The electrical, thermodynamic and chemical properties of silver crystals strongly depend on their size and shape. Therefore it is important to control their size and shape. Among the many methods which can synthesize silver nanocrystals, polyol process comes into the spotlight due to its economic efficiency and variety of the synthesized particles.
In this thesis, not only a modified method for synthesis silver nanocrystals as desired, a novel method to produce silver nanocrystals embedded metal organic frameworks (MOFs) a novel class of hybrid material consisting of metal ions coordinated to organic molecules also proposed. Furthermore, new application to various field with synthesized nanocrystals are also studied.
In chapter 2, it is possible to simply control the size of silver nanocrystals by tuning the viscosity of the reaction medium. For perpetration of low reflection coating material, sub- 100nm hollow silica nanoparticles, silver nanocrystals with 30nm diameter are synthesized by using higher viscous medium than traditional one. And finally, the coated low reflection layer from the hollow silica nanoparticles on polyester (PET) film can greatly reduce the reflection of the PET film from 10 % to 2 % over the entire visible region.
In chapter 3, a new method for fabrication of transparent electrode which is using silver nanocrystals and micro patterned structure is presented. By array of silver nanocrystals on micro-pattered substrates, final structure which has 70% of transmittance could be obtained. It is very cost-effective because it does not need any special process or equipment such as deposition of vacuum.
In chapter 4, silver nanoparticles embedded needle-like particles were synthesized by introduction melamine to polyol synthesis. Some organic materials are formed MOFs with metal ion such as silver. In this study, due to the simultaneous progress of the MOFs formation and metal ions reduction, metal nanocrystals embedded MOFs could be synthesized in our system
은 나노입자는 그 크기 또는 형태 등에 의해 열역학적, 전기적 화학적 성질 등이 달라지므로 이를 조절하고 다양한 분야에 응용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 다양한 방법 중 액상환원법을 통해 간단하고 값싸게 제조할 수 있기 때문에 polyol을 용매이자 환원제로 사용하는 polyol process가 널리 사용되고 있다. 하지만 아직까지 원하는 크기 등으로 생성되는 입자를 완벽히 제어하는 데에는 넘어야 할 장벽들이 많다.
따라서 본 연구에서는 입자가 생성 및 성장하는 메커니즘에 대해 분석하고, 조절된 입자를 이용하여 다양한 분야로의 응용가능성을 모색하고자 하였다. 뿐만 아니라 유기물을 도입한 새로운 합성법을 이용하여 현재까지 보고되지 않은 새로운 조성 및 모양의 은/유기물 복합체 입자의 생성에 대해서도 연구하였다.
제 2장에서는 polyol process에서 용매의 점도가 생성되는 은나노입자의 크기에 미치는 영향을 연구하고, 기존의 polyol process에서 사용하는 용매에 비해 높은 점도의 용매를 사용하여 20~50nm에서 균일한 크기를 갖는 은나노입자를 합성하였다. 이의 응용가능성을 모색하기 위하여, 졸-겔 반응을 이용, 100nm이하의 크기를 갖는 은-실리카 코어-쉘 입자를 합성하였고, 선택적은 은나노입자의 용해를 통해 최종적으로 100nm이하의 크기를 갖는 중공형 실리카 나노입자를 합성하였다. 해당 입자는 낮은 유효 굴절률로 저반사 코팅제로 사용될 수 있으며, 본 연구에서는 PET 필름상에 단일층으로 해당입자를 코팅함으로써, 투과도의 저하 없이 효과적으로 반사율을 감소시키는데 성공하였다.
제 3장에서는 기존의 은을 이용한 투명전극의 낮은 투명도와 복잡한 제조 공정의 한계를 극복하기 위하여 간단한 방법으로 마이크로 패턴상에 은나노입자를 배열하여 80%의 개구율을 갖는 구조를 제조하였다. 마이크로 패턴은 PS 입자를 이용한 3차원 콜로이드 결정을 마스터몰드로 사용하여 소프트 리소그래피를 통해 쉽고 빠르게 제조 되었으며, 은나노입자가 해당 패턴 위에서 아주 넓은 면적상에 배열되었음을 확인할 수 있었다. 기존의 ITO 등의 투명전극에 비해 낮은 투과율을 보였지만 아주 쉽고 저렴한 방법으로 투명전극을 제조할 수 있는 새로운 방법을 제시했다는 데에 의의가 있다.
제 4장에서는 기존의 polyol process에 유기물을 도입하여 은과 유기물이 형성하는 Metal organic frameworks(MOF)내에 은나노입자가 생성되는 새로운 합성법에 대해 연구하였다. 합성된 입자의 원소분석, IR 분광법, 용액의 pH 변화를 통해 입자의 조성, 생성 및 소멸과정 등을 연구하였다. 본 연구는 다양한 금속 또는 유기물이 사용된 금속/유기물 복합 입자의 합성 방법을 제시했다는 데에 의의가 있다.
