나노 반도체입자의 분광학적 성질(예비보고서)

소개

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.

참고자료

· 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
· https://commons.wikimedia.org/wiki/File:BandGap-Comparison-withfermi-E.PNG