Reverse Micelle Method

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1 Reverse Micelle Method
관련페이지: p , 7장, p

2 수업내용 목적: 역마이셀법에 의한 나노입자의 제작 이해. 계면활성제의 특성이해 마이셀에서의 나노입자의 형성과정 이해
나노입자의 조성과 크기제어 nano-rod의 제작에 대한 이해(모양제어) 발표내용은 서론 이론 실험내용과 결과 결론 순서로 정리하였습니다. 2.저희의 발표내용은 서론에서 자기조직화란 무엇인가에 관하여 설명하고 다음 이론에서는 현재 사용되고 있는 자기조직화법의 특징과 문제점에 관하여 이야기 하겠습니다. 3번째 실험내용 QCM을 이용한 실시간측정법과 그외 전기화학측정법, AFM측정법 3가지이며, 그에 대한 결과를 논의하는 순서로 발표 하겠습니다.

3 계면활성제의 표기법 다음의 반응은 우리에게 이미 잘 알려져 있는 비누화 반응(saponification) 이다.
 지방산 + NaOH  Soap (surfactant) + 글리세롤 H2O 일반적 표기법 Oleic acid stearic acid

4 계면활성제의 특성

5 계면활성제의 특성 CMC농도 이상이 되면 계면활성제는 Micelle을 형성한다. 계면활성제의 친수성 기가 물쪽으로 향한다.
계면활성제의 소수성 기가 헥산쪽으로 향한다.

6 계면활성제의 특성 물은 소수성 용액내의 micelle구조를 파괴하여 마이셀을 재형성 시킨다.
여기에 친수성의 금속전구체을 넣으면, 마이셀의 붕괴가 일어나고 친수성 물질이 친수성기로 둘러쌓여 나노반응기가 소수성 용액에서 만들어 진다. nano-reactor의 형성 계면활성제의 종류에는 어떤 것이 있는가?

7 Video for the Micelle formation

8 Reverse micelle법에 의한 금 나노입자제작(Brust method)
계면활성제 및 Dodecanethiol(C12H25SH )을 이용한 Chemical reduction process Reverse micelle법으로 진행한다. 계면활성제로 tetraoctyl ammonium bromide(TOAB, (C8H17)4NBr)를 사용한다. 금의 전구체로 HAuCl4를 사용한다. 3가 금의 환원반응이 Micelle에서 진행된다. 금의 환원을 위한 전자주게는 NaBH4를 사용한다. 합성된 나노입자의 크기제어는 Dodecanthiol을 금표면에 self-assembly시킴으로서 가능하다. 이 방법으로 만든 나노입자는 순도가 떨어지는 단점이 있으므로, 순도를 높이는 부수적 방법이 필요하다. 열처리

9 Brust method-2//01 Solvent 1: Water, HAuCl4  H+ + AuCl4- 소량 NaBH4 그대로
( Chloroauric acid ) Thiol의 역할은 후에 나옴 sodium tetrahydridoborate Micelle이 완벽하게 형성되지만 친수성 물질을 첨가하면 열린다. Micelle이 형성 소량 NaBH4 그대로 Water, H+, AuCl4- nano-reactor 형성: 금의 환원(NaBH4)과 capping(thiol, 성장 및 응고 억제) 및 methanol washing TOAB Solvent2: Toluene, tetraoctyl ammonium bromide (C8H17)4NBr, TOAB) 계면활성제, 해리되어 Br- 와 (C8H17)4N+ 로 존재

10 Brust method-3 입자의 크기 조절법 Au전구체의 농도 Thiol 투여시점
계면활성제 및 전자주게의 종류, 농도와 투여시점 Reflux를 하면 대체로 입자가 커진다(p. 186). 제작 후 Heating 본 방법은 금속나노입자를 제작하기 위하여 일반적으로 사용이 가능하며, 다른 무기 입자의 제작은 계면활성제의 종류(금속의 특성이 미묘하게 다르기 때문에)를 바꾸어 하는 경우가 대부분이다 (예, Au, Co나노입자의 제작, p.186, p.187). Co나노입자의 경우 (p. 188) 제작의 최종단계에서 capping재료로 Thiophenol을 사용하는데, 이는 thiol기가 Co입자에 self-assembly하기 때문이다. 그러나 이 경우, 방향족인 페놀이 존재함 으로서 극성용매에는 분산이 되지 않는다. 이런 과정을 거치면 나노입자는 분산이 되지 않고 응집되어 침전된다.이를 분산시키기 위하여는 thiol계통의 계면활성제의 한쪽 관능기를 친수성물질및 기능성을 가지게 치환하면 된다.(p. 189참고). P189에서는 capping제를 바꾸고 여기에서 COOH를 COONa말단(비누화반응의 일부)으로 처리하는 과정이 나와있다. capping재로 Citrate를 사용한 경우(P.186) capping의 원리는 정전기적 인력이다.-계면활성제의 원리가 아니다.

11 Brust method-4 Heating에 의한 입자크기와 성분제어(C12H25SH coated)
금의 Melting point가 입자가 작아지면 낮아진다.

12 Thiol의 역할. Self-Assembly란 무엇인가?
A schematic of SAM (n-alkanethiol CH3(CH2)nSH molecules) formation on a metallic surface. The self-assembly process. An n-alkane thiol is added to an ethanol solution (0.001 M). A gold (111) surface is immersed in the solution and the self-assembled structure rapidly evolves. A properly assembled monolayer on gold (111) typically exhibits a lattice. 일반적으로 Chemisorption이라고 불린다.

13 Brust법의 종합 필기하면서 반응 메커니즘 재설명

14 Nano Particle Experiment
여기서 나타내는 방법은 Citrate method(교과서참고)

15 입자의 형태제어 Aspect ratio: 형태 비 = 길이/폭: 이 크기에 따라 fiber, wire, whisker, rod로 구분 Au nano-rod Benzene:Water=100:1 (v %) 약한 계면활성제 강한 계면활성제 열분해 HLB의 차이 반응시간에 따른 형상 1분: 구형, 30분: rod 형(425 nm), 60분: rod 형 475 nm

16 참고 HLB (Hydrophile-Lipophile Balance) Values
친수성과 소수성의 크기를 판단하는 기준값: 0  20 사이의 값 HLB=20 Mh: 친수성 부분의 분자량, M: 전체 분자량 Mh 친수성 20으로 접근

17 시험당일 5시 30분까지 리포트 및 결석사유서 제출바람
중간고사 시험범위 각장의 생각할 점. 2주: 무어의 법칙, 그리스 접두어, 6T와 NT의 관계, 나노기술의 제작방식, 나노기술의 구성요소, 나노재료의 일반적 특성 3주:STM,AFM의 원리 및 특징 그리고 구성, 모드 4주:나노분말:입자크기 규정 및 구분, size effect, 나노입자기술의 주요한 분야, 입자제작에 있어서 topDown vs Bottom up , IGC법에 의한 나노분말제작법, 나노분말제작의 기술요소 5주:금속나노입자의 형성메카니즘, 균일나노입자의 제작법, BottomUp vs topdown, IGC법에 의한 나노입자제작방법, 기상제작법의 과제(문제점) 6주: 계면활성제의 용액상 거동, Brust법에 의한 나노입자의 제작법 및 입자크기 및 형태 조절법 + 1 시험당일 5시 30분까지 리포트 및 결석사유서 제출바람