나노 재료공학 중간고사 2주차~5주차

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나노 재료공학 중간고사 2주차~5주차에 대한 보고서 자료입니다.

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광학 및 전기적 성질에 큰 영향을 주기 때문이다. 이에 반도체 양자점의 경우 밴드갭을 가로지르는 광학적 전이나 전기적 전이 성질에 많은 변화가 나타난다. 반도체 양자점으 동일한 bulk물질의 성질과는 다른 광학적 특성을 보이며 크기에 따라 특성 제어가 가능하다. 양자점의 크기가 작아지면 밴드갭이 넓어지면서 보라색이 나타나고 크기가 커질수록 밴드갭이 bulk상태에 가까워지면서 붉은색을 띠게 된다. 이러한 현상은 반도체 양자점에서 일반적으로 찾아볼 수 있다.
양자점의 bulk에 비해 표면에 위치한 원자의 분포가 매우 크기 때문에 결정 결함이 많고 또한 에너지 상태가 높기 때문에 쉽게 전자를 잃는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 다른 물질로 양자점의 표면을 둘러싸는 코어/쉘(core/shell)이종구조(hetero structure)형태를 많이 이용하게 된다.
반도체 양자점의 크기다 보어 반경보다 작으면 양자제한 효과는 분명히 일어난다. 예를 들어 CdSe양자점의 경우 보어 반경이 4.9nm 정도 이므로 그 양자점의 지름이 약 10nm이하가 되면 양자제한효과에 의해 에너지 밴드갭이 커지게 된다. 에너지 밴드갭이 증가한다는 의미를 발광 스펙트럼의 차원에서 보면 bulk상태에서 붉은색을 발광하지만 양자점의 형태가 되면 크기가 줄어들수록 노란색, 초록색, 파란색 등 더 짧은 파장의 색을 나타낼 수 있다. 다시 말해 양자점의 크기를 제어하면 발광색을 조절할 수 있다는 것이다.
4.rod, whisker, wire의 정의와 차이점, 응용분야는 어떻게 다른가.
rod 일직선으로 뻗은 나노 크기의 막대
수계 방법을 이용한 ZnO nanorod의 합성
초음파화학은 파동에 의해 발생되는 공동현상에 의해 성립된다. 그중에 사용하는 파동이 초음파일 경우에 초음파 파동을 이용한 sonochemical method라 한다. 이때 발생되는 화학반응은 산화, 환원, 용해, 분해, 가수분해 반응들이다. Zinc Oxide 나노입자는 가수분해 과정에 의해 생성된다. ZnO의 sonochemical hydrolysis mecanism은
이 된다.
위 반응은 ZnO나노입자에서 발생되는 반응이며 용액과 방울의 계면에서 발생한다. 이 반응은
한 나노 구조의 소자를 만드는 데에 사용된다. 이 기술은 매우 빠른 시간 내에 만들 수 있고, 방
법이 간단하며, 적은 비용으로 나노 구조를 만들 수 있는 장점이 있다. 1차원 구조인 나노rod를
곧게 성장시킨 소자는 전기적 특성이 좋아 많은 분야에서 원하고 있는 소자이다. 특히 수직으로
곧게 성장한ZnO rod는 다양한 분야에서 응용될 수 있다. 태양전지나 나노레이저 그리고 필드
방출기 등 많은 분야에 응용될 수 있다. 수직으로 곧게 성장한 ZnO rod를 생성할 때 쉽게 접근
할 수 있는 방법으로 vapor-phase reaction 과 hydrothermal reaction이 기본이다.
vapor-phase reaction방법을 사용하면 높은 결정성의 ZnO rod의 나노구조를 얻을 수 있다
하지만 vapor-phase reaction은 1400도 이상의 고열과 높은 진공을 요구한다. 게다가 높은
열은 나노구조의 기판에는 사용할 수가 없다. hydrothermal reaction는 vapor-phase
reaction과 다른 문제점을 안고 있다. hydrothermal reaction은 ZnO rod를 성장시키는데
높은 온도를 필요로 하지 않는다. 200도 이하에서 충분히 성장된다. 그리고 전의 방법보다 훨
씬 높은 압력으로 가능하다. 고도의 진공이 필요하지 않다는 말이다. 하지만 ZnO rod를 생장시
키는데 많이 시간이 걸린다.
whisker 나노 fiber보다 짧은 나노 크기의 아주 작은 솜털
나노섬유 (Nano-tex)
섬유에 소수성을 띠는 폴리스티롤(Polystyrol)이라는 고분자 물질을 붙여 나노 보푸라기를 만들어 소수성을 향상시킨다. 섬유 표면에 나노 위스커(Nano-whisker)라는 아주 작은 솜털을 붙이고 이들로 된 작은 솜털들이 에어큐션을 만들어 액체를 강하게 떠받들어서 섬유에 닿지 않고 굴러 떨어지게 된다.
wire
나노 wire란 이름에서 유추할 수 있듯이 나노미터 단위의 크기를 지니는 선을 말한다. 보통 수 나노미터에서 수십 나노미터의 지름을 가지며 길이는 수십 나노미터부터 수십 마이크로미터까지 다양하다. 이 때, 나노 와이어의 구성 물질로는 도체, 반도체, 산화물로 크게 세 가지로 나뉜다. 도체형 나노 와이어로는 니켈, 백금, 금, 알루미늄 등이 있으며 반도체 나노 와이어에는 실리콘, 인듐 인화물, 갈륨 질화물 등이 있다.
나노 rod와 달리 성장 방향이 일관되지 않고 털실같이 생긴 나노 사이즈의 길게 형성된 물질로 나노선, 나노침, 나노관, 나노벨트 등을 포함한 1차원 구조를 갖는 나노 구조물을 통칭한다.
1차원적 나노와이어는 벌크(bulk) 소재와는 다른 독특한 전기적, 광학적, 화학적, 그리고 열적 성질을 나타내며 큰 표면적을 이용해 소자의 효율성을 증대시키고 고집적을 가능하게 한다. 그래서 새로운 다기능성 소재 개발 연구에 중요한 역할을 하며 조율할 수 있는 광학적, 전기적 성질이 많기 때문에 레이저나 트랜지스터, 메모리 및 화학감지용 센서 등 다양한 분야에 building blocks으로 쓰인다.
유기 반도체 나노와이어는 저렴한 공정으로 플렉서블 기판 위에 만들어질 수 있는 장점이 있어서 발광 다이오드, 태양전지, 레이저 그리고 트랜지스터 같은 장치에 사용될 수 있다.
<5주차>
1.Gibbs함수는 화학반응과 어떤 관계가 있는가?
Gibbs 에너지 변화량이 음의 값이면 화학반응은 자발적으로 진행
Gibbs 에너지 변화량은 일을 할 수 있는 유용한 에너지의 최대량


2.분무법의 경우 최종입자의 크기는 어떻게 결정이 되는가.
분무법에서 나노입자의 생성 및 성장 조건은 전구체의 종류 및 농도, 계면활성제의 농도 및 종류, 용매(solvent)의 종류 및 농도, 온도 조건, 기체 분위기 등 수많은 변수에 따라서 달라지며, 제조한 나노입자의 모양, 입자의 크기 분포, 결정성 등은 이들 변수들에 의존하게 된다.

키워드

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