THz Time-domain spectroscopy station (THz-TDS)

เครื่องวิเคราะห์หาองค์ประกอบคุณสมบัติของวัสดุด้วยสเปกโทรสโกปีเทราเฮิรตซ์แบบโดเมนเวลา

ระบบจองคิวขอรับบริการ THz-TDS <<ที่นี่>> 

อัตราค่าบริการวิเคราะห์ Download 

ใบขอรับบริการ THz-TDS  Download 

ใบขอรับข้อเสนอโครงการ (Proposal) ใช้เครื่อง THz-TDS  Download 

รูปแบบผลวิเคราะห์ทดสอบที่จะได้รับ Download 

เอกสารรายละเอียดเพิ่มเติมของ THz-TDS Download 

            เป็นเทคนิคที่ใช้วิเคราะห์คุณสมบัติของวัสดุโดยใช้คลื่นเทระเฮิรตซ์ (Terahertz, THz) ซึ่งเป็นช่วงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ระหว่างย่านไมโครเวฟและย่านอินฟราเรด (ความถี่ประมาณ 1 − 10 THz) ซึ่งเทคนิคนี้มีคุณสมบัติพิเศษที่ช่วยในการศึกษาการดูดกลืน (absorption) และการส่งผ่าน (transmission) หรือดัชนีการหักเห (refractive index) ของสัญญาณในโดเมนเวลา (time domain) เพื่อศึกษาพฤติกรรมของวัสดุในเชิงเวลาและเชิงความถี่พร้อมกัน โดยวิเคราะห์ตัวอย่างที่เป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซได้อย่างละเอียด และไม่มีการทำลายตัวอย่าง เนื่องจากพลังงานของคลื่น THz ค่อนข้างต่ำ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีช่วงความถี่ 0.1 – 10 THz ซึ่งครอบคลุมพลังงานระดับต่ำ (meV) เหมาะสำหรับศึกษาพฤติกรรมของวัสดุ โดยเฉพาะสสารควบแน่น เช่น สารกึ่งตัวนำ ตัวนำยิ่งยวด และสารแม่เหล็ก

            THz-TDS ใช้พัลส์รังสี THz ที่มีความยาวช่วง ps – fs ในการวิเคราะห์คุณสมบัติของวัสดุ โดยอาศัยการวัดการตอบสนองของสนามไฟฟ้าทั้งในแง่ แอมพลิจูดและเฟส ทำให้สามารถศึกษา โครงสร้าง อันตรกิริยาระหว่างโมเลกุล และสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ ได้อย่างละเอียด ทำให้สามารถศึกษาสมบัติของวัสดุได้อย่างละเอียดและครอบคลุมกว่า FTIR Spectroscopy

คุณลักษณะของเทคนิควิเคราะห์ทดสอบ  THz-TDS                      

  • ช่วงความถี่ของสเปกตรัม (Spectral Range): 0.4 – 2.5 THz
  • ช่วงการสแกน (Scan Range): 10 – 20 นาโนเมตร (nm)
  • Repetition rate: 84 MHz
  • THz spot size: ระดับมิลลิเมตร (ใช้ในการระบุขนาดของสารตัวอย่าง)
  • วิเคราะห์ค่าการนำไฟฟ้า (Conductivity), ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (Dielectric Constant), ดัชนีหักเหเชิงซ้อน (Complex Refractive Index)
  • เทคนิคไม่ทำลายตัวอย่าง (Non-Destructive Testing, NDT)
  • เหมาะสำหรับศึกษาการนำไฟฟ้าในระดับนาโน (nm scale)
  • วิเคราะห์ได้ทั้งของแข็ง (Solid) ของเหลว (Liquid) และก๊าซ (Gas)
  • เป็นเทคนิคการทดสอบแบบไม่ทำลาย ซึ่งไม่จำเป็นต้องทำกระบวนการอื่น เช่น การทดลอง DC conductivity measurement เพิ่มเติม
  • สามารถใช้ในการตรวจสอบการนำไฟฟ้าในระดับนาโนของวัสดุ เนื่องจากความถี่ในช่วง 0.4 ถึง 2.5 THz สอดคล้องกับขนาดในระดับ 10 ถึง 20 นาโนเมตร

ประเภทของตัวอย่างที่ใช้วิเคราะห์ทดสอบด้วยเทคนิค THz-TDS :

ตัวอย่างวัตถุ/ฟิล์ม : วัสดุหรือของแข็งหนาไม่เกิน 10 mm ขนาดไม่เกิน 40  x 40 mm และไม่น้อยกว่า 5 x 5 mm ซึ่งจะทดสอบได้เฉพาะพื้นผิวนอกสุดและกรณีตัวอย่างที่เป็นฟิล์มบางชั้นนอก
ตัวอย่างของเหลว : สารตัวอย่างควรมีปริมาตร 1 ml และควรเตรียมตัวทำลายของสารนั้นในการทำความสะอาด
ตัวอย่างผง : ต้องเป็นผงละเอียดและมีปริมาณเพียงพอต่อการวัด ไม่น้อยกว่า 0.5 g

