스토버 방법(St$\ddot{o}$ber method)을 이용하여 균일한 크기의 실리카 나노비드(silica nanobead)를 합성하였으며 초음파(sonication) 방법을 이용하여 분자 처리된 유리 기판 위에 실리카 나노비드를 단층(monolayer)으로 정렬시켰다. 유리기판위에 처리된 분자층은 3-chloropropyltrimethoxysilane (CP-TMS)와 polyethyleneimine (PEI)가 사용되어졌고 합성된 나노비드는 톨루엔에 분산시킨 뒤 초음파방법으로 유기기판위에 부착되어졌다. 수행되어진 초음파방법은 분자 처리된 유리 기판을 단독으로 사용하는 SO (sonication without stacking) 모드와 두 개의 깨끗한 유리 기판 사이에 분자 처리된 유리 기판을 삽입하여 사용하는 SS (sonnication with stacking) 모드로 구분지어 적용되었으며, 기판위에 정렬된 실리카 나노비드의 무게는 마이크로 저울(microbalance)을 이용하여 측정한 뒤 점유도(degree of coverage, DOC)를 계산하였다. 결론적으로, SO 모드에서는 DOC가 단기간에 가파르게 상승하여 140% 이상까지 도달했지만 다층(multi-layer)구조가 많이 발견되는 특징이 있었고, SS 모드에서는 DOC가 평형에 도달하는 시간이 SO 모드보다 느리게 진행되었지만 보다 밀집(close-packing)된 형태의 단층구조가 관측되었다.
스토버 방법(St$\ddot{o}$ber method)을 이용하여 균일한 크기의 실리카 나노비드(silica nanobead)를 합성하였으며 초음파(sonication) 방법을 이용하여 분자 처리된 유리 기판 위에 실리카 나노비드를 단층(monolayer)으로 정렬시켰다. 유리기판위에 처리된 분자층은 3-chloropropyltrimethoxysilane (CP-TMS)와 polyethyleneimine (PEI)가 사용되어졌고 합성된 나노비드는 톨루엔에 분산시킨 뒤 초음파방법으로 유기기판위에 부착되어졌다. 수행되어진 초음파방법은 분자 처리된 유리 기판을 단독으로 사용하는 SO (sonication without stacking) 모드와 두 개의 깨끗한 유리 기판 사이에 분자 처리된 유리 기판을 삽입하여 사용하는 SS (sonnication with stacking) 모드로 구분지어 적용되었으며, 기판위에 정렬된 실리카 나노비드의 무게는 마이크로 저울(microbalance)을 이용하여 측정한 뒤 점유도(degree of coverage, DOC)를 계산하였다. 결론적으로, SO 모드에서는 DOC가 단기간에 가파르게 상승하여 140% 이상까지 도달했지만 다층(multi-layer)구조가 많이 발견되는 특징이 있었고, SS 모드에서는 DOC가 평형에 도달하는 시간이 SO 모드보다 느리게 진행되었지만 보다 밀집(close-packing)된 형태의 단층구조가 관측되었다.
Uniform silica nanobeads were synthesized by St$\ddot{o}$ber method and assembled in the form of monolayer on glass substrate using sonication method. Before the assembly of silica nanobeads, glass substrates were treated with molecular linkers, such as CP-TMS and PEI, and nanobeads were ...
Uniform silica nanobeads were synthesized by St$\ddot{o}$ber method and assembled in the form of monolayer on glass substrate using sonication method. Before the assembly of silica nanobeads, glass substrates were treated with molecular linkers, such as CP-TMS and PEI, and nanobeads were dispersed in toluene. In attachment test, SO (sonication without stacking) method and SS (sonnication with stacking) method was used and sonication time was controled. After the experiment, microbalance was use to measure deviation between before and after the attachment experiment then calculate percent of coverage. Minutely observe with SEM (Scanning Electron Microscopy) then select the most close-packed and monolayer assembled cover glass and calculate DOC (Degree of Coverage). In SO method, DOC increased very sharply and reach over 140 percent point, also got lots of multi-layer region. On the other hand, in SS method DOC increased slower than SO method but more close-packed and monolayer assembled.
Uniform silica nanobeads were synthesized by St$\ddot{o}$ber method and assembled in the form of monolayer on glass substrate using sonication method. Before the assembly of silica nanobeads, glass substrates were treated with molecular linkers, such as CP-TMS and PEI, and nanobeads were dispersed in toluene. In attachment test, SO (sonication without stacking) method and SS (sonnication with stacking) method was used and sonication time was controled. After the experiment, microbalance was use to measure deviation between before and after the attachment experiment then calculate percent of coverage. Minutely observe with SEM (Scanning Electron Microscopy) then select the most close-packed and monolayer assembled cover glass and calculate DOC (Degree of Coverage). In SO method, DOC increased very sharply and reach over 140 percent point, also got lots of multi-layer region. On the other hand, in SS method DOC increased slower than SO method but more close-packed and monolayer assembled.
