การวิเคราะห์พื้นผิวภาคตัดขวางของโดเมนแม่เหล็ก โครงสร้างจุลภาค และคุณสมบัติทางแม่เหล็กของแมงกานีสบิสมัทเฟสอุณหภูมิต่ำที่เตรียมโดยการหลอมสูญญากาศอุณหภูมิต่ำ

ในการศึกษานี้ ได้ทำการวิเคราะห์วัสดุแมงกานีสบิสมัทเฟสอุณหภูมิต่ำซึ่งสังเคราะห์โดยกระบวนการเผาผนึกสุญญากาศที่อุณหภูมิ 325 °C พบว่าค่าผลิตภัณฑ์พลังงาน (Energy Product) เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญจาก 2.63 MGOe ในตัวอย่างที่เผาผนึกเป็นเวลา 12 ชั่วโมง เป็น 3.64 MGOe ในตัวอย่างที่เผาผนึกเป็นเวลา 48 ชั่วโมง การปรับปรุงนี้เกิดจากกระบวนการแพร่แบบของแข็ง-ของเหลว (Solid-Liquid Diffusion) การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) พบว่าวัสดุแมงกานีสบิสมัทก่อตัวขึ้นบริเวณพื้นผิวภายนอกของอนุภาคแมงกานีส และตามพื้นผิวด้านใน โดยเฉพาะภายในรอยร้าว ขณะที่การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) แสดงให้เห็นว่าสัดส่วนของแมงกานีสเพิ่มขึ้น ในขณะที่สัดส่วนของบิสมัทลดลงเมื่ออยู่ห่างจากรอยร้าว การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนแบบเลือกพื้นที่ (Selected Area Diffraction) พบว่ามีการเปลี่ยนแปลงของสัดส่วนแมงกานีสตามระยะห่างจากรอยร้าว และสามารถระบุการเกิดเฟสบิสมัท และ เฟสแมงกานีสบิสมัท ได้ นอกจากนี้ การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์แรงแม่เหล็ก (MFM) พบว่ามีการเปลี่ยนแปลงเฟสอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งบ่งชี้ถึงแรงผลักหรือแรงดึงดูดในบริเวณที่เป็นโดเมนแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกเดี่ยว (Single Ferromagnetic Domains) ผลลัพธ์นี้ช่วยให้เข้าใจโครงสร้างโดเมนแม่เหล็กในบริเวณแมงกานีสบิสมัทที่อยู่ใกล้รอยร้าวของแมงกานีส ได้ดียิ่งขึ้น แบบจำลองการเกิดแมงกานีสบิสมัทที่พัฒนาขึ้นโดยอิงกับบริเวณรอยร้าวเดี่ยวซึ่งมีปริมาณแมงกานีสบิสมัทสม่ำเสมอ สามารถอธิบายปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กและการเปลี่ยนแปลงเฟสที่สังเกตได้บริเวณใกล้รอยร้าว

*MGOe (เมก้าเกาส์-เอิร์สเตด): หน่วยนี้ใช้วัดค่าผลิตภัณฑ์พลังงานสูงสุดของวัสดุแม่เหล็ก ซึ่งแสดงถึงพลังงานสูงสุดที่สามารถกักเก็บไว้ได้ ค่าดังกล่าวได้จากผลคูณของความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก (B, หน่วยเป็นเกาส์) และความเข้มของสนามแม่เหล็ก (H, หน่วยเป็นเอิร์สเตด)

ผลการศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงกระบวนการสังเคราะห์แมงกานีสบิสมัทที่เรียบง่ายแต่ให้สมบัติที่ดี พร้อมทั้งให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการปรับแต่งและพัฒนาโครงสร้างแม่เหล็กเพื่อการใช้งานในอนาคต

งานวิจัยนี้สอดคล้องกับ

SDG 9: อุตสาหกรรม นวัตกรรม และโครงสร้างพื้นฐาน

งานวิจัยนี้มุ่งเน้นการพัฒนา วัสดุแม่เหล็กที่ปราศจากธาตุหายาก ซึ่งช่วยลดการพึ่งพาวัสดุที่มีแหล่งผลิตจำกัดและมีต้นทุนสูง และมีศักยภาพในการ ขยายกระบวนการผลิตวัสดุแมงกานีสบิสมัท สู่ระดับอุตสาหกรรม เพื่อการใช้งานด้านพลังงานแม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพ

SDG 12: การผลิตและการบริโภคที่ยั่งยืน

สนับสนุน การใช้ทรัพยากรอย่างยั่งยืน โดยพัฒนาแม่เหล็กทางเลือกที่ไม่ต้องใช้ธาตุหายาก ซึ่งมักมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากกระบวนการทำเหมือง กระบวนการเผาผนึกสุญญากาศที่ใช้อุณหภูมิต่ำในงานวิจัยนี้เป็น วิธีที่ใช้พลังงานน้อยกว่าการสังเคราะห์แบบดั้งเดิม สอดคล้องกับแนวทางการผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

การอ้างอิงของงานวิจัย 

Borsup, J., Eknapakul, T., Yordsri, V., Thanachayanont, C., Pinitsoontorn, S., Saisopa, T., Oo, T. Z., Chen, F., & Songsiriritthigul, P. (2024). Cross-sectional surface analysis of magnetic domains, microstructures, and magnetic properties of the low-temperature phase MnBi prepared by low-temperature vacuum sintering. Vacuum, 113685.

ผู้สนใจสามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่

https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2024.113685

รายชื่อนักวิจัย

ดร. ธนชาติ เอกนภากุล อาจารย์ประจำสาขาวิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์ ดร. จงรัก บ่อทรัพย์ นักวิชาการจากกรมควบคุมโรค ดร. ชัญชนา ธนชยานนท์ และ นายวิศิษฏพงศ์ ยอดศรี นักวิจัยจากศูนย์โลหะแห่งชาติ สวทช. ศ. ดร. สุปรีดิ์ พินิจสุนทร ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น ดร. ธนิษฐ์ สายโสภา คณะวิทยาศาสตร์และศิลปะศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน Prof. Than Zaw Oo, Mandalay University, Myanmar, Prof. Fuming Chen, South China Normal University, China และ รศ.ดร.ประยูร ส่งสิริฤทธิกุล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี โดยกลุ่มวิจัยมุ่งเน้นการศึกษาการสังเคราะห์วัสดุแม่เหล็กที่ปราศจากธาตุหายาก พร้อมการวิเคราะห์ขั้นสูงเพื่อทำความเข้าใจกระบวนการเกิดและแนวทางปรับปรุงประสิทธิภาพของแม่เหล็ก โดยมุ่งเน้นการสังเคราะห์ที่ง่ายและมีศักยภาพในการขยายสู่ระดับอุตสาหกรรม