In this study, evaporation-induced self-assembly method was used to prepare spherical colloidal crystals. Firstly, we prepared three-dimensionally ordered macroporous spherical particles by using polymer assemblies as templates and inorganic materials as matrix. Compared to the available methods that are typically complex and time consuming, the present aerosol-assisted self-assembly, is simple and operates very fast. Our experimental system consisted of a droplet generator, temperature controlled reactor and filter. In a part of the reactor, water evaporated from a droplet and then the nanoparticles of silica/titania and polystyrene (PS) beads of a few hundred nanometers inside of the drop were consolidated into into composite particles. Then, PS particles were removed in the remaining part of the reactor. There was an optimum condition to obtain the well-ordered arrangement of pores both on the surface and inside of the spherical microstructured particle. The size of macropores was proportional to the PS latex particle size, therefore we could control the pore size.
Secondly, we prepared three-dimensionally ordered spherical colloidal crystals from PS beads in the size range of 200nm-350nm. We generated uniform PS colloid droplets by electrohydrodynamic atomization (EHDA) under D.C. electric field. And then, the droplets turned into colloidal crystals by evaporation-induced self-assembly in confined geometry. Our crystals were micron-sized colloidal assemblies with narrow size distribution and an ordered surface and internal structures that consisted of close packed monodisperse latex particles. The droplet shape and size were measured by optical microscope and the structures of their dried particles were observed by scanning electron microscope. The PS colloidal crystal suspension displayed different colors according to the incident angles of light.
본 연구에서는 구형의 역전된 콜로이드 결정인 거대 다공성 입자를 초음파 분무 열분해법을 이용하여 제조하였다. 분무 용액은 수백 나노미터 크기의 단분산 폴리스티렌 입자와 수십 나노미터 크기의 실리카나 타이타니아 입자/ 혹은 그들의 전구체 용액를 혼합하여 제조하였다. 액적 내부에서의 콜로이드 입자들의 자가조립 현상에 의해서 육방 결정 구조를 갖는 구형의 입자가 생성된다. 분무 용액의 열처리를 위한 노를 1단, 2단으로 설계하여 온도를 조절함으로써 결정의 배열에 끼치는 영향을 조사하였다. 각각의 입자 내부에서 기공이 가장 잘 배열된 구조를 갖는 혼합물의 조성비를 조사하였으며, 제조된 입자의 현탁액을 UV-Vis. 흡수 스펙트럼을 조사하여 Bragg’s diffraction에 의한 파장의 위치와 비교하였다.
또한, 전기수력학적 분무법을 이용하여 균일한 크기의 구형 콜로이드 결정을 제조하였다. 주위 기체를 CO2로 하여, 콘젯 모드 영역에서 폴리스티렌 라텍스를 크기가 균일한 액적을 제조하였고, 액적 내부에서 용매의 증발에 의한 폴리스티렌 입자들의 자가 조립 현상에 의하여 10-80㎛의 구형 콜로이들 결정을 얻었다. 정전 분무에 의해서 생성된 액적의 크기를 용액의 물리적인 물성과 용액을 주입하는 유량에 의하여 특성화 하였다. 제조된 구형 콜로이드 결정의 특성으로는, 표면은 물론 내부까지 폴리스티렌이 육방 결정 구조로 배열되어 있었다. 그리고, 입자들을 에탄올에 분산시켜 가시광을 조사하였을 때 가시광 영역의 여러 가지 색을 나타내었는데, 이는 결정을 이루고 있는 폴리스티렌 입자들의 크기와 빛을 조사하는 방향에 따라서 변하였다.
초음파 분무 열분해 법에 의하면 1㎛ 정도의 크기 분포가 넓은 입자를 제조할 수 있고, 콘젯 모드 영역에서의 전기수력학적 분무법을 이용하면 수십 ㎛의 단분산 입자들을 제조할 수 있다.
