나노입자의 단일 결정성을 정량적으로 측정

[아이팍스]

나노입자의 단일 결정성을 정량적으로 측정

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-06-30

여러 나노입자 (nanoparticle) 시스템 중에서 마그네틱 금속 산화 나노입자에 대한 연구는 다양한 분야로의 응용 (MRI, 마그네틱 바이오 분리 등) 이 가능하여 활발히 연구되고 있다. 특히 단일 결정, 단일 사이즈를 갖는 금속 산화 나노입자를 위한 합성 방법에 대해 많은 연구가 되고 있다. 나노입자의 품질 조절은 미래에 응용, 특히 나노 메디슨 응용 분야를 위해 반드시 필요하다. 마그네틱 나노입자의 결정성은 나노입자의 마그네틱 특성이 마그네틱 도메인 크기와 밀접한 관계가 있기 때문에 매우 중요하다. 이제까지는 나노입자의 단일 결정성을 평가하는 것은 실용적인 방법인 TEM 측정으로 이루어 졌다. 그러나 이것은 반응물 전체를 모두 대표할 수 없는 것이다. 따라서 통계적으로 의미가 있고 정략적으로 측정할 수가 있는 (quantitative) 간단한 나노입자의 결정성 평가 방법이 필요하다.

한국의 Kwangyeol Lee연구팀에서 나노입자 다결정성의 존재를 시각적으로 확인할 수 있는 간단하고 명확한 방법에 대해서 다루어 독일화학회지 Angewandte Chemie 6월 29일자에 발표되었다. 연구팀은 나노결정 Fe3O4 상이 24시간이 지나서 녹고 (soluble) 공기에 예민한 (air-sensitive) 철 복합물로 서서히 분해되는 것을 발견하였다 [그림 1]. 이것은 용매 시스템 (oleylamine (OA)/trioctylphosphine (TOP) 1:9), 300oC에서 질량 분광계에 의해서 분석되었다. 흥미롭게도 Fe3O4 상 분리는 TOP의 적은 양에서 제한되었다. 심지어 OA/TOP (9:1)에서 300oC, 24시간 이후에도 Fe3O4 나노입자의 직경은 거의 변화가 없었다. 그러나 촉매인 Pd의 첨가에 의해서 적은 TOP 용매 (OA/TOP (9:1)) 에서도 Fe3O4의 에칭은 크게 촉진되었다. 가장 주목할만한 점은 Pd가 촉매로 작용하는 Fe3O4상 분리는 두결정 Fe3O4 나노입자 내에서 단일 결정 도메인으로 계면 분리가 가장 빨리 진행되었다는 것이다. TEM 이미지를 통해서 분리된 나노입자에 대해서 나노입자의 단일 결정성을 정략적으로 측정할 수 있는 (quantitative) 평가가 이루어졌다.
이와 같이 연구팀은 처음으로 Pd 나노입자를 촉매로 사용하여 다양한 금속 산화 (Fe2O3, Fe3O4, MnFe2O4 와 MnO) 나노입자의 에칭된 것에 대해 나노입자의 단일 결정성을 정량적으로 측정할 수 있는 (quantitative) 평가 방법을 보고하였다. 다결정의 그레인 계면의 매우 빠른 에칭을 이용하여 간단하게 정량적으로 측정할 수 있는 방법이 금속 산화 나노입자의 단일 결정성을 평가하기 위해 연구되었다. 이 평가 방법은 금속 산화 나노입자를 기본으로 하는 응용분야에서 재료의 질적 평가를 위해 사용될 수 있을 것이라 생각한다. 예를 들어, 마그네틱 금속 산화 나노입자의 단일 결정성은 사람을 위한 MRI에 적용되어 전에 반드시 필요하다. 또한 합성하기 어려운 중간이 빈 나노구조나 꽃 모양의 나노구조는 나노 에칭 방법에 의해 얻어질 수 있다. 촉매를 사용한 나노 에칭 방법은 합성된 나노입자를 새로운 모양으로 구조를 변경하는 분야에 큰 기여를 할 수 있다.

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