[논문 리뷰] Development of gold particles at varying precursor concentration

Mubarak Ali, I‐Nan Lin|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 26.

Gold and Silver Nanoparticles Synthesis and Applications참고 문헌 48인용 수 30

한 줄 요약

이 연구는 脈동 기반 전자-광-용액 인터페이스 공정 조건 하에서 금 나노입자의 형성과 그들의 자가 조립을 통해 더 큰 이방성 구조로의 형성 과정을 조사한다. 금 전구체 농도를 0.05–1.20 mM 범위에서 변화시켜 0.30 mM 및 0.60 mM에서 미세한 삼각형 입자가 최대로 형성됨을 입증한다. 이들은 광자 유도 자가조직화를 통해 더 큰 기하학적 형태로 융합되며, 맞춤형 에너지-형상 광자들이 입자 크기, 형태 및 구조의 매끄러움을 정밀하게 제어함을 보여준다.

ABSTRACT

Coalescence of tiny particles into extended shapes has been an overlooked phenomenon since long. Present study discusses the formation of tiny shaped particles and their packing into large-sized particles under varying concentration of gold precursor in homemade built pulse-based electronphoton-solution interface process. Under fixed ratio of bipolar pulse OFF to ON time, the amount of precursor decides tiny shaped particles. At air-solution interface, tailored energy-shape photons cropped atoms of monolayer assembly into tiny particles of connecting equilateral triangles in each case. For precursor concentration between 0.07 mM to 0.90 mM, a large number of tiny particles are made in two connecting equilateral triangles, maximum at 0.30 mM and 0.60 mM. On division into triangular-shaped tiny particles while self-bearing field force elongated at electron-solution interface followed by packing under uniform drive into various geometric anisotropic shaped particles at center of photon-solution interface. In the course of packing, travelling photons of hard X-rays modified elongated structure into smooth elements at photon solution interface. At 0.05 mM and 1.20 mM, tiny particles rarely observed are made in tiny shaped particles, their non-uniform drives resulting into pack where distorted particles were developed. Changing argon gas flow rate does not influence the shape of particles but structure at minute level, apparently. Reflected photons patterns at the surface of various geometric anisotropic shaped particles validate formation of smooth elements and in case of distorted ones, it does not. This study purely determines that under what concentration of gold precursor a certain size and shape of tiny-sized particle and large-sized particle is required while utilizing tailored energy-shape photons.

연구 동기 및 목표

• 다양한 금 전구체 농도가 미세한 형태의 나노입자 형성과 그 후의 융합을 통해 더 큰 입자로의 형성에 미치는 영향를 이해하는 것.
• 맞춤형 에너지-형상 광자가 나노입자들이 기하학적 이방성 구조로 자가조직화되는 데 미치는 역할을 조사하는 것.
• 균일한 삼각형 형태의 나노입자와 매끄럽고 큰 크기의 입자를 최대화하기 위한 최적의 전구체 농도를 결정하는 것.
• 아르곤 기체 유량이 미세 수준에서 입자 형태와 나노구조에 미치는 영향을 분석하는 것.
• 다양한 입자 형태에서 반사된 광자 패atters를 통해 구조적 결과를 검증하는 것.

제안 방법

• 고정된 이중파형 펄스 OFF/ON 비율을 유지하면서 수제 제작된 펄스 기반 전자-광-용액 인터페이스 공정을 사용하였다.
• 입자 핵형성과 성장을 연구하기 위해 전구체 농도를 0.05 mM에서 1.20 mM까지 체계적으로 변화시켰다.
• 공기-용액 인터페이스에서 맞춤형 에너지-형상 광자를 적용하여 단층 배열에서 원자들을 잘라내어 미세한 정삼각형 입자를 형성하였다.
• 전자-용액 인터페이스에서 발생하는 자가지지력이 입자를 연장시키고, 이어 균일한 추진력이 이방성 형태로 배열되도록 유도하였다.
• 배열 단계 동안 하드 엑스선 광자를 사용하여 연장된 구조를 광자-용액 인터페이스에서 매끄러운 요소로 수정하였다.
• 반사된 광자 패턴을 분석하여 매끄럽고 왜곡된 입자 구조의 형성 여부를 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어느 금 전구체 농도에서 가장 높은 수율의 미세한 삼각형 형태의 나노입자가 달성되는가?
• RQ2 맞춤형 에너지-형상 광자는 미세 입자들이 더 큰 이방성 구조로 자가조직화되는 데 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 아르곤 기체 유량을 변화시켰을 때 입자에 미치는 나노구조 및 형태에 대한 영향은 무엇인가?
• RQ4 반사된 광자 패턴은 최종 입자의 구조적 품질(매끄럽고 왜곡된 형태)과 어떻게 관련되는가?
• RQ5 전자-용액 인터페이스는 나노입자의 연장 및 이후 배열 과정에서 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 최고의 수율의 미세한 삼각형 형태의 나노입자는 0.30 mM 및 0.60 mM 금 전구체 농도에서 달성되었다.
• 0.05 mM 및 1.20 mM 전구체 농도에서는 비균일한 추진력으로 인해 미세한 입자가 거의 관찰되지 않았다.
• 저농도 및 고농도 전구체 농도에서의 비균일한 추진력은 왜곡된 입자 패킹을 유도하였다.
• 하드 엑스선 광자는 배열 단계에서 연장된 입자 구조를 매끄럽고 기하학적인 요소로 성공적으로 수정하였다.
• 반사된 광자 패턴은 잘 배열된 입자에서 매끄러운 요소의 형성을 확인하였지만, 왜곡된 구조는 검증하지 못하였다.
• 아르곤 기체 유량은 입자 형태에 영향을 주지 않았지만, 미세 수준의 구조적 세부 사항에 영향을 주었다.