나노입자 응집체 및 그 제조방법
专利汇可以提供나노입자 응집체 및 그 제조방법专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE: A manufacturing method of the nanoparticle aggregate is provided to obtain a nano particle aggregate with a controlled number of nanoparticles by using a micelle or a reverse micelle. CONSTITUTION: The manufacturing method of the nanoparticle aggregate includes following steps.(a) The micelle or the reversed micelle structure containing the nanoparticle aggregate inside is formed.(b) The inner size or form of the micelle or the reversed micelle structure is adjusted, and the nanoparticle aggregate with the controlled number and form of nanoparticles is created. The micelle structure is formed by adding a small amount of organic solvent with dispersed micelle molecules and nanoparticles to an excessive quantity of s polar substance. The reversed micelle structure is formed by adding a small amount of s polar substance with dispersed micelle molecules and nanoparticles to an excessive quantity of the organic solvent. The micelle molecules are selected from a group composed of an AOT(aerosol-OT, sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate), a CBAC(cetylbenzyldimethylammonium chloride), and a CTAB(cetyltrimethylammonium chloride) and a Triton X- 100(t-octylphenoxypolyethoxyethanol).，下面是나노입자 응집체 및 그 제조방법专利的具体信息内容。
나노입자 응집체 및 그 제조방법{The nanoparticles aggregates and manufacturing method thereof}
본 발명은 나노입자 응집체 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히 나노입자의 개수가 조절된 나노입자 응집체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
나노입자 개수와 모양이 조절된 나노입자 응집체는 다양한 색 변화와 넓은 파장에서 표면 플라즈몬 흡광 피크(peak)를 나타내기 때문에 특정한 모양 및 크기를 갖는 나노입자(특히, 금속 나노입자) 응집체를 제조하는 것은 학문적으로 그리고 산업적으로 중요하다.
금속 나노입자 응집체는 그 독특한 성질로 인해 다양한 분야에 이용될 뛰어난 잠재력을 가지고 있어서, 금속 나노입자 응집체의 크기에 따른 물리화학적 특성에 대한 관심이 높았다.
하지만, 원하는 크기를 갖는 나노입자 응집체를 제조하는 방법에 대해서는 알려진 것이 적었다. 또한 알려진 방법들 역시 고가의 장비를 필요로 하거나, 제조를 위해 복잡한 공정을 거쳐야 하는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 마이셀을 이용하여 나노입자의 개수가 조절된 나노입자 응집체를 제조하는 방법과 그러한 방법으로 제조된 나노입자 응집체를 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 나노입자 응집체의 제조방법은,
내부에 나노입자 응집체를 포함하는 마이셀 또는 역마이셀 구조를 형성하는 단계; 및
형성된 상기 마이셀 또는 역마이셀 구조의 내부 크기 또는 모양을 조절하여 상기 마이셀 또는 역마이셀 구조의 내부에 나노입자의 개수와 모양이 조절된 나노입자 응집체를 생성하는 단계를 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 마이셀 구조는
과량의 극성물질에 마이셀 분자 및 나노입자가 분산되어 있는 소량의 유기용매를 첨가하여 형성될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 마이셀 분자는
AOT(aerosol-OT, sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate), CBAC(cetylbenzyldimethylammonium chloride), CTAB(cetyltrimethylammonium chloride), Triton X-100(t-octylphenoxypolyethoxyethanol)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 마이셀 구조의 내부 크기 또는 모양은
용액의 온도, 마이셀의 농도, 또는 극성물질과 유기용매의 상대적 양 중 적어도 하나의 조건에 따라 달라질 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 나노입자 개수는
마이셀 분자의 농도, 용액에 분산된 나노입자의 농도, 또는 나노입자가 분산된 용액의 양 중 적어도 하나에 의해 조절될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 역마이셀 구조는
과량의 유기용매에 마이셀 분자 및 나노입자가 분산되어 있는 소량의 극성 물질을 첨가하여 형성될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 마이셀 분자는
AOT(aerosol-OT, sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate), CBAC(cetylbenzyldimethylammonium chloride), CTAB(cetyltrimethylammonium chloride), Triton X-100(t-octylphenoxypolyethoxyethanol)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 역마이셀 구조의 내부 크기 또는 모양은
용액의 온도, 마이셀의 농도, 극성물질과 유기용매의 상대적 양 중 적어도 하나의 조건에 따라 달라질 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 나노입자 개수는
마이셀 분자의 농도, 용액에 분산된 나노입자의 농도, 또는 나노입자가 분산된 용액의 양 중 적어도 하나에 의해 조절될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 마이셀 또는 역마이셀 구조의 모양은
구형 또는 선형일 수 있다.
