Metal nanoparticles have different properties depending on their size, shape, composition, and structure, It is essential to reveal formation mechanisms for the synthesis of desired metal nanoparticles. Recently, development of liquid cell transmission electron microscopy enables real-time observation of metal nanoparticle growth or etching process. However, due to experimental challenges, limited reactions or materials could be observed. In order to overcome this, it is necessary to improve liquid cell fabrication methods. In this thesis, we observed growth of Au-Pd core-shell nanoparticle at atomic-level resolution and sequential growth and etching of Au nanoparticle using graphene liquid cell transmission electron microscopy. In addition, we also characterized properties of Cu nanoparticles when they oxidized in oxygen atmosphere and applied them to actual devices.
금속 나노입자는 크기, 모양, 조성, 구조 등에 따라 그 특성이 달라진다. 원하는 금속 나노입자의 합성을 위해서 성장 메커니즘을 밝히는 것이 필수적이다. 최근 액상 투과전자현미경의 발전에 따라 금속 나노입자의 성장이나 에칭을 실시간으로 관찰할 수 있게 되었다. 하지만 실험적인 어려움에 따라 관찰할 수 있는 반응이나 물질이 제한적이었다. 이를 극복하기 위해서 기존의 액상셀 제조방법의 개선이 필요하다. 본 학위 논문에서는 그래핀 액상셀 투과전자현미경을 이용해 그 동안 관찰하지 못했던 금-팔라듐 코어쉘 나노입자의 성장을 관찰했고, 금 나노입자의 성장과 에칭반응을 연속적으로 관찰하여 새로운 성장과 에칭 메커니즘을 제시하였다. 또한 구리 나노입자가 산소 분위기에서 산화되면서 달라지는 특성을 관찰했고 이를 실제 소자에도 적용해보았다.
