[논문]나노 은 콜로이드 입자의 안정성에 대한 <tex>$NaBH_4$</tex> 및 Laponite의 영향

이정백; 김동환; 서재석; 김유혁

나노 은 콜로이드 입자의 안정성에 대한 $NaBH_4$ 및 Laponite의 영향
Effects of $NaBH_4$ and laponite on the stability of colloidal Ag nanoparticles 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.16 no.6, 2006년, pp.250 - 255

이정백 (단국대학교 첨단과학대학 화학과, 기초과학연구소) , 김동환 (단국대학교 첨단과학대학 화학과, 기초과학연구소) , 서재석 (단국대학교 첨단과학대학 화학과, 기초과학연구소) , 김유혁 (단국대학교 첨단과학대학 화학과, 기초과학연구소)

초록
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본 연구에서는 수용액에서 화학적 환원 방법을 사용하여 나노미터 수준의 은을 합성하는데 있어서 입자크기 및 응집에 영향을 줄 수 있는 $NaBH_4$의 농도, 반응 온도, 반응물 첨가속도 및 laponite의 농도에 대하여 연구하였다. laponite가 없는 조건하에서는 $NaBH_4/AgNO_3$의 몰 비가 3일 때 안정한 나노 은 졸이 형성되었으며 또한 환원반응의 온도가 증가 할수록 은 입자의 평균 크기는 증가하였다. 또한 $AgNO_3$의 첨가속도가 빠르면 초기반응단계에서 형성된 높은 농도의 은 입자들이 응집되어 입자크기가 큰 나노 은이 생성됨을 보여 주고 있다. 보호층 콜로이드로 laponite를 사용하였을 때 고온 $(>\;100^{\circ}C)$에서 안정한 나노 은 졸을 합성할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The synthesis and characterization of silver colloidal nanoparticles by chemical reduction of silver ions in aqueous $AgNO_3$ using sodium borohydride $(NaBH_4)$ as the reducing agent are described. The experimental conditions for aggregation and paricle size of nanosilver particles in water is investigated in terms of concentration of $NaBH_4$, reaction temperature, dropping rate of $AgNO_3$ and concentration of laponite. Stable nanosilver sol is obtained at three molar ratio of $NaBH_4/AgNO_3$ in conditions of without laponite. The size of nanosilver particles is increased as the reaction temperature is increased. The large size of nanosilver sol is obseved as the dropping rate of $AgNO_3$ is increased due to the aggregation of initial high local concentration of nanosilver particles. Stable nanosilver sol at high temperature $(>\;100^{\circ}C)$ can be prepared when laponite is used as protective colloid.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 특성은 나노 은 졸을 고온에서 이용하는 공정에 주요한 제한 요인으로 작용할 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 수용액에서 화학적 환원 방법을 사용하여 나노미터 수준의 은을 합성하는데 있어서 이들 입자의 크기, 응집 및 안정성에 영향을 줄 수 있는 환원제인 NaBH₄의 농도, 반응물의 첨가시간, 반응온도 및 laponite의 안정제로서의 영향을 살펴보았다. laponite는 층간 구조를 하고 있는 판상형 인조 점토로 각 입자는 두께 1~ 2nm에 지름 약 30nm의 디스크(disc) 형태를 하고 있으며 정팔면체의 MgO₆ 층이 두 정사면체의 SiO₄ 층 사이에 샌드위치 형태로 연결되어 있는 구조로 되어있다.
있다. 또한 나노 은 졸의 안정성은 다양한 공정에 적용할 때 중요한 변수이므로 안정성에 영향을 줄 수 있는 NaBH₄, 반응온도, AgNO₃의 첨가속도 및 안정화물질 (eglaponite) 에 대해 살펴 보았다. 그 결과 환원제는 NaBH₄/AgNO₃의 몰 비가 3일 때 가장 안정한 나노 은 졸을 형성하였으나 그 이상의 과량의 환원제를 첨가하면 3일 후에는 나노 은입자의 농도가 감소함을 보여주고 있다.
본 실험에서 환원제로는 NaBH₄를 사용하였으며 환원제 농도 변화에 따른 나노 은 입자의 크기 및 응집에 미치는 영향을 살펴보았다. AgNO₃ 수용액은 l.
석출된다고 알려져 있다. 본 실험에서는 반응 온도가입자 생성과 크기에 미치는 영향을 조사해보았다. NaBH₄/AgNO₃의 몰 비 (x)는 3을 유지하였다.
laponite의 화학식은 #로 Mg 이온의 일부는 Li 이온으로 치환되어 있으며 층 사이에 존재하는 Na 이온은 다른 이온으로 치환이 가능하다[6]. 본 연구에서는 laponite를 나노 은을 감싸는 보호층으로 사용하여 나노 은 졸의 안정성을 평가하고자 한다.

