Forced Assembly of Nanoparticles and Their Micro Patterning
An easy and reliable method for the fabrication of patterned monolayer of Co nanoparticles is described. Two-dimensional monolayer of Co nanoparticles has been prepared by spreading of nanoparticles solution on an air-water interface and transferred it to a hydrophobic substrate by the Langmuir-Blodgett (LB) method. Transmission electron microscopy (TEM) showed that on increasing the surface pressure, the Co nanoparticles were well organized into a Langmuir monolayer with a hexagonal close-packed structure. By controlling the pH of the subphase, long range ordered monolayer of Co nanoparticles was obtained. In particular, by stamping after transferring a Langmuir monolayer onto a polydimethoxysilane (PDMS) mold, micro-patterning of Co nanoparticles was achieved selectively on a patterned electronic circuit. Electronic transport properties of Co nanoparticles showed metallic characteristic with ohmic I-V curve.
Binary Superlattices of Nanoparticles
The structuring of binary superstructure of two nanoparticles with different diameters is new issue in assembly. AB type binary superstructures are formed after mixing of Co and $Fe_3O_4$ nanoparticles with size ratio of 0.416. An AB type binary superstructure is the same structure as NaCl structure which revealed by TEM analysis. $AB_2$ type binary superstructures are also formed by changing the molar ratio to 1:2. When the similar sized Co and $Fe_3O_4$ nanoparticles were used, a randomly mixed binary superstructure was produced. These binary structures showed intermediate properties of native Co and $Fe_3O_4$ nanoparticles in magnetism. In case of Ag and CdSe nanoparticles, $AB_2$ type binary superstructures are also formed where the size ration is 0.53. The photoluminescence of $AB_2$ type binary superstructure of Ag and CdSe quantum dots was quenched by charge transfer of CdSe quantum dots due to the surrounding of Ag nanoparticles around CdSe quantum dots, contrasting to the discrete exiton absorption in UV-Vis spectra.
Magnetic Field Induced Assembly of Nanoparticles
The various superstructures of Co nanoparticles were manipulated by controlling the magnetic field. When the magnetic field applied to the samples perpendicularly, the dot and rod shape superstructures are formed with regular shape and size, where a wire shape superstructure is formed by parallel field. Furthermore, Unprecedent helix and vertical plate superstructures are observed under rotational magnetic field. These superstructures showed enhanced magnetic properties than amorphous one due to the collective property of their ensembles.
Synthesis and Characterization of Nanoalloys
The structure, magnetism, and phase transition of core-shell type CoPt nanoparticles en route to solid solution alloy nanostructures are systematically investigated. The characterization of $Co_{core}Pt_{shell}$ nanoparticles obtained by a “redox transmetalation” process by transmission electron microscopy (TEM) and, in particular, X-ray absorption spectroscopy (XAS) provides clear evidence for the existence of a core-shell type bimetallic interfacial structure. Nanoscale phase transitions of the $Co_{core}Pt_{shell}$ structures toward c-axis compressed face-centered tetragonal (fct) solid solution alloy CoPt nanoparticles are monitored at various stages of a thermally induced annealing process and the obtained fct nanoalloys show a large enhancement of their magnetic properties with ferromagnetism. The relationship between the nanostructures and their magnetic properties is in part elucidated through the use of XAS as a critical analytical tool.
나노 입자의 정렬 및 마이크로 패턴 형성
쉽고 신뢰할 수 있는 코발트 나노 입자의 단층 패턴 형성에 관한 내용이다. 코발트 나노 입자의 2차원적인 단층 구조는 나노 입자를 물-공기 경계면에 분산시켜 얻을 수 있으며, 이 구조는 Langmuir-Blodgett 방법에 의해 소수성 기판에 부착 시킬 수도 있었다. 표면 장력의 변화에 따라 코발트 나노 입자가 육방밀집 구조를 가지는 Langmuir 단층 구조로 변화되는 것을 투과전자현미경 분석을 통해서 관찰할 수 있었다. 물 층의 pH 조절을 통해, 대면적으로 육방 밀집된 구조를 한 코발트 나노 입자의 단층 구조를 얻을 수 있었다. 특히, LB를 이용해서 형성한 코발트 나노 입자의 단층 구조를 PDMS 도장에 묻힌 후 찍음으로써 다양한 패턴을 형성할 수 있었으며, 금 전극이 깔린 전자회로에 선택적으로 코발트 나노 입자를 위치시킬 수가 있었다. 코발트 나노 입자의 전기적 특성은 Ohmic 한 금속 특성을 보임을 알 수 있었다.
이종 나노입자를 이용한 초격자 구조 형성
크기가 다른 두가지 나노 입자를 사용하여 이종 정렬 구조를 형성하는 내용이다. AB 형태의 이종 초격자 구조는 크기 비율이 0.416인 코발트와 산화철 나노 입자를 사용하여 얻을 수 있었다. 이러한 구조는 염화 나트륨 구조와 같으며, 이는 투과전자현미경 분석으로 확인할 수 있었다. 또한, $AB_2$ 구조의 초격자 구조는 몰 비율을 1:2로 바꾸어 줌으로써 얻을 수가 있었다. 유사한 크기의 코발트와 산화철 나노 입자를 사용하게 되면, 무작위로 섞인 이종 초격자 구조를 형성하였다. 이러한 이종 초격자 구조는 초기 코발트와 산화철의 중간적인 자기적 특성을 나타내었다. 은 나노 입자와 셀레늄화 카드뮴 양자점의 경우, 0.53의 크기 비율에서 $AB_2$ 형태의 이종 초격자 구조를 형성하였다. 이러한 $AB_2$ 형태의 이종 초격자 구조는 자외선 흡수 스펙트럼에서는 흡수 피크가 증가된 반면, 발광 스펙트럼에서는 셀레늄화 카드뮴을 둘러싼 은 나노입자로 전하가 이동되어 이로 인해 발광이 상당히 감소하는 현상을 보였다.
자기장을 이용한 나노 입자의 정렬
균일한 크기의 코발트 나노 입자에 자기장을 조절하여 코발트 나노 입자의 다양한 초격자 구조에 대한 내용이다. 자기장을 시편에 수직하게 걸어줌으로써 일정한 크기와 모양을 가진 구 모양과 막대 모양의 초격자 구조를 형성할 수 있었으며, 수평으로 걸어줌으로써 선 모양의 초격자 구조를 얻을 수 있었다. 회전하는 자기장에 의해서는 이전에 보고된 적이 없었던 나선 모양과 직육면체 모양의 초격자 구조가 얻어졌다. 이러한 초격자 구조는 향상된 자기적 성질을 보여 주었는데 이는 자성 나노 입자간의 상호작용에 의한 집합적 특성으로 이루어 진다.
나노 합금의 합성과 분석
코어-쉘 나노입자에서 합금 형태의 나노입자로의 상전이 과정과 자기적 성질에 대해 연구하였다. 금속간 산화환원에 의한 치환반응에 의해 합성된 코어-쉘 구조의 코발트-플래티늄 나노입자는 투과전자현미경 분석에 의해 구조가 분석되었으며, 특히 X선 흡수 분석법을 통해 그 구조가 명확히 분석되었다. 열처리 과정을 통해 코어-쉘 구조에서 C-축이 줄어든 체심 직육면체 구조로의 나노 상전이 과정을 살펴보았으며, 얻어진 FCT 구조의 나노 합금은 아주 큰 보자력을 가진 강자성체의 특성을 나타내었다. 나노 구조와 자기적 특성 사이의 관계를 X선 흡수 분석법을 통해 결정적으로 분석할 수 있었다.