การประยุกต์ใช

  • งานวิจัยด้านวัสดุศาสตร์และอิเล็กทรอนิกส์

  • อุตสาหกรรมอาหารและเกษตร

  • อุตสาหกรรมเภสัชกรรมและเครื่องสำอาง

  • อุตสาหกรรมเซรามิกและไม้

รูปที่ 1:  ระบบ femtosecond (fs) laser oscillator และระบบ THz-TDS

         สำหรับ Terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) ของห้องปฏิบัติการวิจัยเครื่องเร่งอิเล็กตรอนเชิงเส้น (PBP-CMU Electron Linac Laboratory, PCELL) นี้จะใช้เทคนิคการใช้รังสีเทร่าเฮิรตซ์พัลส์สั้นในการศึกษาวิเคราะห์สมบัติของสสารในโดเมนของเวลา ซึ่งจะได้ข้อมูลทั้งแอมปลิจูดและเฟสของสนามไฟฟ้าของรังสีเทร่าเฮิรตซ์ ทำให้สามารถวิเคราะห์คุณสมบัติของวัสดุได้ครอบคลุมมากกว่าการทดลองและวิเคราะห์ด้วย FTIR spectroscopy โดยในส่วนของการออกแบบและพัฒนาสร้างระบบ THz-TDS และทำการติดตั้งพร้อมทดสอบระบบเสร็จสิ้นในปลายปี 2567 ดังแสดงรูปที่ 1 นำเสนอการติดตั้งและการทดสอบระบบ THz-TDS ในปัจจุบัน สำหรับปีงบประมาณ 2567 จะได้ประยุกต์ใช้ระบบ THz-TDS ที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้กับการทดลองนำร่อง ได้แก่ ของเหลวไอออนิค เพอรอฟสไกต์ และวัสดุมิติต่ำ ประสบการณ์และผลสำเร็จจากการทดลองเหล่านี้จะสามารถที่นำไปต่อยอดการประยุกต์ใช้ระบบ THz-TDS ของผู้ใช้งานอื่นๆ และได้เปิดให้บริการวิเคราะห์ทดสอบในปี 2568 

จุดเด่น THz-TDS ของห้องปฏิบัติการวิจัยเครื่องเร่งอิเล็กตรอนเชิงเส้น

  • สามารถวัดคุณสมบัติในการส่งผ่านและการสะท้อนแสงแบบเชิงซ้อนของวัสดุได้โดยตรง ซึ่งจะช่วยให้สามารถคำนวณหาค่าความนำไนฟ้า ค่าคงที่ dielectric และค่าดัชนีหักเห แบบเชิงซ้อน ได้โดยตรง ซึ่งทำให้เข้าใจคุณสมบัติทางการนำไฟฟ้าของวัสดุได้ครบถ้วนและง่ายขึ้น
  • เป็นเทคนิคการทดสอบแบบไม่ทำลาย ซึ่งไม่จำเป็นต้องทำกระบวนการอื่น เช่น การทดลอง DC conductivity measurement เพิ่มเติม
  • สามารถใช้ในการตรวจสอบการนำไฟฟ้าในระดับนาโนของวัสดุ เนื่องจากความถี่ในช่วง 4 ถึง 2.5 THz สอดคล้องกับขนาดในระดับ 10 ถึง 20 นาโนเมตร

  • สามารถดำเนินการทดลองได้ทั้งใน สภาวะ In-air และ Dry air ทำให้เหมาะสมกับการวิเคราะห์ตัวอย่างที่หลากหลาย

    • In-air: ใช้สำหรับการทดสอบทั่วไป การดูดกลืนสัญญาณ THz ในช่วง 0.56–1.67 THz ส่งผลให้สัญญาณที่ได้จะมี noise เล็กน้อย แต่สะดวกและรวดเร็วสำหรับการทดลองที่ไม่ต้องการความแม่นยำสูงสุด

    • Dry air: มีระบบไล่ไอน้ำ ทำให้การดูดกลืนสัญญาณ THz มีประสิทธิภาพสูง และสัญญาณที่วัดได้มีความคมชัดและแม่นยำสูง เหมาะสำหรับการศึกษาสารที่มี peak อยู่ในช่วงที่ไอน้ำดูดกลืนสูง

นอกจากนี้ห้องปฏิบัติการวิจัยเครื่องเร่งอิเล็กตรอนเชิงเส้น ได้มีการเปิดให้บริการแก่ผู้ใช้งานวิเคราะห์ทดสอบด้วย THz-TDS โดยมีผู้ใช้งานภายใต้โครงการการทดลองนำร่อง (pilot experiment projects) ได้แก่

  1. ห้องปฏิบัติการ Applied Physics Research Laboratory (APRL), มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
  2. ห้องปฏิบัติการวิจัย Solar Cell Research Laboratory (SCRL), มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
  3. National Electronics and Computer Technology Center (NECTEC)
  4. ห้องปฏิบัติการ Advanced Electronic Materials Research Laboratory (มหาวิทยาลัยเชียงใหม่) ร่วมกับ SRM University (India)

ข้อมูลการติดต่อเจ้าหน้าที่เทคนิคของเครื่อง THz-TDS

  1. สิริวรรณ ปาเคลือ
  2. สุพศิน สุกระ โทร. 081-671-6576
  3. ณัฐวัตร คำมาตา โทร.062-769-4819
  4. ณัฐนนท์ ไชยเดช โทร. 095-467-7057

ที่อยู่: ตู้ ปณ. 217 อาคารวิจัยนิวตรอนพลังงานสูง ภาควิชาฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์
มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ถ.ห้วยแก้ว ต.สุเทพ อ.เมือง จ.เชียงใหม่ 50202
Email: suriya.pbpcmu@gmail.com