이 실시예에 있어서, 선형 마이셀 또는 역마이셀 구조는
구형 마이셀 또는 역마이셀 구조를 형성한 후 마이셀 분자를 더 첨가하여 형성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 유기 용매는
n-헵탄과 같은 유기 분자일 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 극성물질은
물과 같은 극성을 띠는 분자일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 나노입자 응집체는 상기한 나노입자 응집체 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 나노입자 응집체의 제조방법에 의하면,
고가의 장비 없이 또한 제조를 위해 복잡한 공정을 거칠 필요 없이, 마이셀 또는 역마이셀을 이용하여 간단한 공정을 거치는 것만으로 나노입자 개수가 조절된 나노입자 응집체를 얻을 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기 에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1a는 마이셀 분자를 이용하여 형성된 여러가지 형태의 역마이셀 구조를 나타내는 도면이고, 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 나노입자의 개수가 조절된 나노입자 응집체의 제조방법을 설명하는 도식도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자의 개수가 조절된 나노입자 응집체의 제조방법을 설명하는 흐름도이고, 도 1d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노입자의 개수가 조절된 나노입자 응집체의 제조방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1a를 참조하면, 마이셀 분자(101)는 머리부분(head group)과 꼬리부분(tail group)으로 나누어지는데, 머리부분은 친수성(hydrophilic)을 띠고, 꼬리부분은 소수성(hydrophobic)을 띤다.
마이셀 분자는(101) 사용하는 용매 조건에 따라서 마이셀(micelle) 또는 역마이셀(reverse micelle) 구조를 형성하게 된다.
과량의 유기용매(도시하지 않음)에 소량의 극성 물질인 물과 마이셀 분자(101)를 첨가하면 구 형태의 역마이셀(102)(또는 역마이셀 구조)을 형성할 수 있다.
마이셀 분자(101)를 추가로 더 첨가하면 선형 형태의 역마이셀(103)(또는 역마이셀 구조)를 형성할 수 있다.
역마이셀 구조에서, 마이셀 분자(101)의 친수성 그룹은 내부에, 소수성 그룹은 외부에 존재하며, 용액의 온도, 마이셀의 농도, 극성물질인 물과 유기 용매의 상대적인 양 중 적어도 하나의 조건에 따라서 역마이셀 구조의 내부의 크기와 모양이 결정될 수 있다.
즉, 크기와 모양이 조절된 역마이셀의 내부는 물과 같은 극성 용매로 채워질 수 있다.
도시하지는 않았지만, 이와는 반대로 과량의 극성 물질인 물에 소량의 유기 용매와 마이셀 분자(101)를 첨가하면 구 형태의 마이셀(또는 마이셀 구조)를 형성할 수 있다.
마이셀 분자(101)를 추가로 더 첨가하면 선형 형태의 마이셀(또는 마이셀 구조)을 형성할 수 있다.
마이셀 구조에서, 마이셀 분자(101)의 친수성 그룹은 외부에, 소수성 그룹은 내부에 존재하며, 역마이셀 구조에서와 마찬가지로 용액의 온도, 마이셀의 농도, 극성물질인 물과 유기 용매의 상대적인 양 중 적어도 하나의 조건에 따라서 마이셀 구조의 내부의 크기와 모양이 결정될 수 있다.
즉, 크기와 모양이 조절된 마이셀의 내부는 유기 용매로 채워질 수 있다.
도 1b, 1c, 1d를 참조하면, 이러한 마이셀 또는 역마이셀 구조의 성질을 이용하여 나노입자의 개수가 조절된 나노입자 응집체를 제조할 수 있다.
도 1b 및 도 1c에서는 역마이셀 구조를 이용하여 나노입자 응집체를 제조하는 방법을 설명하고, 도 1d에서는 마이셀 구조를 이용하여 나노입자 응집체를 제조하는 방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예로서, 마이셀 분자(101)와 소량의 극성 물질인 물에 포함된 나노입자(104)를 과량의 유기 용매에 첨가하면, 나노입자가 마이셀의 내부에 존재하는 구 형태의 역마이셀(105)(또는 역마이셀 구조)를 갖는 나노입자 응집체가 만들어진다(S110).
나노입자는 마이셀 내부에 채워지는 용매, 여기에서는 극성 물질인 물에 분산(즉, 그 속에 뭉쳐서 존재)되어 있다.
구 형태의 역마이셀을 제조할 때보다 더 많은 양의 마이셀 분자(101)를 나노입자(104)와 첨가하면 선형 형태의 역마이셀(106)(또는 역마이셀 구조)를 갖는 나노입자 응집체가 만들어진다.
