[논문]저비율의 안정제를 이용한 CdTe 나노선 합성

김기섭; 강정원

doi:10.9713/kcer.2015.53.6.798

초록
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Cadmium telluride(CdTe) 나노입자의 자기조립으로 형성된 나노구조체는 독특한 특성 때문에 여러 분야에서 활발히 연구되고 있다. 나노구조체의 광학적, 물리적 특성은 물질 형태에 크게 의존하기 때문에 나노구조를 제어하는 기술은 나노과학 분야에서 가장 핵심적인 요체이다. 이번 실험에서 각 나노입자의 자기조립을 통해 나노선이 제조됨을 확인하였다. 안정제로 사용된 thioglycolic acid(TGA)와 Cd 이온의 비율을 기존의 2.4:1에서 1.3:1로 낮추어 CdTe 나노선을 합성 하였다. 자기조립을 통해 생성된 나노입자는 곧고 긴 형태였으며 다결정을 이루고 있었다. 이렇게 합성된 나노선은 투과전자현미경(TEM)과 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였으며, 작게는 500 nm에서 크게는 $10{\mu}m$ 이상의 곧고 긴 나노선이 합성된 것을 확인할 수 있었다.

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Nanomaterials (NMs) based on cadmium telluride (CdTe) are the theme of numerous research areas due to their unique chemical and physical properties. NM synthesis via a size-controlled procedure has become an intriguing research topic because NMs exhibit novel optical and physical properties dependin...

Nanomaterials (NMs) based on cadmium telluride (CdTe) are the theme of numerous research areas due to their unique chemical and physical properties. NM synthesis via a size-controlled procedure has become an intriguing research topic because NMs exhibit novel optical and physical properties depending on their size and shape. In this study, we prepared CdTe nanowires (NWs) via self-assembly from individual Nanoparticles (NPs). Thioglycolic acid (TGA)-to-Cd ion ratio of 1.3 was used instead of the traditional value of 2.4 and the reduced amount of stabilizer resulted in reorganization from individual NPs into NWs consisting of multi-layers of individual NPs. Transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM) were performed to characterize NWs. The produced nanowires were straight and long in shape and their length ranged from 500 nm to tens of micrometers.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

4:1 (TGA:Cd²⁺)의 비율을 이용한 방법이 널리 이용된다[4]. 본 실험에서는 1.3:1의 비율로 안정제의 양을 줄여 나노입자들을 생성시켰고, 생성된 나노입자 용액을 빛을 차단한 상태로 5 ℃ 및 30 ℃의 조건에 각각 두어 나노선을 제조하였다. 이는 안정제 제거 없이 물리적 방법으로 나노선을 생성하는 새로운 방법이 될 것이다.
본 실험에서는 저비율의 안정제를 이용하여 CdTe 나노입자를 합성한 후, 나노입자의 자기조립을 통해 나노선이 형성됨을 관찰하였다. 뿐만 아니라 자기조립 과정을 두 가지 온도에서 진행시키고, 온도에 따른 차이를 관찰하였다.
본 실험에서는 저비율의 안정제를 이용하여 생성시킨 나노입자들을 5 ℃ 및 30 ℃에서 빛을 차단한 어두운 조건 하에 자기조립시켜 나노선으로 전환시켰다. 용액에서 TGA와 Cd²⁺의 몰비는 널리 알려진 2.
본 실험에서는 저비율의 안정제를 이용하여 CdTe 나노입자를 합성한 후, 나노입자의 자기조립을 통해 나노선이 형성됨을 관찰하였다. 뿐만 아니라 자기조립 과정을 두 가지 온도에서 진행시키고, 온도에 따른 차이를 관찰하였다. 형성된 나노선은 다결정을 이루고 있었으며, 각 나노입자들은 서로 상이한 배치를 하고 있었다.

