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1. 서론
1.1. 실험 목적
본 실험의 목적은 클로이드와 클로이드 용액의 특성을 이해하고, 금 나노 입자와 은 나노 입자를 직접 합성하여 그 특성을 관찰하는 것이다. 구체적으로는 나노 입자 용액에 레이저를 조사하여 틴들 현상을 관찰하고, DLS와 제타전위 분석을 통해 입자의 크기와 표면 안정성을 측정하는 것이다. 이를 통해 금 나노 입자와 은 나노 입자의 차이점을 비교하고자 한다.
클로이드는 지름이 1~1000nm 정도의 미립자가 기체나 액체 중에 분산된 상태를 말한다. 이러한 클로이드 용액에는 다양한 특성이 존재하는데, 틴들 현상은 입자의 크기가 입사 빛의 파장과 유사하거나 큰 경우 빛이 산란되어 빛의 경로가 관찰되는 현상이며, 브라운 운동은 입자들의 무작위적인 열운동에 의한 움직임이다. 또한 DLS와 제타전위 분석을 통해 입자의 크기와 표면 전하를 측정할 수 있다.
금, 은 나노 입자의 합성은 광학, 전자, 생물의학 분야에서 다양하게 활용되고 있어 그 중요성이 크다. 따라서 본 실험에서는 실험을 통해 금, 은 나노 입자를 직접 합성하고 이들의 특성을 비교 분석하고자 한다.
1.2. 클로이드와 클로이드 용액의 특성
클로이드란 지름이 1~1000nm 정도의 미립자가 기체나 액체 중에 분산된 상태를 의미한다. 클로이드 용액은 클로이드 입자가 분산되어 있는 액체이며, 분산질은 용질과 다르게 녹지 않는다. 모든 구성입자의 크기가 1마이크로미터보다 작아지면 균일 혼합물이 되고, 한 종류 이상의 구성 입자의 크기가 수십 마이크로미터 이상이 되면 일반적으로 불균일 혼합물로 분류된다. 클로이드는 균일혼합물과 불균일 혼합물의 중간에 위치한다.
클로이드 입자는 대전하고 있으며, 클로이드 용액이 안정하게 존재하는 것은 클로이드 입자가 같은 종류의 전하를 띠며 서로 반발하고 있기 때문이다. 클로이드는 친수 클로이드와 소수 클로이드로 나뉘는데, 친수 클로이드는 친수성이 커 물 분자에 의해 수화된 상태로 안정하게 분산되어 있고, 소수 클로이드는 친수성이 약하기 때문에 클로이드 입자들끼리 뭉쳐 덩어리를 형성한다. 소수 클로이드는 표면에 흡착된 이온이 물과 상호작용하여 클로이드를 안정시킨다.
1.3. 금, 은 나노 입자 합성의 중요성
금과 은 나노 입자는 다양한 산업 분야에서 광범위하게 활용되고 있다. 먼저, 금 나노 입자는 생물학적 이미징, 바이오센서, 약물 전달 등의 생명과학 분야에서 활용되고 있다. 이는 금 나노 입자가 우수한 광학적 성질과 생체 적합성을 가지고 있기 때문이다. 또한 은 나노 입자는 강력한 항균 및 소독 효과로 인해 의료, 식품 산업에서 널리 사용되고 있다. 특히 은 나노 입자는 세균, 바이러스에 대한 강력한 억제 효과를 지니고 있어 의료용 드레싱, 의료기기 코팅 등에 활용된다. 그 외에도 금과 은 나노 입자는 광전자 소자, 촉매, 에너지 저장 분야에서도 주목받고 있다. 이처럼 금과 은 나노 입자는 다양한 산업 분야에서 중요한 역할을 하고 있으며, 이에 따라 효율적인 합성 방법 개발이 필요하다. 따라서 금, 은 나노 입자의 합성 및 특성 분석에 대한 연구는 산업적으로 매우 중요하다고 할 수 있다.
2. 이론적 배경
2.1. 클로이드의 분류와 특성
클로이드는 지름이 1~1000nm 정도의 미립자가 기체나 액체 중에 분산된 상태를 말한다. 클로이드 용액은 클로이드 입자가 분산되어 있는 액체이며, 분산되어 있는 입자 물질을 분산질, 분산의 매체 물질을 분산매라고 한다. 분산질은 용질과 다르게 녹지 않는다. 모든 구성입자의 크기가 1마이크로미터보다 작아지면 균일 혼합물이 되며, 한 종류 이상의 구성 입자의 크기가 수십 마이크로미터 이상이 되면 일반적으로 불균일 혼합물로 분류된다. 클로이드는 균일혼합물과 불균일 혼합물의 중간에 위치한다. 클로이드 입자는 대전하고 있으며 클로이드 용액이 안정하게 존재하는 것은 클로이드 입자가 같은 종류의 전하를 띠며 서로 반발하고 있기 때문이다. 클로이드는 친수 클로이드와 소수 클로이드로 나뉜다. 친수 클로이드는 친수성이 커 물 분자에 의해 수화된 상태로 안정하게 분산되어있다. 소수 클로이드는 친수성이 약하기 때문에 클로이드 입자들끼리 뭉쳐 덩어리를 형성한다. 소수 클로이드는 표면에 흡착된 이온이 물과 상호작용하여 클로이드를 안정시킨다.
2.2. 졸과 겔의 개념
졸(sol)은 액체 상태에서 고체 입자가 분산되어 있는 상태를 말한다. 졸은 고체인 클로이드가 분산되어 있는 유동성을 지닌 액체이며, 전분 용액이나 국이 이에 해당한다.
겔(gel)은 졸을 가열하거나 냉각하여 고체나 반고체의 일정한 형태를 갖춘 상태를 말한다. 겔은 분산매가 적게 들어있어 입자끼리 접촉해 전체적으로 유동성이 작아진 상태이며, 젤리나 묵 등이 이에 해당한다.
졸의 고체 입자들은 액체 상태에서 안정적으로 분산되어 있으며, 겔은 이러한 졸 상태에서 더 응집되어 고체나 반고체 형태를 이루게 된다. 따라서 졸과 겔은 액체와 고체 사이의 중간 상태로, 클로이드 상태의 변화를 나타...