역마이셀 내부의 크기에 따라서, 역마이셀 내부에 존재하는 나노입자의 개수가 결정된다. 즉, 역마이셀 내부의 크기가 클수록 더 많은 수의 나노입자를 포함할 수 있다(S120).
본 발명의 다른 실시예로서, 마이셀 분자(101)와 소량의 유기용매에 포함된 나노입자(104)를 과량의 극성 물질인 물에 첨가하면, 나노입자가 마이셀의 내부에 존재하는 구 형태의 마이셀(또는 마이셀 구조)(도시하지 않음)를 갖는 나노입자 응집체가 만들어진다(S210).
나노입자는 마이셀 내부에 채워지는 용매, 여기에서는 유기용매에 분산(즉, 그 속에 뭉쳐서 존재)되어 있다.
구 형태의 마이셀을 제조할 때보다 더 많은 양의 마이셀 분자(101)를 나노입자(104)와 첨가하면 선형 형태의 마이셀(또는 마이셀 구조)(도시하지 않음)를 갖는 나노입자 응집체가 만들어진다.
마이셀 내부의 크기에 따라서, 마이셀 내부에 존재하는 나노입자의 개수가 결정된다. 즉, 마이셀 내부의 크기가 클수록 더 많은 수의 나노입자를 포함할 수 있다(S220).
도 2는 본 발명의 실시예에서 사용되는 마이셀 분자의 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노입자 응집체를 제조하는데 사용되는 마이셀 분자에는 AOT(aerosol-OT, sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate), CBAC (cetylbenzyldimethylammonium chloride), CTAB(cetyltrimethylammonium chloride), Triton X-100(t-octylphenoxypolyethoxyethanol) 등이 있다.
하지만 이는 예시적인 것이며 본 발명의 실시예에서 이용되는 마이셀 분자가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 나노입자 개수가 조절된 나노입자 응집체에 대한 TEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지는 유기 용매에 직경이 13 nm인 금 나노입자를 포함하는 수용액과 AOT 마이셀 분자를 첨가하여 나노입자 개수가 조절된 응집체를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 2-3, 6, 9, 13개의 금 나노입자 개수로 구성된 나노입자 응집체(각각, NP (2-3) , NP (6) , NP (9) , NP (13) 이라 함)를 볼 수 있으며, 선형 형태의 나노입자 응집체(NP (linear) )도 볼 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 나노입자 개수가 조절된 나노입자 응집체를 포함하는 용액의 흡수 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
NP(1)는 수용액에 분산된 금 나노입자의 흡광 스펙트럼을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 나노입자 응집체에 포함되는 나노입자 개수가 증가할수록 최고 흡수 파장이 장파장 쪽으로 이동하는 것을 볼 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 나노입자 응집체에 포함되는 나노입자의 개수에 따라 나노입자 응집체 용액의 색이 다양하게 나타날 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 나노입자 응집체에 포함되는 나노입자의 개수에 따라 나노입자 응집체 용액의 표면 플라즈몬 흡광이 다양하게 나타날 수 있다.
나노입자 응집체의 나노입자 개수는 마이셀의 농도, 수용액에 분산된 금 나노입자의 농도, 금 나노입자가 분산된 수용액의 양 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다.
도 3 및 도 4에서, 유기 용매로는 5 mL의 n-헵탄(n-heptane)을 사용하였고, 마이셀 분자로 사용한 AOT의 농도는 10 -5 M 이었으며, 금 나노입자의 농도는 20 μM 이었다.
20 μM 금 나노입자 수용액의 양은 NP (2-3) 에 대하여 8 μl, NP (6) 에 대하여 4 μl, NP (9) 에 대하여 2 μl, NP (13) 에 대하여 1 μl 였으며, NP (linear) 에 대하여 AOT 농도는 10 -3 M이었으며 20 μM 금나노입자 수용액을 8 μl 첨가하였다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1a는 마이셀 분자를 이용하여 형성된 여러가지 형태의 역마이셀 구조를 나타내는 도면이고, 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 나노입자의 개수가 조절된 나노입자 응집체의 제조방법을 설명하는 도식도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자의 개수가 조절된 나노입자 응집체의 제조방법을 설명하는 흐름도이고, 도 1d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노입자의 개수가 조절된 나노입자 응집체의 제조방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 사용되는 마이셀 분자의 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 나노입자 개수가 조절된 나노입자 응집체에 대한 TEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 나노입자 개수가 조절된 나노입자 응집체를 포함하는 용액의 흡수 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
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