금속 또는 산화 금속 나노 입자의 담지화를 통한 복합 실리카 입자의 제조

Abstract

다양한 복합체는 하나의 물질만을 사용했을 때에는 얻을 수 없는 물성을 얻기도 하고 기존의 물성을 향상 시키기도 한다. 복합체에는 매트릭스 안에 다른 입자를 분산 시킨 형태, 코어-쉘 형태, 담지화(캡슐화) 형태 등이 있다. 본 논문에서는 이러한 여러 복합체 형태 중 물 유리를 사용하여 금속 또는 금속 산화물 나노 입자를 공침시켜 담지화(encapsulation)하는 방법에 대하여 연구한 바 사용한 Sodium silicate와 금속 (산화물) 나노 입자의 몰 비에 따라 형성된 복합 입자의 형태 및 담지량에 관한 경향성에 대하여 조사 하였다. 금속 나노 입자는 10 nm 이하의 은 나노 입자를 사용하였고, 금속 산화물 나노 입자는 산화철과 티타니아 나노 입자를 직접 제조 하여 사용하였다. 산화철을 제조하는 방법에는 마이크로 에멀젼 방법이나 열분해 방법등의 여러 가지가 있는데, 본 연구에서는 수율이 높고, 계면 활성제나 고분자 등의 안정화제를 사용할 필요가 없으며, 물을 용매로 하여 제조 할 수 있다는 장점을 가진 공침법을 이용했다. 그리고 티타니아 나노 입자는 간편하고 경제적인 방법인 해교법을 이용하여 안정한 졸 상태로 제조 한 후 건조해서 사용하였다. 담지화 실험은 Sodium silicate의 몰 비를 고정하고, 금속 또는 금속 산화물(Ag, TiO₂, Fe₂O₃)의 몰 비를 상대적으로 조절 한 후 알코올을 첨가 함으로서 공침시켜 복합 나노입자를 제조하였다. 그리고 금속과 금속 산화물 각각에 대한 결과에 따른 경향성을 확인 하였다. 금속과 금속 산화물의 몰 비는 담지화에 영향을 미쳤고, 상대적으로 몰 비가 증가될수록 담지화된 복합 실리케이트 입자는 무정형으로 형성되었다. 반면 몰 비가 감소 되면 담지화 된 복합 실리케이트 입자는 크기가 약 100 nm의 구형입자로 형성되었다. 생성된 산화철 입자와 티타니아 입자는 X-선 회절분석기(XRD)를 통해 결정 구조를 분석 하였고, 은 나노 입자는 자외선 흡광도(UV-Visible)로 흡수밴드를 확인 하였다. 산화철 입자의 자성 특성은 진동시료자력계(VSM)를 통해 코팅 전 후의 자성 결과를 확인하였다. 금속 또는 금속 산화물이 담지화 된 복합 실리케이트 입자 내부는 투과전자현미경(TEM)을 통해 관찰 하였고, 표면 형성 모양과 크기는 주사전자현미경(SEM)으로 분석 하였다.