나노 반도체입자의 분광학적 성질(예비보고서)

소개글

물리화학실험 A+를 받은 자료입니다.
이해하기 쉽게 기초부분부터 사소한 부분을 빼놓지 않고 쓰려고 노력했습니다.
이 자료가 공부하는데 도움이 되셨으면 좋겠습니다.

목차

1. 실험 제목

2. 실험 목표

3. 이론

4. 시약 및 기구

5. 실험 방법
1) w=10 역미셀용액 만들기
2) CdS 나노입자 형성
3) PbS와 ZnS 나노입자 합성

본문내용

1. 실험 1 : 나노 반도체입자의 분광학적 성질

2. 실험 목표
반도체 나노입자를 합성하고 그 분광학적 성질을 관찰하여 크기와 분광학적 성질 사이의 관계를 알아본다.

3. 이론
원자내의 전자가 핵 주위에 위치할 때, 가질 수 있는 에너지의 레벨을 원자의 에너지 준위라고 한다. 이 원자가 결합하게 되면 분자궤도함수 이론(Molecylar orbital theory)에 따라 분자 내에 전자가 존재할 수 있는 에너지 레벨이 존재하게 된다. 분자가 모인 고체의 경우에는 이 수많은 분자궤도함수가 서로 이어지면서 마치 띠(band)를 이뤄서 띠 범위에서 전자가 자유롭게 이동할 수 있게 된다. 이 띠 사이에는 전자가 존재할 수 없는 영역또한 존재하게 되는데, 이를 밴드 사이의 간격 ‘band gap’이라고 한다.
우리는 고체의 종류를 도체, 부도체, 반도체 세가지로 나눌 수 있다. 일반적으로 도체는 전기가 통하는 고체를 의미하고, 부도체는 전기가 통하지 않는 고체이며, 반도체는 조건에 따라 전기가 통하는 고체이다. 이를 band gap 개념으로 설명할 수 있다. band gap이 너무 크면 부도체라고 하며 valance band의 전자가 conduction band로 이동할 수 없기 때문에 전기가 통하지 않는다. 도체의 경우는 valance band와 conduction band가 붙어있기 때문에 아주 약간의 에너지로도 자유롭게 전자가 이동할 수 있다. 반도체는 band gap이 약간만 떨어져 있는 상태로 설명할 수 있으며, 충분한 에너지를 준다면 전기가 흐를 수 있다.
만약 band gap의 에너지 차이를 극복하는 충분한 에너지에 의해 전자가 valance band에서 conduction band로 들뜨게 된다면, 전자는 안정해지기 위해 다시 valance band로 떨어지게 된다. 이 때 band gap에 해당하는 에너지를 빛으로 방출하게 되는데 여러 가지 반도체가 가지는 band gap의 크기가 다르다는 것을 이용하여 여러 가지 색을 만들어낸다.

참고 자료

Reshma, V. G., and P. V. Mohanan. "Quantum dots: Applications and safety consequences." Journal of Luminescence 205 (2019): 287-298.
Oliveira, T.L., Alves, A.K. (2022). Carbon Quantum Dots. In: Kopp Alves, A. (eds) Technological Applications of Nanomaterials. Engineering Materials. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-86901-4_4
wikeimedia, File:BandGap-Comparison-withfermi-E.PNG
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