ฟิล์มกรองแสงโลหะ VS ฟิล์มกรองแสงเซรามิค

แสงแดดนอกจากจะมีรังสีในช่วงที่ตามองเห็นแล้ว ยังมีรังสียูวี และรังสีอินฟราเรด (รังสีความร้อน) ซึ่งรังสี 2 ชนิดหลังเป็นรังสีที่ตามองไม่เห็น และเป็นรังสีที่คนไทยค่อนข้างขยาด เพราะแม้ว่ารังสียูวีจะช่วยให้ร่างกายสร้างวิตามินดีได้ แต่มันก็เป็นตัวการสำคัญที่ทำให้ใบหน้าและผิวพรรณของเราหมองคล้ำ เกิดฝ้า และเป็นสาเหตุหนึ่งที่ก่อโรคมะเร็งผิวหนัง

นอกจากนี้ รังสียูวียังทำให้วัตถุ หรือสิ่งของที่อยู่กลางแดดเสื่อมสภาพเร็วขึ้น เช่น เสื้อสีสดที่ตากแดดเป็นประจำสีจะซีดเร็วกว่าเสื้อที่ตากในร่ม เป็นต้น ขณะที่รังสีความร้อนหรือรังสีอินฟราเรดนั้น นอกจากจะทำให้เรารู้สึกอุ่นจนเหงื่อไหลไคลย้อยแล้ว ยังทำให้วัสดุบางชนิดเช่น พลาสติก เสื่อมสภาพเร็วขึ้นด้วยเช่นกัน

ดังนั้น จึงมีสิ่งประดิษฐ์หนึ่งเกิดขึ้นมา เพื่อป้องกันการทำลายจากรังสียูวี และรังสีความร้อน นั่นคือ ฟิล์มกรองแสง โดยนอกจากฟิล์มจะทำหน้าที่กรองแสงสว่างแล้ว ยังทำหน้าที่กรองรังสียูวีและ รังสีความร้อนที่จะทะลุผ่านเนื้อฟิล์มเข้ามาภายในอาคารหรือรถยนต์ ซึ่งช่วยลดภาระการทำงานของระบบทำความเย็น เพิ่มความสวยงามให้กับตัวรถหรืออาคาร เพิ่มความเป็นส่วนตัวแก่ผู้ที่อยู่ภายใน และช่วยลดอันตรายเมื่อกระจกแตก เนื่องจากแผ่นฟิล์มทำหน้าที่ยึดเศษกระจกที่แตกไว้

พัฒนาการของฟิล์มกรองแสงโลหะ หรือฟิล์มกรองแสงปรอท

ฟิล์มกรองแสงยุคแรกที่ผลิตออกมาเป็นฟิล์มกรองแสงที่ผสมสี (dye) เข้าไปเพื่อกรองแสงสว่างเป็นหลัก ขณะที่ประสิทธิภาพในการป้องกันความร้อนยังค่อนข้างต่ำ เมื่อเทคโนโลยีพัฒนามากขึ้น จึงมีการนำโลหะมาเคลือบลงบนแผ่นฟิล์ม เพื่อให้ฟิล์มมีสมบัติในการกรองแสงสว่าง ป้องกันรังสียูวี และรังสีความร้อน ฟิล์มที่ได้รับการเคลือบโลหะนี้ คนไทยมักเรียกว่า ฟิล์มปรอทหรือฟิล์มฉาบปรอท

เนื่องจากฟิล์มเคลือบโลหะที่ผลิตออกมาในยุคแรก จะมีลักษณะแวววาวเป็นสีเงิน ขาวคล้ายโลหะปรอท และสะท้อนแสงได้ดีเหมือนกระจกเงา แต่ความจริงไม่มีการใช้โลหะปรอทเลยแม้แต่น้อย เพราะโลหะที่นิยมเคลือบบนเนื้อฟิล์มคือ โลหะอะลูมิเนียม (นอกจากการเคลือบฟิล์มกรองแสงแล้ว อะลูมิเนียมยังถูกเคลือบบนแผ่นกระจกเพื่อผลิตกระจกเงาด้วย) แต่สมบัติการสะท้อนแสงที่ดีของฟิล์มนี้กลับกลายเป็นจุดด้อย เพราะปริมาณแสงที่สะท้อนกลับออกมามากทำให้แยงตาบุคคลที่อยู่รอบข้าง

ปัจจุบันฟิล์มปรอทที่สะท้อนแสงได้ดี เหมือนกระจกเงานี้ยังคงมีการใช้อยู่ แต่นิยมใช้ติดกระจกอาคาร โดยนอกจากฟิล์มจะให้ประสิทธิภาพในการกรองรังสีต่างๆ แล้ว ฟิล์มยังช่วยให้อาคารมีความสวยงามด้วย