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제안 방법
3시간이 지나면 상온으로 식혀준 후 다량의 깨끗한 톨루엔으로 씻어준다. CP-TMS가 처리된 유리 기판(CP-G)을 질소 가스로 건조시킨 후, polyethylenimine (PEI)을 사용하여 다시 한 번 CP-G 표면을 처리하였다. 0.
1B의 그래프로 나타나 있으며 그 값을 보면 평균에 가까운 크기의 비드가 주를 이룬다는 것을 알 수 있다. 균일하게 합성된 나노비드들은 초음파방법을 이용하여 유리 기판 위에 정렬되어졌는데, SO 모드와 SS 모드로 구분하여 부착실험과 탈착실험이 진행되어졌다. SO 모드는 PE-G만 독립적으로 테플론 서포터에 세우는 방식이고 SS 모드는 두 장의 BG 사이에 PE-G 한 장을 끼워 그 세트를 테플론 서포터에 세우는 방식을 의미한다.
2C). 본 실험에 서는 CP-G에 PEI를 코팅해서 만들어진 PE-G를 CP-G대 신에 사용함으로써, 나노비드와 PEI 간의 다수의 수소 결합을 통하여 단층막을 형성시켰다. Fig.
우리는 초음파방법을 이용하여 표면처리 된 유리 기판위에 실리카 나노비드를 부착시키고 정렬하는 실험을 진행하였다. 수행되어진 초음파방법은 분자 처리된 유리 기판을 단독으로 사용하는 SO 모드와 두 개의 깨끗한 유리 기판사이에 분자 처리된 유리 기판을 삽입하여 사용하는 SS 모드로 구분지어 적용되었으며, 공통적으로 단시간 내에 실리카 나노비드를 유리 기판위에 부착시킬 수 있었다. 하지만, SO 모드에 비하여 SS 모드를 사용하였을 때가 정렬된 나노비드의 밀집도가 높은 상태의 단층구조가 유리 기판위에 얻어졌다.
우리는 초음파방법을 이용하여 표면처리 된 유리 기판위에 실리카 나노비드를 부착시키고 정렬하는 실험을 진행하였다. 수행되어진 초음파방법은 분자 처리된 유리 기판을 단독으로 사용하는 SO 모드와 두 개의 깨끗한 유리 기판사이에 분자 처리된 유리 기판을 삽입하여 사용하는 SS 모드로 구분지어 적용되었으며, 공통적으로 단시간 내에 실리카 나노비드를 유리 기판위에 부착시킬 수 있었다.
2A, B). 초음파 장비의 파워는 95 W로 설정하고, 시간에 따른 DOC의 변화를 관찰하였다. 정렬 후, 나노비드가 부착된 유리 기판(SB-G)은 수직으로 세워서 건조시킨다.
대상 데이터
유리기판(18×18 mm2)을 3-chloropropyltrimethoxysilane (CP-TMS)분자로 처리하기 전, piranha 용액에 1시간 이상 담가둔 후 많은 양의 D.D water로 씻어내어 유기물이 없는 깨끗한 상태로 준비한다.
이론/모형
본 연구에서는 스토버 방법(Stober method)을 통해 실리카 나노비드를 합성하고, 3-chloropropyltrimethoxysilane (CP-TMS)와 polyethyleneimine (PEI)가 처리된 유리 기판 위에 초음파방법(sonication method)을 이용하여 실리카 나노비드를 정렬하였다. PEI 폴리머 코팅의 도입은 실리카 나노비드의 둥근 모양으로 인해 기판과 나노비드의 접촉 면적이 감소됨에도 불구하고 나노비드가 기판위에 밀집하고 균일하게 정렬될 수 있도록 하는데 큰 영향을 주었으며, 연구되어진 초음파방법은 분자 처리된 유리 기판을 단독으로 사용하는 SO (sonication without stacking) 모드와 두 개의 깨끗한 유리 기판(bare glass, BG) 사이에 분자 처리된 유리 기판을 삽입하여 사용하는 SS (sonnication with stacking) 모드로 구분하여 부착실험 (Attachment test)과 탈착실험(Detachment test)이 수행되어졌으며, 정렬 후에는 무게측정을 통하여 점유도(degree of coverage, DOC)와 밀집도(degree of close packing, DCP), 결합 세기(Binding Strength, BS) 등이 조사되었다 [35].
실험에 쓰인 실리카 나노비드는 스토버 방법(Stober method)으로 만들어졌고 나노비드의 평균 지름은 620.35 nm이었으며 표준편차는 14.76 nm이었다(Fig. 1A). 나노비드의 크기별 분포도는 Fig.
