Metallic Nano Particles

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1 Metallic Nano Particles
전구체 교과서 , ,

2 수업내용 목적: 나노입자(분말)의 제작공정을 이해한다. 나노분말의 형성 메커니즘 이해를 통한 크기 조절법 이해
나노분말의 형성 메커니즘 이해를 통한 크기 조절법 이해 나노분말의 다양한 제작법(졸겔, 마이셀법 제외) Micelle Method Sol-Gel Method 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 기본개념 Saturation: 특정된 온도나 압력하에서 물질이 용매에 최대로 용해될 수 있는 량을 나타내는 상태를 ＂포화상태＂라고 합니다. Super saturation: 같은 조건하에서도 일시적으로 그 한도의 값을 초과하는 경우도 있을 수 있다.   이처럼 한도의 값을 초과한 값으로 되어 있는 상태가 ＂과포화상태＂이다.   이런 경우에는 ＂포화상태＂인 때보다 물질이 더 많이 존재하는 ＂과포화상태＂에서는 불안정 또는 준안정 상태이며, 포화 상태인 때와는 달리 안정된＂평형상태＂가  아니다. 과포화를 만들기 위해서는 일반적으로 에너지가 많이 필요하다 (G>0)

4 나노분말의 형성 메커니즘-1 결정화의 예로 본 나노입자의 생성 과포화상태의 형성
균일핵(크기 및 모양) 생성에 의한 cluster생성 물리적 응축(condensing) 및 표면반응에 의한 cluster 및 나노입자의 성장 응집(coagulation)에 의한 나노입자의 성장 소결, 융착(evaporation and condensation)에 의한 나노입자의 형태변화

5 Enthalpy & Entrophy & Gibbs Energy
H=U+PV dS=dQ/T G=H-TS

6 나노분말의 형성 메커니즘-2 Gibbs free energy B G=GB-GA A 상승 Slope 차이: 포화 및 과포화
solubility의 차이 Gibbs Energy의 크기는 무엇을 의미하는가? 비나 눈이 올때, 물방울 빗방울은 어떻게 형성이 되는가? 핵생성의 Gibbs Energy가 크지면 급격한 감소가 일어나지 않아 입자의 크기가 증가한다.

7 나노분말의 형성 메커니즘-3 일반적으로 다음의 2가지 방법으로 나노입자를 만들수 있다. 다음장의 그림에서 이해
응집체 응집+성장 조대화 그림에서 c,f는 일반적 시간의 개념이 아니라 특성이 지배하는 정도를 나타냄

8 나노분말의 형성 메커니즘-4 교과서 내용에 문제있음
나노입자의 모양의 결정(Seed가 없는경우) Condensation(응축) Coagulation or agglomeration(응집) 그림에서 c,f는 일반적 시간의 개념이 아니라 특성의 지배도를 나타냄 c: 응축특성(Condensation): 핵 또는 입자의 표면에 증기가 응축하여 성장(자기인식과정) f: 응집(교과서는 “소결”으로 표시)특성: 입자와 입자가 충돌하여 하나의 입자로 성장(환경변화과정) 즉, 반응초기에는 입자와 입자 (핵이아닌 원료)의 간격이 떨어져 있어 응축특성이 모양 결정, 반응시간이 어느 정도 지난 후 입자가 커지면 입자간의 거리가 짧아서 응집효과가 모양을 결정

9 균일입자의 생성법 따라서 균일입자의 제작을 위하여 다음과 같이 정리할 수 있다.
핵의 생성시 농도(과포화도)를 급격하게 증가시켜면, 핵생성에 시차를 가지게 하고, 이러한 시차는 핵의 불규칙 생성 및 성장을 유발하므로, 핵생성 시간을 단축시킨다. 즉 과포화도는 천천히 조정하되 핵생성 시간을 단축시킬 수 있는 방법필요. 균일핵 생성과정과 응축에 의한 입자성장 과정을 분리한다. 즉, 입자성장 과정에서 핵이 생성하지 않도록(과포화도) 제어한다. 입자의 운동 및 반응기의 난류 등에 의해 생기는 입자성장을 제어 응집성장 기구를 제어한다. 즉, coagulation과정이 율속이 되게 반응을 조절한다. Seed를 통한 입자성장을 유도한다. 과포화를 만드는 방법이 입자를 만들 때 가장중요하고, 이 방법에 따라 제작방법이 구분된다.

10 나노입자의 제작법: Over view 주 쟁점은 과포화농도의 생성법과 제한된 성장조건(성장제어)이다.
또한 일반적으로 화학반응의 주쟁점은 어떻게 반응을 일으킬까 이지만, 나노입자의 쟁점은 어느 시점에서 반응을 중지 시키는 가이다.

11 각 제작법의 장단점

12 고상 제작법

13 고상 제작법

14 고상 제작의 개요 및 향후 전망-1

15 고상 제작의 개요 및 향후 전망-2 PCA: principle component analysis: 주성분분석: 주성분의미

16 액상제작법-자세한 것은 다음주에 Micelle법: 다음주에 자세히
수열합성법(Hydrothermal synthesis): 고온/고압의 수용액에서의 합성법

17 기상제작법 기상제작법의 일반적인 원리

18 비활성 가스 응축법(Inert gas condensation, IGC)
장비내부에 산소를 유입하면 쉽게 금속산화물 제작이 가능

19 나노입자의 제작법 IGC에 의한 nano silver particle제작 입도 10 nm정도의 균일한 입자 제작가능

20 화염연무법(combustion aerosol)
p 139와 원리는 같은데 aerosol(졸이공기에 분산된 상태)을 만드는 방법이 다름

21 화학기상 응축법(Chemical Vapor Condensation, CVC)

22 전기폭발법 및 플라즈마법 플라즈마란: 이온화된 기체

23 기상법의 공통적인 과제-1

24 기상법의 공통적인 과제-2

25 생각할 점 Gibbs 함수는 화박반응과 어떤 관계가 있는가?
분무법의 경우(교과서 그림 5-6) 최종입자의 크기는 어떻게 결정이 되는가?