร์ (torr) เพื่อรองรับการออกแบบและพัฒนาอุปกรณ์เครื่องเร่งอนุภาค ระบบลำเลียงแสง สถานีทดลอง ซึ่งอุปกรณ์กลุ่มนี้เมื่อใช้งานจะสัมผัสกับแสงซินโครตรอนโดยตรง ทำให้เกิดความร้อนสะสม ดังนั้น การออบแบบอุปกรณ์จำเป็นต้องคำนึงถึงความสามารถในการถ่ายเทความร้อนและความแข็งแรงของวัสดุ ด้วยเหตุนี้ “สเตนเลสและทองแดง” จึงถูกเลือกใช้เป็นวัสดุหลักในการผลิตอุปกรณ์ดังกล่าว ซึ่งที่ผ่านมาสถาบันฯ ไม่สามารถเชื่อมต่อชิ้นส่วนที่เป็นวัสดุต่างชนิดกันได้ ซึ่งต้องนำเข้าจากต่างประเทศ

สถาบันฯ จึงได้พัฒนากระบวนการเชื่อมด้วยเทคนิค TIG ขึ้น การเชื่อมด้วยเทคนิคดังกล่าวนอกจากจะสามารถเชื่อมต่อโลหะชนิดเดียวกันได้แล้ว ยังสามารถเชื่อมต่อโลหะต่างชนิดได้ โดยใช้ลวดทังสเตน (Tungsten Electrode) เป็นตัวอาร์ค และใช้แก๊สเฉื่อยเป็นเกราะปกคลุมแนวเชื่อม ปัจจุบันการเชื่อมสเตนเลสและทองแดงด้วยเทคนิค TIG ถูกนำไปใช้สร้างอุปกรณ์เครื่องเร่งอนุภาค ระบบลำเลียงแสง และสถานีทดลอง ภายใต้ความดันสุญญากาศระดับที่ต่ำกว่า 10~9 ทอร์ (torr) ได้เป็นผลสำเร็จ เช่น Photon Beam Mask, Photon Beam Slit, Photon Beam Position Monitor และ Photon Beam Stopper เป็นต้น

การพัฒนากระบวนการเชื่อมด้วยเทคนิค TIG ส่งผลให้สถาบันฯ สามารถประหยัดงบประมาณของประเทศชาติได้ไม่น้อยกว่า 20 ล้านบาท เนื่องจากสามารถลดการนำเข้าอุปกรณ์สุญญากาศที่กล่าวถึงข้างต้น

อีกทั้ง ยังเป็นการพัฒนาทรัพยากรมนุษย์ ตลอดจนยังสามารถผลิตชิ้นงานได้ตรงตามความการใช้งานและพึ่งพาตนเองได้อย่างยั่งยืน

ผู้สร้างสรรค์ผลงาน

1. ดร.ยิ่งยศ ภู่อาภรณ์

2. นายสำเริง ด้วงนิล

3. นายเด่นชาย บำรุงเกาะ

4. นายภีมพัฒน์ กลางแก้ว

5. นายชาญณัฐ หัวสระน้อย

6. นายปิยวัฒน์ ปรึกไธสง

7. นายสุพรรณ บุญสุยา

8. นายจิตริน ชัยประภา

9. นายอนุชิต เรืองวิทยานนท์

10. นายชาตรี ไชยสมบัติ

“การพัฒนาระบบเคลือบฟิล์มคาร์บอนเสมือนเพชรด้วยวิธีไอระเหยทางเคมีเพื่ออุตสาหกรรม”

ผลงานนวัตกรรมดังกล่าวเป็นความร่วมมือระหว่างสถาบันฯ กับบริษัท เบทาโกร จำกัด (มหาชน) และ บริษัท เอสซีจี เคมิคอลส์ จำกัด เพื่อร่วมกันพัฒนาเทคโนโลยีการเคลือบฟิล์มคาร์บอนเสมือนเพชร (Diamond-like carbon, DLC) ซึ่งถูกพัฒนาขึ้น ณ สถาบันฯ เนื่องจากเทรนด์การแข่งขันในท้องตลาด บรรจุภัณฑ์อาหารจะเน้นเทคโนโลยีสมัยใหม่ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และเน้นคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมของตัวฟิล์ม เช่น อัตราการซึมผ่านของแก๊สออกซิเจน ความหนาแน่นของฟิล์ม การป้องกันความชื้น และการย่อยสลายหรือนำกลับไปใช้ใหม่ได้ เป็นต้น

ฟิล์ม DLC นอกจากสามารถนำไปใช้กับอุตสาหกรรมกลุ่มบรรจุภัณฑ์อาหารและเครื่องดื่มแล้ว ยังสามารถประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้ เช่น กลุ่มชิ้นส่วนยานยนต์ อิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ ชิ้นส่วนฮาร์ดดิส เป็นต้น การใช้งานที่หลากหลายของฟิล์มชนิดนี้แสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมของฟิล์มซึ่งขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น วิธีการสังเคราะห์ ส่วนผสมสารตั้งต้น และเวลาในการสังเคราะห์ เป็นต้น ซึ่งวิธีการสังเคราะห์ฟิล์มที่ต่างกันก็จะส่งผลให้โครงสร้างของฟิล์มแตกต่างกัน นอกจากนี้ โครงสร้างทางเคมีของฟิล์ม DLC มีความซับซ้อนต้องอาศัยเทคนิคการวิเคราะห์ขั้นสูง เช่น “เทคนิคการดูดกลืนรังสีเอกซ์ย่านพลังงานต่ำ (Near Edge X-ray Absorption Fine Structure)” เทคนิคนี้สามารถวิเคราะห์สมบัติของฟิล์มในเชิงคุณภาพ และเชิงปริมาณได้ ทั้งนี้ ฟิล์ม DLC มีสมบัติในการต้านการซึมผ่านของแก๊สบางชนิด จึงถูกนำไปประยุกต์ใช้จริงในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ของอาหาร เพื่อช่วยยืดระยะเวลาคงความสดใหม่ของสินค้าให้ยาวนานขึ้น

