재료공학실험 | 은 나노 와이어 합성

 

 

 

TIP

 

 

1차원 금속 나노 물질에 대해 이해하고 폴리올 공법을 이용하여 은 나노 와이어를 합성한 뒤 광학현미경과 자외선 가시광선 분광기로 이를 분석해본다.

 

 

 

1차원 전도체 (1-Dimensional conductors)

전자 디바이스 분야에 활발히 사용되고 있으며 반도체, 디스플레이 등 투명 전도체로 사용되고 전기 전도도가 한 방향으로 높은 재료를 말한다.

 

 

은 (Ag)

전이금속 중 하나로 높은 전기 전도율과 열전도율을 가진다. 여러 개의 결정 면을 가지고 있어, 반응성 차이를 이용하여 이방성 성장을 유도한다.

 

 

은 나노 와이어 (Silver Nanowire, Ag NW)

직경이 수십 나노미터인 가늘고 긴 금속 와이어, 은 나노 와이어 간의 junction으로 높은 전도도를 가지고 우수한 전기적, 기계적, 광학적, 열적 특성, 빈 공간을 통해 대부분의 빛이 통과되는 특성을 가지고 있어서 투명 전극으로 활용한다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) EG 200㎖, PVP 77㎖, AgNO₃ 22㎖, BMiM FeCl₄10㎖의 4가지 시약을 2-neck flask에 모두 넣어준 뒤 flask를 맨틀에 넣어준다. 이때 상온에서 180rpm으로 15분 동안 교반을 진행한다. (맨틀은 flask 안의 용액을 승온, 교반 시켜주는 역할을 하는 기구이고 맨틀을 보는 법은 제일 상단이 현재 온도, 두 번째가 설정 온도, 세 번째가 교반 속도이다.)

 

2) 100℃로 온도를 설정하고 15분 동안 승온을 진행한다.

 

3) 온도가 100℃가 되면 10분 동안 stirring을 진행한다. (이때 Ethylene glycol의 탈 수소화 반응으로 인해 Acetaldehyde가 형성된다.)

 

4) 10분이 지나면 160℃로 15분간 승온을 진행한다. (온도가 100℃ 이상으로 올라가게 되면 색이 점점 불투명해지는데 이때 Acetaldehyde의 산화 반응으로 인해 Ag⁺이온이 Ag 입자로 환원되며 cluster들이 형성되고, 형성된 cluster들이 뭉쳐지게 되면서 Ag 입자들이 seed로 변하기 때문이다.)

 

5) 온도를 160℃로 유지하고 교반 속도를 100rpm으로 낮춘 상태에서 20분 동안 반응을 진행한다. (은 나노 와이어가 길이 성장하는 단계로 용액을 보면 pearl감을 가지는 것을 확인할 수 있다.)

 

6) 반응을 끝낸 은 나노 와이어를 수냉시켜준다. (수냉을 진행하는 이유는 상온에서 냉각을 시키게 되면 온도가 천천히 떨어지게 되고 그 동안 와이어가 계속 성장하거나 핵, cluster와 같은 다른 불순물이 생길 수 있기 때문이다.)

 

7) 아세톤으로 정제를 진행한다. (아세톤으로 불순물이나 남은 시약을 제거하는 것으로 아세톤을 넣어주면 은 나노 와이어끼리 뭉치는 현상이 일어난다. 이러한 현상이 일어나는 이유는 와이어 표면에 PVP가 있어서 PVP와 아세톤이 친하지 않아서 PVP끼리 섞이려는 성질이 있기 때문이다. 뭉쳐진 와이어를 제외한 불순물을 아세톤을 이용하여 약 2회 정제한다.)

 

8) 메탄올로 은 나노 와이어를 희석한 뒤 slider glass 위에 은 나노 와이어를 dropping하고 이를 건조 시킨다. 건조된 은 나노 와이어를 광학현미경을 이용해서 분석하고 메탄올을 추가로 넣어 희석한 뒤 자외선 가시광선 분광기로 투과된 파장의 강도를 분석한다.

 

 

 

[재료공학실험]은 나노 와이어 합성 레포트