제안 방법

영향을 살펴보았다. AgNO₃ 수용액은 l.0×10^-3M 농도로 고정시킨 뒤 NaBH₄의 농도가 AgNO₃의 농도에 대해서 3, 6, 9, 12, 15배의 몰 비가 되도록 제조하였다. NaBH₄/AgNQ의 몰 비는 편의상 x로 표기하기로 한다.
AgNO₃의 첨가 속도는 30초, 3분, 10분 및 30분으로 하였다. Fig.
NaBH₄의 농도를 3배의 몰 비로 고정시키고 환원제가 들어있는 삼각플라스크를 항온수조안에 고정시켜서 설치하고 위에 적가 깔때기 (dropping fiinnel)를 설치한 후 1, 15, 30 및 45℃에서 두 용액을 동일한 방법으로 반응시켰다.
NaBH₄의 농도를 3배의 몰 비로 고정한 후 이때 반응온도가 0℃가 되도록 ice bath를 설치하고 AgNO₃가 완전히 적가 되는데 걸리는 시간을 30초, 3분, 10분 및 30분으로 조절해 가면서 섞어주었다.
나노 은 입자의 생성을 확인하기 위해서 UV-Vis spectrometer 로 Shimadzu사의 UV-1601PC 모델을 사용하였고, 입자의 크기 및 형상을 관측하기 위해서 JEOL사의 JEM-100CX Ⅱ모델의 TEM을 사용하였다. TEM 샘플 제작과정은 Cu grid를 0.8 %의 formvar(Poly vinyl formal, Aldrich)로 막을 씌운 후에 약 20µl의 시료를 올려놓고 건조 후 80V에서 측정을 시작하였다.
콜로이드로 존재한다. 본 연구에서는 Ag⁺이온과 같은 당량으로 laponite의 양을 준비하여 환원제를 첨가 후 나노 은을 합성하였다. Fig.

대상 데이터

Laponite(1.84 g, 0.92 mmol의 전하) 수용액 500 ml에 NaBH₄(0.10g, 2.76 mmol)를 첨가하여 준비한 후 독립적으로 준비한 AgNO₃(0.16g, 0.92 mmol) 수용액 500 m/를 적가 깔때기를 이용하여 10분 동안 첨가 하여 나노 은을 합성하였다. 내열성 실험을 위하여 합성돤 나노 은을 100℃에서 1시간 동안 환류 시켰다.
9999 %)와 NaBH₄(Aldrich, 98 %) 을 사용하였다. laponite는 영국 Rockwood사의 Laponite RDS 제품을 사용하였다. 온도를 일정하게 유지 시켜주는 항온수조는 JEIO-tech사의 BW-05 모델을 사용하였다.
나노 은 합성을 위한 시약으로는 고 순도의 AgNO₃(Aldrich, 99.9999 %)와 NaBH₄(Aldrich, 98 %) 을 사용하였다. laponite는 영국 Rockwood사의 Laponite RDS 제품을 사용하였다.

이론/모형

온도를 일정하게 유지 시켜주는 항온수조는 JEIO-tech사의 BW-05 모델을 사용하였다. 나노 은 입자의 생성을 확인하기 위해서 UV-Vis spectrometer 로 Shimadzu사의 UV-1601PC 모델을 사용하였고, 입자의 크기 및 형상을 관측하기 위해서 JEOL사의 JEM-100CX Ⅱ모델의 TEM을 사용하였다. TEM 샘플 제작과정은 Cu grid를 0.
laponite는 영국 Rockwood사의 Laponite RDS 제품을 사용하였다. 온도를 일정하게 유지 시켜주는 항온수조는 JEIO-tech사의 BW-05 모델을 사용하였다. 나노 은 입자의 생성을 확인하기 위해서 UV-Vis spectrometer 로 Shimadzu사의 UV-1601PC 모델을 사용하였고, 입자의 크기 및 형상을 관측하기 위해서 JEOL사의 JEM-100CX Ⅱ모델의 TEM을 사용하였다.