ผลงานนวัตกรรมนี้ สามารถนำไปต่อยอดเชิงพาณิชย์ได้อย่างเป็นรูปธรรม จากการทดสอบพบว่าอาหารที่เก็บรักษาในบรรจุภัณฑ์ที่เคลือบด้วยฟิล์ม DLC สามารถรักษาความสดและเพิ่มระยะเวลาขนส่งผลิตภัณฑ์ได้นานขึ้นเป็นเท่าตัวจากปัจจุบันใช้เวลา 5 วันในเขตกรุงเทพฯ และปริมณฑล โดยยังคงความสดได้เหมือนเดิมซึ่งส่งผลให้สามารถขยายฐานลูกค้าได้กว้างขวางขึ้น

ผู้สร้างสรรค์ผลงาน

1. ดร.ศรายุทธ ตั้นมี

2. ดร.ชนรรค์ เอื้อรักสกุล

3. ดร.นันทพร กมลสุทธิไพจิตร

4. ดร.แคทลียา โรจน์วิริยะ

5. นายอุกฤษฎ์ ฤทธิหงส์

“เครื่องเพาะเลี้ยงถังเช่าอัตโนมัติ”

ผลงานสิ่งประดิษฐ์ดังกล่าวเป็นความร่วมมือระหว่างสถาบันฯ และบริษัท เซโกฟาร์ม จำกัด เพื่อร่วมกันพัฒนาระบบอิเล็กทรอนิกส์ในการควบคุมอุณหภูมิ ความชื้น แสงสว่างในระบบเพาะเลี้ยงถังเช่าที่สามารถปรับเปลี่ยนได้ตามเงื่อนไขที่ต้องการ เนื่องจากถังเช่ามีถิ่นกำเนิดจากที่ราบสูงทิเบต ซึ่งมีสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมที่สุดในการเจริญเติบโตของถังเช่า ดังนั้น หากต้องการเลี้ยงถังเช่าในสภาพแวดล้อมที่ต่างออกไปจากถิ่นกำเนิดเดิมจำเป็นต้องมีการจำลองสภาวะแวดล้อมการเพาะเลี้ยงให้เหมาะสม เพื่อให้ได้คุณภาพของถังเช่าตามที่ต้องการ

ทั้งนี้ การเตรียมระบบการเลี้ยงถังเช่ามีต้นทุนสูงหลักหลายแสนบาท ซึ่งเกษตรกรทั่วไปไม่สามารถลงทุนเพาะเลี้ยงได้

ผู้สร้างสรรค์ผลงานจึงมีแนวคิดในการสร้างเครื่องเพาะเลี้ยงถังเช่าที่มีต้นทุนต่ำกว่าระบบเพาะเลี้ยง

ในปัจจุบัน เพื่อให้เกษตรกรสามารถลงทุนเพาะเลี้ยงถังเช่าภายในครัวเรือนได้ โดยเครื่องเพาะเลี้ยงถังเช่า

มีส่วนประกอบหลัก คือ ตู้เย็นหรือตู้แช่ เซ็นเซอร์ตรวจวัดอุณหภูมิความชื้น และแสงสว่าง หลอด LED ชุดวงจรไมโครคอนโทรลเลอร์ และโปรแกรมควบคุมการทำงาน ทั้งนี้ เครื่องเพาะเลี้ยงฯ มีระบบควบคุมอุณภูมิ ความชื้น และแสงสว่างอัตโนมัติ โดยออกแบบระบบให้มีการตั้งค่าแบบหลายจุดอ้างอิงผ่านหน้าจอสัมผัสที่หน้าตัวเครื่อง ทั้งนี้ สามารถตั้งค่าอุณหภูมิ ความชื้น และแสงสว่างได้ต่างกันสูงสุด 80 ค่า หรือโดยนัยของการทำงาน 80 วัน

อีกทั้งยังสามารถปรับความเข้มแสง และตั้งเวลาเปิดแสงในแต่ละวันได้ เนื่องจากเงื่อนไขในการเพาะเลี้ยงถังเช่านั้นไม่ได้เป็นเงื่อนไขเดียวกันตลอดอายุการเพาะเลี้ยง เช่น ช่วงอายุ 0-20 วัน จะไม่เปิดแสงสว่าง และให้อุณหภูมิประมาณ 17-19 องศาเซลเซียส ช่วงอายุ 20-35 วัน จะให้แสงสว่างความเข้ม 400 ลักซ์ วันละ 16 ชั่วโมง เป็นต้น

การเพาะเลี้ยงถังเช่าด้วยเครื่องเพาะเลี้ยงถังเช่าแบบอัตโนมัติเพื่อการจำหน่ายสามารถช่วยเพิ่มรายได้ให้กับเกษตรกรผู้เพาะเลี้ยงได้เป็นอย่างมาก อีกทั้งยังช่วยเพิ่มกลุ่มผู้เพาะเลี้ยงถังเช่าในประเทศไทยให้มากขึ้น เนื่องจากปริมาณความต้องการถังเช่าของตลาดในประเทศและต่างประเทศสูงมากกว่ากำลังการผลิตในปัจจุบัน

ผู้สร้างสรรค์ผลงาน

1. นายวัชรพล ภุมรา

2. ดร.รุ่งเรือง พัฒนากุล

3. ดร.บัวบาล กัวประเสริฐ

4. นายชานน หนูเพชร (บริษัท เซโกฟาร์ม จำกัด)