หลังจากนั้นมีการนำเทคโนโลยีการเคลือบโลหะด้วยวิธีสปัตเตอริง (sputtering) มาใช้ ทำให้ชั้นโลหะที่เคลือบบนแผ่นฟิล์มบางลง อนุภาคโลหะที่เคลือบก็มีขนาดเล็กลง เมื่อผนวกกับการเติมสีเข้าไปในแผ่นฟิล์ม ทำให้แผ่นฟิล์มกรองแสงที่ผลิตได้มีสีสันต่างๆ ให้เลือกได้หลากหลาย และฟิล์มกรองแสงก็มีลักษณะแวววาวน้อยลง แต่ก็ยังถูกเรียกว่า ฟิล์มปรอทหรือฟิล์มฉาบปรอทอยู่เช่นเดิม

ฟิล์มกรองแสงเคลือบโลหะ หรือฟิล์มปรอท เป็นฟิล์มกรองแสงที่สามารถสะท้อนรังสีความร้อนได้ เนื่องจากผิวด้านหนึ่งของฟิล์มถูกเคลือบด้วยโลหะ ฟิล์มประเภทนี้อาจมีการใส่สีลงไปเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ ให้มีความหลากหลายมาก ขึ้น สำหรับเทคนิค หรือวิธีการเคลือบโลหะลงบนเนื้อฟิล์มที่ใช้ในปัจจุบันมี 2 วิธีคือ

  1. การเคลือบในสุญญากาศ (vacuum coating) และ 2.การเคลือบสปัตเตอริง 1.การเคลือบในสุญญากาศ เป็นการเคลือบโลหะในห้องเคลือบระบบปิดที่มีสภาวะสุญญากาศ โดยให้ความร้อนแก่โลหะจนกลายเป็นไอ เพื่อให้ไอโลหะลอยฟุ้งไปติดผิวแผ่นฟิล์มซึ่งเย็นกว่า (เนื่องจากมีการหล่อเย็นแผ่นฟิล์ม) วิธีเคลือบโลหะแบบนี้มีจุดเด่นคือ กระบวนการเคลือบไม่ซับซ้อน ราคาถูก สามารถเคลือบฟิล์มพลาสติกได้เร็ว แต่จุดด้อยคือ ได้ชั้นเคลือบโลหะที่หนา และอนุภาคโลหะที่เคลือบบนเนื้อฟิล์มมีขนาดใหญ่ ทำให้ฟิล์มกรองแสงที่ผลิตได้มีลักษณะเป็นสีเงินขาวเหมือนปรอท ซึ่งสะท้อนแสงได้มาก นอกจากนี้จุดด้อยอีกอย่างคือ การเคลือบในสุญญากาศสามารถใช้ได้กับโลหะบางชนิดเท่านั้น เช่น อะลูมิเนียม เป็นต้น
  2. การเคลือบสปัตเตอริง การเคลือบวิธีนี้มีความซับซ้อนกว่าการเคลือบในสุญญากาศ โดยห้องเคลือบระบบปิดจะถูกทำให้เกิดสภาพสุญญากาศก่อน และบรรจุก๊าซเฉื่อย เช่น ก๊าซอาร์กอน (Argon) เข้าไปแทนที่ กระบวนการเคลือบสปัตเตอริง เป็นการระดมยิงโลหะที่ใช้เคลือบด้วยประจุบวกที่ มีความเร็วสูง เพื่อให้อะตอมของโลหะหลุดออกไปติดที่ผิวแผ่นฟิล์ม จุดเด่นของวิธีนี้คือ ชั้นโลหะบนฟิล์มพลาสติกจะบางกว่า และอนุภาคโลหะที่ติดบนแผ่นฟิล์มก็มีขนาด เล็กกว่า ดังนั้นฟิล์มกรองแสงที่ผลิตด้วยวิธีนี้จะมีลักษณะแวววาวน้อยกว่า และที่สำคัญคือ การเคลือบสปัตเตอริงสามารถใช้กับโลหะได้หลากหลายชนิด เช่น ไทเทเนียม อะลูมิเนียม ทองแดง ฯลฯ แต่จุดด้อยของการเคลือบวิธีนี้คือ มันมีต้นทุนการผลิตสูงกว่า และต้องใช้ระยะเวลาในกระบวนการเคลือบนานกว่า จุดเด่นของฟิล์มกรองแสงเคลือบโลหะคือ มีอายุการใช้งานนานกว่าฟิล์มกรองแสงธรรมดา แต่จุดด้อยคือ ชั้นโลหะบนฟิล์มสามารถรบกวนการส่งผ่านคลื่นวิทยุ ในอุปกรณ์สื่อสารในรถยนต์ เช่น โทรศัพท์มือถือ อุปกรณ์จีพีเอส (GPS)