성능/효과

또한 나노 은 졸의 안정성은 다양한 공정에 적용할 때 중요한 변수이므로 안정성에 영향을 줄 수 있는 NaBH₄, 반응온도, AgNO₃의 첨가속도 및 안정화물질 (eglaponite) 에 대해 살펴 보았다. 그 결과 환원제는 NaBH₄/AgNO₃의 몰 비가 3일 때 가장 안정한 나노 은 졸을 형성하였으나 그 이상의 과량의 환원제를 첨가하면 3일 후에는 나노 은입자의 농도가 감소함을 보여주고 있다. 또한 환원 반응의 온도가 상승 할수록 은 입자의 평균 크기는 증가하는 경향을 보였으며 나노 은 합성시 AgNO₃의 첨가속도를 30초로 빨리하면 초기반응단계에서 형성된 은 입자들이 서로 응집하여 입자크기가 증가한 나노 은이형성됨을 TEM 사진에서 관측할 수 있었다.
3의 UV-Vis spectrum은 반응이 종결된 직후와 3일이 경과 한 뒤의 spectrum을 보여주고 있으며 흡수 파장의 위치에는 큰 변화가 없으며 띠의 세기는 앞에서 관측 되었듯이 3일 후 증가한 것을 제외하고는 별다른 차이가 없는 것으로 나타났다. 나노 입자의 크기는 Fig. 4의 TEM사진으로 확인한 결과 반응 온도가 증가 할수록 입자들의 평균 크기는 증가하여 274 K에서 약 20nm에서 288 K 이상에서는 40 nm 이상의 크기를 보여주고 있으며 온도가 더 증가하게 되면 침전이 형성됨을 육안을 통하여 확인할 수 있었다. 이 결과는 온도가 증가함에 따라 작은 나노 입자의 감소에 의한 Fig.
그 결과 환원제는 NaBH₄/AgNO₃의 몰 비가 3일 때 가장 안정한 나노 은 졸을 형성하였으나 그 이상의 과량의 환원제를 첨가하면 3일 후에는 나노 은입자의 농도가 감소함을 보여주고 있다. 또한 환원 반응의 온도가 상승 할수록 은 입자의 평균 크기는 증가하는 경향을 보였으며 나노 은 합성시 AgNO₃의 첨가속도를 30초로 빨리하면 초기반응단계에서 형성된 은 입자들이 서로 응집하여 입자크기가 증가한 나노 은이형성됨을 TEM 사진에서 관측할 수 있었다. 또한 나노 은 졸은 laponite하에서는 고온에서도 안정함을 보여주고 있다.
환류 후 반응물은 입자크기의 변화에 의해 약간의 붉은색으로의 변화한 것을 제외하고 나노 은 졸 상태를 그대로 유지하였다. 본 실험은 laponite가 나노 은 졸의 안정화에 중요한 보호 콜로이드임을 보여주고 있다.
surface plasmon band는 나노 입자의 표면 전하에 매우 민감한 것으로 알려져 있으며[8] 전이금속 이온의 첨가에 의한 표면 전하의 감소와 나노 입자의 응집에 의한 표면 전하의 감소는 흡수 띠를 장파장 쪽으로 이동시키는 것으로 알려져 있다[9]. 본 실험의 경우에 400 nm 부근에 나노 은에 의한 surface plasmon band가 나타남을 확인할 수 있었고 환원제를 많이 사용할 수록 이 띠의 세기가 증가함을 관측할 수 있었다. 이는 과량의 NaBH₄ 하에서 작은 크기의 나노 입자가 어느 정도의 시간을 두고 형성되고 있음을 나타내고 있다.
이는 과량의 NaBH₄ 하에서 작은 크기의 나노 입자가 어느 정도의 시간을 두고 형성되고 있음을 나타내고 있다. 하지만 3일이 경과된 후 동일시료를 측정해본 결과 초기와는 반대로 NaBH₄/AgNO₃의 몰 비(X)가 3과 6일 때의 시료는 띠의 세기가 조금 증가한 뒤 유지된 값을 보이는 반면에 몰 비가 3과 6보다 큰 시료는 초기에 비하여 띠의 세기가 급격히 감소함을 보여주고 있다. 이것은 일정량의 BH^-₄ 이온은 콜로이드 은 입자의 표면에 흡착함으로써 콜로이드 입자를 안정되게 하나 과량의 BH^-₄ 이온은 다음과 같은 화학반응식에 보여진 가수

참고문헌 (10)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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