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목차
1. 나노입자의 합성
1.1. 나노 입자의 개요
1.1.1. 나노 정의와 특성
1.1.2. 나노 기술의 접근법
1.2. 금 나노입자 합성
1.2.1. 실험 재료
1.2.2. 합성 과정
1.2.3. 특성 분석
1.3. 은 나노입자 합성
1.3.1. 실험 재료
1.3.2. 합성 과정
1.3.3. 특성 분석
1.4. 나노입자의 물리화학적 특성
1.4.1. 광학적 특성
1.4.2. 화학적 특성
1.4.3. 기계적 특성
1.4.4. 전자적 특성
1.5. 실험 결과 및 고찰
2. 참고 문헌
본문내용
1. 나노입자의 합성
1.1. 나노 입자의 개요
1.1.1. 나노 정의와 특성
나노(Nano)는 SI 단위계에서 10-9를 나타내는 접두어로, 이는 난쟁이라는 의미의 'nanos'에서 유래하였다. 나노 물질은 일반 거시 물질과는 다른 독특한 물리화학적 특성을 가지는데, 이는 나노 스케일의 크기에서 나타나는 양자역학적 효과와 높은 표면적-체적비 때문이다.
첫째, 광학적 특성의 크기 효과이다. 나노 크기에서는 표면 플라스몬 공명 효과로 인해 빛의 흡수와 산란 특성이 변화한다. 예를 들어 금 나노입자의 경우 크기가 20 nm 이하로 작아지면 입자 크기에 따라 다양한 색깔을 나타내는데, 이는 입자 크기에 따른 최대 흡수 파장의 변화 때문이다.
둘째, 화학적 특성의 변화이다. 나노 물질은 거시 물질에 비해 표면적이 극도로 증가하기 때문에 화학반응성이 크게 증가한다. 이로 인해 일반적인 물질과는 다른 촉매 활성, 반응성, 선택성 등의 특성을 나타낸다.
셋째, 기계적 특성의 변화이다. 나노 결정립 크기 영역에서는 강도가 급격히 증가하는데, 이는 결정립계에서의 원자 배열 때문에 전위 이동이 어려워져 소성 변형이 억제되기 때문이다.
넷째, 전자적 특성의 변화이다. 나노 스케일에서는 전자의 양자 구속 효과로 인해 전기적, 광학적, 자기적 특성이 크게 달라진다. 예를 들어 10~100 nm 범위에서 물질의 자기적 성질이 극대화된다.
이와 같이 나노 물질은 크기 효과와 양자역학적 효과로 인해 기존 거시 물질과는 전혀 다른 특성을 나타낸다. 이러한 독특한 특성들은 나노 기술 분야에서 다양한 응용 가능성을 제시한다.
1.1.2. 나노 기술의 접근법
나노 기술의 접근법에는 크게 Top-down 방식과 Bottom-up 방식이 있다.
Top-down 방식은 거시적 시스템을 미시적 시스템으로 쪼개는 방법으로, 다양한 방법을 이용하여 크기가 큰 재료를 작게 만든다. 예를 들어 기계적 분쇄, 화학적 부식, 리소그래피 기술 등을 통해 큰 물질을 나노 수준으로 만드는 방식이다. 이 방식은 대량 생산이 가능하고 공정이 비교적 단순하다는 장점이 있지만, 불순물 혼입이나 구조적 결함이 발생할 수 있다는 단점이 있다.
반면 Bottom-up 방식은 미시적 시스템을 거시적 시스템으로 조립하는 방법으로, 한 개의 원자 또는 분자를 이용해 크기를 크게 만든다. 화학적 증착, 자기 조립, 전기화학적 증착 등의 기술을 통해 나노 구조체를 만드는 방식이다. 이 방식은 균일성과 정밀성이 높은 나노 구조를 만들 수 있지만, 공정이 복잡하고 대량 생산이 어렵다는 단점이 있다.
상황에 따라 Top-down 방식과 Bottom-up 방식을 적절히 활용하여 나노 기술을 구현할 수 있다. 예를 들어 대량 생산이 필요한 경우에는 Top-down 방식을, 정밀한 나노 구조가 요구되는 경우에는 Bottom-up 방식을 사용할 수 있다. 또한 두 방식을 결합하는 하이브리드 접근법도 활용되고 있다.""
1.2. 금 나노입자 합성
1.2.1. 실험 재료
금 나노입자 합성을 위한 실험 재료는 0.2 mM 농도의 염화금산 삼수화물(HAuCl4·3H2O) 수용액이다. 염화금산 삼수화물은 금속 부식 가능성이 있고 가열 시 용기 폭발 가능성이 있어 열, 가연성/환원성 물질, 금속으로부터 멀리 떨어뜨려 다뤄야 한다. 또한 화재 시 자극성, 부식성, 독성 가스가 발생할 수 있다.은 나노입자 합성을 위한 실험 재료는 0.2 mM 농도의 질산은(AgNO3) 수용액이다. 질산은은 인화성 액체 및 증기이며 가열 시 용기 폭발 가능성이 있어 열, 스파크, 화염, 고열, 가연성 물질로부터 멀리 떨어뜨려 다뤄야 한다. 또한 화재 시 자극성, 유독성 가스가 발생할 수 있다.
1.2.2. 합성 과정
금 나노입자의 합성 과정은 다음과 같다. 먼저 10 mL의 0.2 mM 염화금산(HAuCl4·3H2O) 수용액을 25 ...
참고 자료
동국대학교화학과 화학실험실, 녹문당, 일반화학실험
화공기초 이론 및 실험2 실험 노트, 9-10
안전보건공단 화학물질 정보 www.msds.kosha.or.kr
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강성주, 옥준석 “중등학교에서 관찰 가능한 금 나노 입자의 특성에 대한 연구, 2013.02
이종집, Trisodium Citrate을 이용한 은 나노 입자의 합성 및 분산성에 관한 연구, 2016.04.17
“안전보건공단 화학물질정보”, 작성일 미상, 안전보건공단, 2021. 12. 04. 방문,