성능/효과
나노과학·기술의 발전으로 다양한 종류와 모양의 나노구조물질들을 손쉽게 합성하거나 공정을 통하여 제조하는 것이 가능해졌다.
SS 모드의 경우, PE-G가 용액에 바로 노출되어 있는 것이 아니기 때문에 나노비드가 전면적으로 붙게 되는 SO 모드와는 달리 틈이 있는 가장자리부터 점차적으로 나노비드가 부착된다. 따라서 그래프의 경향성은 SO 모드의 그래프와 유사하지만 DOC의 최고 수치는 SO 모드보다 훨씬 작은 값을 나타내었다. Fig.
Sonication 방법은 초음파로 강한 진동을 주는 방법이므로 이 진동으로 인해 나노비드들은 점점 유리 중앙으로 이동하면서 점점 나노비드 사이 간격이 줄어든다고 생각할 수 있다. 시간적인 면에서는 나노비드들이 SO 모드에서 좀 더 빠르게 더 많이 PE-G에 달라붙지만 정렬되는 정도에서는 SS 모드가 더 유용한 방법이란 것을 확인할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기존의 빌딩블록들을 기판위에 정렬하는 방법으로는 무엇이 연구되었는가?
이러한 빌딩블록들을 기판위에 정렬하는 방법으로는 퇴적(sedimentation) [27], 증발(evaporation) [28], 흡착 (adsorption) [29], Langmuir?Blodgett [30], 스핀코팅 (spincoating) [31], 환류법(reflux) [32-34] 등과 같은 자기조립(self-assembly) 방법과 고체상태의 입자들을 기판위에 직접 문질러서 정렬시키는 매뉴얼 정렬 방법(manual assembly) 등이 주고 연구되어지고 있으나, 기판의 넓은 영역위에 동일한 균일도를 갖는 단층형성을 위해서는 추가적인 단계가 요구되고 있다. 최근에 제시된, 초음파방법은 정렬 방법이 단순하고 짧은 시간 안에 많은 양의 입자들을 단층의 형태로 기판위에 정렬시킬 수 있는 장점을 가지고 있어서 많은 관심을 불러일으키고 있다.
분자 처리된 유리 기판을 단독으로 사용하는 SO 모드와 두 개의 깨끗한 유리 기판 사이에 분자 처리된 유리 기판을 삽입하여 사용하는 SS 모드 두가지 초음파방법 중 어떤 것이 더 좋게 정렬되었는가?
수행되어진 초음파방법은 분자 처리된 유리 기판을 단독으로 사용하는 SO 모드와 두 개의 깨끗한 유리 기판 사이에 분자 처리된 유리 기판을 삽입하여 사용하는 SS 모드로 구분지어 적용되었으며, 공통적으로 단시간 내에 실리카 나노비드를 유리 기판위에 부착시킬 수 있었다. 하지 만, SO 모드에 비하여 SS 모드를 사용하였을 때가 정렬된 나노비드의 밀집도가 높은 상태의 단층구조가 유리 기판위에 얻어졌다.
초음파방법의 장점은?
이러한 빌딩블록들을 기판위에 정렬하는 방법으로는 퇴적(sedimentation) [27], 증발(evaporation) [28], 흡착 (adsorption) [29], Langmuir?Blodgett [30], 스핀코팅 (spincoating) [31], 환류법(reflux) [32-34] 등과 같은 자기조립(self-assembly) 방법과 고체상태의 입자들을 기판위에 직접 문질러서 정렬시키는 매뉴얼 정렬 방법(manual assembly) 등이 주고 연구되어지고 있으나, 기판의 넓은 영역위에 동일한 균일도를 갖는 단층형성을 위해서는 추가적인 단계가 요구되고 있다. 최근에 제시된, 초음파방법은 정렬 방법이 단순하고 짧은 시간 안에 많은 양의 입자들을 단층의 형태로 기판위에 정렬시킬 수 있는 장점을 가지고 있어서 많은 관심을 불러일으키고 있다.
참고문헌 (35)
J. S. Lee, J. H. Kim, Y. J. Lee, N. C. Jeong, and K. B. Yoon, Angew. Chem. Int. Ed. 46, 3087 (2007).
Z. P. Lai, G. Bonilla, I. Diaz, J. G. Nery, K. Sujaoti, M. A. Amat, E. Kokkoli, O. Terasaki, R. W. Thompson, M. Tsapatsis, and D. G. Vlachos, Science 300, 456 (2003).
G. T. P. Mabande, S. Ghosh, Z. P. Lai, W. Schwieger, and M. Tsapatsis, Ind. Eng. Chem. Res. 44, 9086 (2005).
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