Dodecyl Sulfate 음이온 계면활성제를 이용한 산화아연 결정의 형상제어 및 은 나노 입자와 산화아연 나노복합체의 합성 및 광 특성평가Dodecyl Sulfate 음이온 계면활성제를 이용한 산화아연 결정의 형상제어 및 은 나노 입자와 산화아연 나노복합체의 합성 및 광 특성평가

Abstract

산화 아연(ZnO)은 고무의 가황 촉진제, 안료, 도료, 인쇄잉크, 화장품, 의약품 등으로 오래 전부터 사용되어 왔으며, 현재는 반도체, 광 반도성, 압전성, 계면성질을 이용한 전자 사진용 감광제, 자외선 차단제, 항균물질, 촉매, 가스 센서, 표면 강성파 필터, 배리스터, 나노선 트렌지스터 등의 전자재료에 다양한 용도로 각광받고 있는 소재이다. 최근에는 이러한 쓰임이 다양한 산화 아연(ZnO) 나노 입자를 비교적 간단하고 경제적인 방법으로 합성하는 방법이 많이 연구되고 있다 첫 번째 장에서는, 이러한 방법들 중의 하나인, 적절한 전구체를 수용액에 용해시키고, 열과 압력을 제어할 수 있는 autoclave에 넣은 후 각 변수에 따른 물 자체의 물성 변화로 결정이 만들어지고 성장하는 원리를 이용한 수열 합성법 (hydrothermal process)을 이용하여 다양한 형상의 단결정(single crystalline) 산화아연(ZnO) 나노 입자를 합성하고, 첨가물이 미치는 산화물의 성장 거동, 나노 구조체의 결정학적 배향성, 미세구조 등에 대해 연구하였다. 특히 이슈가 되고 있는 나노 막대(nanorods), 나노 와이어(nanowires) 형태의 산화아연(ZnO) 합성 시 dodecyl sulfate 계열의 음이온 계면활성제 첨가로 일어나는 현상에 대해 연구하여 그 메카니즘을 밝히고 광 특성(photoluminescence), 전도도 등의 물성 변화를 측정하였다. 두 번째 장에서는 금속-세라믹 나노복합재료를 합성하기 위해서 산화아연(ZnO) 입자에 표면 처리를 하거나 입자의 외부에 간단한 방법으로 작용기를 도입하는 연구를 진행하였다. 특히, electroless pleating process를 이용하여 표면에 각 작용기를 고르게 처리하여 다른 물질을 decoration 시킬 때에 더욱 안정한 화학적 흡착이 이루어질 수 있도록 하였다. 또한 이를 바탕으로 알코올 환원법으로 Ag, Au 귀금속 나노 입자를 다양한 형상으로 제조하고 표면 처리된 산화아연(ZnO)과 같은 물질과 복합화 시키는 연구를 진행 하였다. 또한 복합화 과정에서는 알코올 환원법의 특성을 잘 이용하여 decoration되는 나노 입자의 사이즈나 양을 알맞게 조절 하였고, 전도성, 광 발광 등의 물성변화를 측정하는 연구도 같이 진행 하였다.; The ability to control the physical and chemical properties of materials has been one of the challenging issues for chemistry and materials researchers. These properties are strongly related to two crucial parameters; size and shape. Recently, one-dimensional (1D) ZnO nanostructures have been attracting much attention due to their novel properties and potential application in optoelectronics and devices for light-emitting for diodes, nanolasers, gas sensors, transistors, and DSSC solar cells and so on. Numerous techniques have been used to fabricated diverse 1D ZnO nanostructures. Among them, hydrothermal process is the simplest, economical and environment-friendly method compared with others. In chapter 1, the effects of dodecyl sulfate anionic surfactants on the synthesis of ZnO nanostructures were investigated at the low temperature hydrothermal conditions in aqueous solution. We used anion surfactants which have the same length of alkyl chain with different counter-ions, such as sodium dodecyl sulfate (NaDS), ammonium dodecyl sulfate (NH₄DS) and lithium dodecyl sulfate (LiDS) as additives. As a result, single-crystalline ZnO nanorods with various morphologies, sizes and aspect ratios were synthesized depending on the different counter ions of surfactants. From the series of experiments, it was observed that the anionic surfactants affect the surface energy of ZnO crystal faces by adsorption of their hydrated counter-ions on negatively charged zinc hydrate precursor (Zn(OH)₄^(2-)), and this phenomenon continuously occurs through the whole crystal growth process. So, it promotes the growth of ZnO crystal along specific direction. The various ZnO morphologies depending on the kind of dodecyl sulfate surfactants were explained by the differences in electrostatic interaction between surface charge of ZnO and the counter-ions of surfactant molecules. In chapter 2, ZnO@Ag heterogeneous nanocomposite particles were successfully prepared by novel preparation strategies involving electroless pleating process and alcohol reduction method using Sn^(2+) ion as a binder for ZnO surface and Ag particles , and using PVP as a stabilizer for Ag nanoparticles. The process is mainly performed in two steps: a first step in which the surface of ZnO nanorods is modified with Sn^(2+) ions via electrostatic attraction. In second step, the alcohol reduction is carried out on the modified ZnO surface to control the size and the number of the immobilized silver particles. The nanostructures and morphologies of as-prepared ZnO materials were characterized byScanning Electron Microscopy (SEM), Selected Area Electron Diffraction (SAED), Transmission Electron Microscopy (TEM), High-Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) and X-Ray Diffraction (XRD). The Photoluminescence spectroscopy (PL) was also used to measure the optical properties of various ZnO nanostrucres.