본문내용
1. Gold Nanoparticle 합성과 크기 제어
1.1. 나노입자와 나노기술
나노입자는 입자크기가 수 나노미터(nm, 10^-9m)에서 수백 나노미터의 범주에 속하는 입자를 의미한다. 이런 크기 범위의 나노입자는 일반 벌크 물질과는 다른 새롭고 특이한 광학적, 화학적, 물리적 특성을 가지게 된다. 이러한 나노입자의 특성을 이용하고자 하는 것이 나노기술이다.
나노기술은 약 1~100나노미터 사이의 차원에서 물질을 이해하고 통제하는 기술이다. 이를 통해 새로운 현상에 대한 이해와 독특한 응용을 개발하는 것이 나노기술의 핵심 목표이다. 기존 기술로는 접근하기 어려웠던 물질, 장치, 시스템들을 나노스케일에서 조작하고 제어할 수 있게 되면서 다양한 분야에서 혁신적인 발전을 이루고 있다. 나노기술은 물리, 화학, 생명과학, 공학 등 다양한 학문 분야의 융합을 통해 발전하고 있다.
나노입자의 크기와 모양 조절은 나노기술에서 매우 중요한 요소이다. 나노입자의 크기와 모양에 따라 고유의 물리화학적 성질이 달라지기 때문이다. 따라서 나노입자를 원하는 크기와 모양으로 제조하는 합성 기술이 나노기술 발전의 핵심이 되고 있다. 이를 위해 다양한 물리적, 화학적 방법들이 개발되고 있다.
1.2. 나노물질 합성 방법
1.2.1. 물리적 방법(Top-Down)
물리적 방법(Top-Down)은 다양한 기술을 이용하여 크기가 큰 재료를 점점 작게 만드는 방법이다. 이 방법은 대량 생산에 용이하다는 장점이 있지만, 단일 사이즈의 나노크리스탈만 합성할 수 있으며 크기 제어가 어렵다는 단점이 있다.
물리적 방법에는 기계적 마모, 에너지 빔, 박막 증착법 등이 있다. 기계적 마모 방법은 볼 밀, 롤밀, 충격식 분쇄기 등을 이용하여 벌크 물질을 물리적으로 마모시켜 나노입자를 제조하는 방법이다. 에너지 빔 방법은 레이저, 전자빔, 이온빔 등의 에너지를 이용하여 벌크 물질을 분해하여 나노입자를 제조하는 방법이다. 박막 증착법은 진공 증착, 화학 기상 증착, 스퍼터링 등의 기술을 이용하여 고체 표면에 박막을 형성하고, 이를 박리하여 나노입자를 얻는 방법이다.
물리적 방법은 대량 생산이 가능하고 공정이 비교적 단순하지만, 입자 크기 및 분포 제어가 어렵고 공정 중 불순물 혼입 가능성이 있는 단점이 있다. 또한 에너지 소모가 크고 공정 시간이 오래 걸릴 수 있다. 이러한 단점들을 보완하기 위해 화학적 방법(Bottom-Up)이 개발되었다.
1.2.2. 화학적 방법(Bottom-Up)
화학적 방법(Bottom-Up)은 한 개의 원자 또는 분자의 크기를 점점 늘려 수백에서 수천 개의 입자로 구성되어있는 나노 재료를 만드는 기술이다. 원자나 분자단위에서 화학반응이나 자기 스스로의 자연적인 조립을 통해 나노물질을 합성하는 방법이다. 물리적인 방법과는 달리 단일화된 nanocrystal의 합성 뿐만아니라 particel size control이 가능하고, 심지어 shape 까지 조절이 가능하다는 장점이 있다. 일반적으로 합성되는 양은 sub-gram 단위이다.
이러한 화학적 방법에는 크게 두 가지 종류가 있는데, 첫째는 화학적 환원이나 산화 반응을 통해 나노입자를 합성하는 것이며, 둘째는 단량체나 전구체들이 자기 조립 과정을 거쳐 나노입자를 형성하는 것이다. 화학적 방법은 물리적 방법에 비해 보다 세부적인 크기와 모양의 제어가 가능하다는 장점이 있지만, 반면 한 번에 대량 생산하기 어려운 단점이 있다.
금 나노입자의 대표적인 화학적 합성 방법으로는 터키비치(Turkevich) 방법, 브러스트(Brust) 방법, 시딩 성장(Seeding Growth) 방법 등이 있다. 이 방법들을 통해 나노입자의 크기와 모양을 효과적으로 제어할 수 있으며, 다양한 크기와 형태의 금 나노입자를 합성할 수 있다. 특히 시딩 성장 방법은 작은 금 나노입자를 seed로 사용하여 점진적으로 입자의 크기를 키워나가기 때문에 균일한 크기분포의 금 나노입자를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
이처럼 화학적 방법을 통한 나노물질 합성은 물리적 방법...
