[논문 리뷰] Controlling morphology-structure of particles at different pulse rate, polarity and effect of photons on structure

Mubarak Ali, I‐Nan Lin|arXiv (Cornell University)|2016. 05. 14.

Gold and Silver Nanoparticles Synthesis and Applications참고 문헌 43인용 수 29

한 줄 요약

이 연구는 전자-광자-용액 인터페이스 과정 중 펄스 주파수, 극성, 광자 조사량이 콜로이드 금 나노입자의 형태와 구조를 정밀하게 제어할 수 있음을 보여준다. 펄스 OFF 대 ON 시간 비율과 극성을 조절함으로써 삼각형, 기하학적으로 길쭉한, 비대칭적인 입자 형태가 형성되었으며, 최적 조건에서는 매끄럽고 비율이 낮은 형태의 구조가 나타났고, 광자 조사량은 표면의 평탄함을 향상시켰다.

ABSTRACT

Controlling the shape and structure of metallic colloids is an important topic. Here, different morphologies-structures of colloidal gold particles are investigated for different process parameters in a pulse-based electron-photon-solution interface process. Different tiny-shaped particles of gold are developed for different types of nano-energy. Depending on the set ratios of pulse OFF to ON times and pulse polarity, packets of nano-energy assemble largely transitional-state atoms of gold monolayer assembly in their own shapes. Tiny particles in joined triangular-shape are developed under appropriate set ratio of bipolar pulse OFF to ON time. At unipolar pulse, tiny particles of a triangular-shape are developed directly. When the ratio of bipolar pulse OFF to ON time was at large difference, distorted shapes of the particles developed. Geometric anisotropic shapes of particles developed under appropriate ratios of pulse OFF to ON times. When the ratio of bipolar pulse OFF to ON time was 3, particles get developed in low aspect ratio. But under the fraction of this ratio, particles get developed in high aspect ratio. For longer pulse ON time, structures of smooth elements get developed in width less than inter-spacing distance and travelling photons along interface flat them further. When elongated atoms of tiny particles deformed largely, they did not form structures of smooth elements even for the case of travelling photons along their interface. Morphology and structure of tiny particles, nanoparticles and particles are discussed for different process parameters opening multiple routes of materials research and their counterparts. This is the overall attained orientation of electrons for their elongated atoms forming colloidal particles of different size and shape, which maintains the certain color of solution under sunlight.

연구 동기 및 목표

• 펄스 주파수, 극성, 광자 조사량이 콜로이드 금 나노입자의 형태와 구조에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 삼각형 또는 기하학적으로 길쭉한 형태와 같은 특정 나노입자 형태를 유도하는 최적의 펄스 비율(OFF/ON)을 규명하는 것.
• 이동하는 광자가 입자-용액 인터페이스를 따라 작용함으로써 표면을 평탄하게 하고, 매끄럽고 비율이 낮은 형태의 구조를 촉진하는 역할을 분석하는 것.
• 원자 수준의 조립 역학과 거시적 광학적 성질(예: 용액 색상) 간의 관계를 이해하는 것.

제안 방법

• 나노에너지 패킷을 생성하기 위해 펄스 기반 전자-광자-용액 인터페이스 과정을 적용하는 것.
• 전이 상태의 금 원자를 특정 형태로 조립하기 위해 펄스 OFF 대 ON 시간 비율을 조절하는 것.
• 단극성 및 이극성 펄스 모드를 적용하여 직접적 대비 진동적 원자 조립 메커니즘을 비교하는 것.
• 입자-용액 인터페이스를 따라 이동하는 광자가 표면 평탄화 및 구조적 매끄러움에 미치는 영향을 평가하기 위해 관찰하는 것.
• 펄스 파rameter 설정에 따른 입자 구조의 기하학적 이방성 및 비율 변화를 분석하는 것.
• 태양광 아래에서 관찰된 콜로이드 용액의 색상이 입자 크기 및 형태 분포의 지표가 되도록 하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 펄스 OFF 대 ON 시간 비율이 삼각형 대 기하학적으로 길쭉한 금 나노입자 형태 형성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 펄스 극성(단극성 대 이극성)이 금 원자가 특정 형태로 자가 조립되는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 입자-용액 인터페이스를 따라 이동하는 광자가 표면의 매끄러움과 구조적 균일성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 이극성 펄스 설정에서 입자의 비율과 OFF/ON 펄스 비율 간의 관계는 무엇인가?
• RQ5 원자 변형 및 에너지 패킷 공급 방식의 변화가 콜로이드 금 나노입자의 최종 형태와 광학적 성질에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 이극성 펄스의 OFF/ON 비율이 3일 때, 금 나노입자는 낮은 비율을 가지며, 이는 고밀도이고 안정된 구조를 의미한다.
• OFF/ON 비율이 3 이하로 감소할 경우, 나노입자는 높은 비율을 가지며, 기하학적으로 길쭉하고 비대칭적인 형태를 띠게 된다.
• OFF/ON 비율의 큰 차이가 있을 경우, 비정상적인 원자 조립 역학으로 인해 왜곡된 입자 형태가 나타났다.
• 단극성 펄스는 직접적으로 삼각형 형태의 나노입자를 생성하였으며, 이는 대칭적인 나노구조 형성의 직접적 경로를 시사한다.
• 인터페이스를 따라 이동하는 광자는 입자 표면을 평탄하게 하여, 폭이 상호 간격 거리 이하일 경우 매끄럽고 비율이 낮은 요소의 형성을 촉진한다.
• 매우 변형된 기하학적으로 길쭉한 원자들은 광자 조사 조건에서도 매끄러운 구조를 형성하지 못했으며, 이는 구조적 안정화의 한계를 시사한다.