นาโนเทคโนโลยีกับการออกแบบฟิล์มเซรามิค

เพื่อการป้องกันแสง UV และป้องกันรังสีความร้อน เทคโนโลยีการผลิตฟิล์มกรองแสงได้พัฒนาขึ้นมาอย่างไม่หยุดยั้ง จากสมัยก่อนที่ต้องมีการย้อมสีฟิล์มกรองแสงเพื่อเพิ่มความเข้ม เพิ่มเฉดสี หรือเคลือบสารโลหะต่างๆ เช่น ทอง, เงิน, อลูมิเนียม เพื่อใช้ในการสะท้อนความร้อน หรือที่เรียกกันว่า ฟิล์มปรอท

แต่ในปัจจุบัน มีการใช้สารอนุภาคนาโนในรูปแบบต่างๆ เช่น เซรามิค มาช่วยเสริมเข้าไปในเนื้อฟิล์มกรองแสง ทำให้ฟิล์มกรองแสงในปัจจุบันนั้น มีคุณสมบัติโดดเด่นหลากหลายประการ โดยเฉพาะการกันความร้อน เพราะอนุภาคนาโน มีคุณสมบัติในการตัดรังสีความร้อนได้โดยเฉพาะ โดยไม่ต้องอาศัยการสะท้อนของแสงเหมือนฟิล์มสมัยก่อน ผลที่ได้ทำให้ฟิล์มกรองแสงนาโนเซรามิคที่มีการสะท้อนแสงน้อย ไม่เงา ไม่มีปรอท ทำให้เวลาขับรถไม่ว่าจะเป็นกลางวันหรือกลางคืน ความคมชัด จะดีกว่าฟิล์มกรองแสงทั่วๆ ไป และอนุภาคนาโนยังมีความทนทานต่อความร้อนสูง สามารถคงอนุภาคนาโนได้นาน ไม่เสื่อมสภาพ ทำให้ฟิล์มกรองแสงที่ทำจากนาโนเซรามิคนั้น มีความทนทานกว่าฟิล์มกรองแสงทั่วๆ ไป

ที่สำคัญ สีฟิล์มจะไม่ซีดจาง และการป้องกันความร้อนก็จะป้องกันได้สม่ำเสมอ ตลอดอายุการใช้งาน

เส้นใยนาโนเซรามิกเป็นวัสดุที่ได้รับความสนใจอย่างมากในการนำไปประยุกต์ใช้งานที่หลากหลาย ด้วยสมบัติที่ขึ้นกับพื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นและขนาดที่เล็กลงของวัสดุ

นอกจากนี้ เส้นใยนาโนยังมีสมบัติพิเศษทั้งทางด้านฟิสิกส์ เคมี และชีวภาพ ตัวอย่างเช่น การนำไปประยุกต์ใช้กับงานที่ต้องการพื้นที่ ผิวสัมผัสสูง เช่น แผ่นกรอง (filter) ตัวตรวจจับ (sensor) ตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) ตัวดูดซับ (adsorbent) ใช้ในการแยกสาร(separation) และในวิศวกรรมเนื้อเยื่อ (tissue engineering) เป็นต้น ทั้งนี้ ขึ้นกับวิธีและสารที่นำมาสังเคราะห์ อย่างไรก็ตามการสังเคราะห์เซรามิกที่มีโครงสร้าง ในระดับนาโนเพื่อการค้านั้น จะต้องมีการควบคุมขนาดที่แน่นอน ทำให้มีข้อจำกัดในการนำไปใช้งานจริง ซึ่งเทคนิคอิเล็กโตรสปินนิงนับว่าเป็นกระบวนการที่มีประสิทธิภาพที่สามารถประดิษฐ์เส้นใยนาโนในระดับอุตสาหกรรมได้ โดยเป็นเทคนิคที่อาศัยแรงทางไฟฟ้าสถิตในการผลิตเส้นใยที่มีความต่อเนื่อง มีการจัดเรียงตัวของเส้นใยที่ดี มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูง และอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางสูง จึงได้มีการปรับปรุงกระบวนการนี้ในการประดิษฐ์เส้นใยนาโนเซรามิก ด้วยการนำเทคนิคอิเล็กโตรสปินนิงและโซล-เจล มาใช้ร่วมกันในการประดิษฐ์เส้นใยนาโนเซรามิกที่มีความแตกต่างของขนาด สัดส่วน และรูปแบบโครงสร้าง จากนั้นจึงทำการแคลไซน์ (calcination) และการซินเตอร์ (sintering) เพื่อเปลี่ยนสารตั้งต้นไปเป็นเซรามิกที่ต้องการ