[논문]코어-쉘 구조 SiO2Au 나노입자의 in-situ 합성

편무재; 김도경; 정영근

doi:10.4150/kpmi.2018.25.5.420

코어-쉘 구조 SiO2Au 나노입자의 in-situ 합성
Nanostructure Construction of SiO2Au Core-Shell by In-situ Synthesis 원문보기

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.25 no.5, 2018년, pp.420 - 425

편무재 (부산대학교 재료공학부) , 김도경 (건양대학교 의학과) , 정영근 (부산대학교 융합학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Core-shell structured nanoparticles are garnering attention because these nanoparticles are expected to have a wide range of applications. The objective of the present study is to improve the coating efficiency of gold shell formed on the surface of silica nanoparticles for $SiO_2@Au$ core-shell structure. For the efficient coating of gold shell, we attempt an in-situ synthesis method such that the nuclei of the gold nanoparticles are generated and grown on the surface of silica nanoparticles. This method can effectively form a gold shell as compared to the conventional method of attaching gold nanoparticles to silica particles. It is considered possible to form a dense gold shell because the problems caused by electrostatic repulsion between the gold nanoparticles in the conventional method are eliminated.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 코어-쉘 구조의 SiO₂@Au 나노입자 합성의 이러한 문제점을 해결하여 금 나노입자의 코팅 효율을 향상시키고자 한다. 이를 위하여 코어 입자인 실리카를 먼저 합성하고, 실리카 입자가 분산되어 있는 용액에서 실리카 입자의 표면에 금 입자의 핵이 생성되고 성장하도록 하는 in-situ 합성방법을 시도하였다.

제안 방법

In-situ 합성법과의 비교실험을 위해서 금 나노입자를 합성한 후 실리카 표면에 부착하여 코어-쉘 구조의 입자를 제조하였다. 금 나노입자 합성을 위하여 사용된 용액은 HAuCl₄·H₂O(99.
@Au 나노입자의 크기 및 형상의 관찰에는 TEM(Transmission electron microscope, Jeol-2000EX, Japan)을 사용하였다. 금 입자가 수 나노미터 수준으로 미세할 경우에는 TEM의 전자선에 의한 온도 상승으로 금 나노입자가 성장하여 전혀 다른 형태의 코팅 상태를 나타내기 때문에 입자의 관찰은 1분 이내에 완료되도록 하였다.

대상 데이터

In-situ 합성법과의 비교실험을 위해서 금 나노입자를 합성한 후 실리카 표면에 부착하여 코어-쉘 구조의 입자를 제조하였다. 금 나노입자 합성을 위하여 사용된 용액은 HAuCl₄·H₂O(99.9%, Aldrich), 안정화제로 NaOH(99.9%, Aldrich), 환원제로 THPC(Tetrakishydroxymethylphosphoniumchloride, 80%, Aldrich)를 사용하였다. 금 나노입자 합성을 위하여 Milli-Q water에 HAuCl₄·H₂O 용액을 첨가하여 최종 금 용액의 농도가 1.

이론/모형

@Au 나노입자 합성의 이러한 문제점을 해결하여 금 나노입자의 코팅 효율을 향상시키고자 한다. 이를 위하여 코어 입자인 실리카를 먼저 합성하고, 실리카 입자가 분산되어 있는 용액에서 실리카 입자의 표면에 금 입자의 핵이 생성되고 성장하도록 하는 in-situ 합성방법을 시도하였다. 이 방법은 하전된 금 입자의 정전반발력으로 인하여 치밀한 쉘을 만들 수 없는 문제점을 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

성능/효과

또한 금 용액의 첨가량이 증가함에 따라 코팅된 입자의 크기가 증가하였고, 금 용액을 추가적으로 첨가하여 코팅의 두께를 변화시키는 것이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 따라서 용액의 양과 농도를 조절함으로써 실리카 표면의 대부분을 균일하게 코팅하는 것이 가능하다고 할 수 있다. 이러한 코팅방법으로 제조된 균일한 쉘을 갖는 코어-쉘 나노입자는 생의학, 제약, 촉매 등 다양한 분야에서의 응용에 도움이 될 것으로 기대된다.
본 연구에서는 실리카 입자 표면에서 금 입자의 핵이 생성되고 성장하여, 금 나노입자가 코팅되는 in-situ 코팅 방법을 통하여 기존의 방법보다 개선된 코팅 결과를 성공적으로 얻을 수 있었다. 또한 금 용액의 첨가량이 증가함에 따라 코팅된 입자의 크기가 증가하였고, 금 용액을 추가적으로 첨가하여 코팅의 두께를 변화시키는 것이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 따라서 용액의 양과 농도를 조절함으로써 실리카 표면의 대부분을 균일하게 코팅하는 것이 가능하다고 할 수 있다.
이와 같이 기존의 나노입자를 이용하는 방법으로는 실리카 표면을 전체적으로 코팅할 수 없었지만, 새로운 insitu 코팅 방법을 이용하면 거의 완전한 코팅을 할 수 있다는 것이 확인되었다. 또한 이 코팅 방법은 별도의 금 나노입자를 만드는 공정 없이 바로 실리카 입자를 금 나노입자로 코팅할 수 있는 장점이 있다.

후속연구

따라서 용액의 양과 농도를 조절함으로써 실리카 표면의 대부분을 균일하게 코팅하는 것이 가능하다고 할 수 있다. 이러한 코팅방법으로 제조된 균일한 쉘을 갖는 코어-쉘 나노입자는 생의학, 제약, 촉매 등 다양한 분야에서의 응용에 도움이 될 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	나노입자를 다양한 분야에 활용하기 위한 방법은?	대표적인 특성으로는 넓은 표면적을 가지는 물리적 특성과 반응성이 뛰어나다는 화학적 특성이 있다[1-4]. 뛰어난 특성의 나노입자를 다양한 분야에 활용하기 위한 방법 중의 하나는 Fe@Au(Au coated Fe), SiO2@Au(Au coated SiO2), Au@SiO2(SiO2 coated Au) 등과 같이 두 가지 이상의 재료를 이용하여 코어-쉘 구조로 만드는 것이다[5-8].
	코어-쉘을 구성하는 다양한 재료 중에서 가장 많이 이용되고 있는 것 중 하나는?	코어-쉘을 구성하는 다양한 재료 중에서 가장 많이 이용되고 있는 것 중에 하나는 금 나노입자이다. 코어 입자에 금 입자로의 코팅은 산화 및 부식으로부터 코어 입자를 보호하는 화학적 안정성, 생체 적합성, 아민/티올 말단기의 기능화를 통한 생체 친화성, 광학 특성 등과 같은 많은 물리적 특성을 향상시킨다[19, 20].
	코어-쉘 구조를 형성하는 입자가 하전되어 있을 경우 발생하는 문제는?	일반적으로 코어-쉘 구조의 나노입자는 코어 입자와 쉘 입자를 각각 합성하고, 쉘 입자를 코어 입자에 부착하는 두 단계를 거쳐서 합성한다. 그러나 쉘을 형성하는 입자가 하전되어 있을 경우에는 입자 간의 정전반발력으로 인하여 코어 입자의 표면에 치밀하게 코팅이 되기 어렵다[11]. 본 연구에서 다루고 있는 SiO2@Au의 경우에도 하전된 금 나노입자가 실리카의 표면에 코팅될 때, 금 나노입자의 정전반발력으로 인하여 실리카 표면에 치밀하게 부착되지 못하고 코팅된 금 나노입자 간에 거리가 발생하게 된다.

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