대상 데이터

999%), poly(diallyldimethylammonium chloride) ((C₈H₁₆CIN)_n, PDDA)와 수산화나트륨(sodium hydroxide(NaOH))은 Sigma-Aldrich에서 구입하여 별다른 정제과정 없이 실험에 사용하였다. H₂Te의 제공원으로 사용된 Aluminium Telluride(Al₂Te₃)는 (주)CERAC로 부터 구입하여 실험에 사용하였다.
Thioglycolic acid(C₂H₄O₂S, TGA, 98%), Cadmium perchlorate hydrate(Cd(ClO₄)₂, 99.999%), poly(diallyldimethylammonium chloride) ((C₈H₁₆CIN)_n, PDDA)와 수산화나트륨(sodium hydroxide(NaOH))은 Sigma-Aldrich에서 구입하여 별다른 정제과정 없이 실험에 사용하였다. H₂Te의 제공원으로 사용된 Aluminium Telluride(Al₂Te₃)는 (주)CERAC로 부터 구입하여 실험에 사용하였다.

이론/모형

CdTe 나노입자 용액은 문헌에 기록되어 있는 방법에 준하여 합성하였다[4]. Scheme 1과 같이 반응기(reactor)를 설치 후, 질소를 1시간가량 흘려준다.

성능/효과

이들은 자기조립의 주요 구동력이 되었고, 결국 자기조립을 통해 나노선이 형성됨을 관찰하였다. 새로운 변수로 제안된 온도의 경우 5 ℃와 30 ℃에서 생성된 나노선이 큰 차이를 보이진 않았지만, 반응속도에는 영향을 끼침을 알 수 있었다. 낮은 온도에서는 높은 온도 조건에 비해 나노선이 매우 느리게 형성됨을 알 수 있었다.
그러나, 30 ℃에서는 수 일 내에 나노선이 성장하는 반면 5 ℃에서는 3주 이상이라는 오랜 시간이 걸려서야 나노선이 완성 되었다. 온도 또한 나노선의 성장에 영향을 주는 것임을 확인할 수 있었으며 낮은 온도상태에서는 느린 속도로 성장함을 확인하였다. 반면, 50 ℃ 이상의 고온에서는 나노선을 이루지 않고 입자들끼리 무질서하게 뭉쳐 침전되는 현상을 관찰할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	일차원 나노구조체의 특징을 조절하기 까다로운데 이를 극복하기 위해서는 무엇이 제어되어야 하는가?	그렇지만 일차원 나노구조체의 크기와 길이, 형태 등은 조절하기가 매우 까다롭다. 이를 극복하기 위해서는 입자균일성, 화학조성 등이 명확하게 제어되어야 한다. 그렇기 때문에 나노소재의 전기-광학적 성질에 대한 연관성과, 섬세하게 구조를 제어하는 일은 나노 연구의 궁극적 목표로 남아있다.
	나노크기에서 나타나는 성질을 응용하여 어떤 분야에서 활용하고 있는가?	나노크기에서 나타나는 성질을 응용하여 포토닉스, 디스플레이, 전자 산업, 센서, 생물학적 표식(Biological labeling) 등의 분야로 응용 범위가 확대되고 있는 추세이다. 가장 활발하게 연구된 일차원 반도체 나노구조는 전자소자, 광디바이스, 태양광등에 사용되는 벌크재료를 대체할 새로운 물질로 주목받고 있다[2].
	나노구조를 제어하는 기술이 나노과학 분야에서 가장 핵심적인 요체인 이유는 무엇인가?	Cadmium telluride(CdTe) 나노입자의 자기조립으로 형성된 나노구조체는 독특한 특성 때문에 여러 분야에서 활발히 연구되고 있다. 나노구조체의 광학적, 물리적 특성은 물질 형태에 크게 의존하기 때문에 나노구조를 제어하는 기술은 나노과학 분야에서 가장 핵심적인 요체이다. 이번 실험에서 각 나노입자의 자기조립을 통해 나노선이 제조됨을 확인하였다.

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