Superlattice or supercrystal, in which nanoparticles are regularly arranged, has a unique and novel physical property that can not be realized by single nanoparticles through the collective effect of particles. Until now, various methods such as solvent evaporation method and DNA mediated method have been actively studied to produce nanoparticle superlattice, but since the structural stability is limited in various environmental conditions (temperature, acidity and solvent) so that there is a difficulty in applying it to an application field. Therefore, it is essential to develop a nanoparticle self-assembly method capable of securing stability under various environmental conditions. In this thesis, we have conducted a study to fabricate the gold nanoparticle superlattices by using amide bond, a covalent bond. First, two types of ligands with acyl chloride and amine functional groups were functionalized to form amide bonds in 5.4 nm gold nanoparticles of monodisperse size. The covalent bond reaction was carried out by adding acid ($H^+ ion$) as a reaction catalyst to gold nanoparticles whose surfaces were functionalized with different ligands. It was confirmed by electron microscopy and incineration X-ray scattering that gold nanoparticle superlattices with the most crystal structure of FCC was formed at specific gold nanoparticle concentration and acid concentration. This is the world's first nanoparticle superlattices using amide bonds. Since the covalent bond, which is the bond between the molecules, is applied to the inter-particle bonding, it is expected to have an advantage of being superior in stability compared to the conventional method, the structure was stable in various polar solvents (DMF, EtOH, Toluene) and at high temperature (170 ° C). Therefore, based on the results obtained in this study, it is expected to open new possibilities in applying to various environmental conditions.
나노입자가 규칙적으로 배열 된 초격자체 또는 초결정은 입자간의 집합적인 효과를 통해 단일 나노입자로는 구현할 수 없는 매우 독특하고 새로운 물리적 특성을 갖는다. 현재까지 나노입자 초격자체를 제조하기 위해 용매 증발법, DNA 자기조립법 등 여러 가지 방법들에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으나, 다양한 환경조건 (온도, 산성 및 용매) 에서 구조적 안정성이 제한적이기 때문에 광범위한 응용분야에 적용하는 것에 어려움이 있다. 따라서, 다양한 환경 조건에서도 안정성을 확보할 수 있는 나노입자 초격자체 제조 방법을 개발하는 것은 매우 필수적이다. 본 학위논문에서는, 공유 결합의 일종인 amide bond를 이용하여 금 나노입자 초격자체를 제조하는 연구를 수행하였다. 먼저 균일한 크기를 갖는 5.4nm의 금 나노입자 간의 결합을 amide bond로써 형성하기 위하여 각각 acyl chloride와 amine 작용기를 가진 리간드로 기능화된 두 종류의 금 나노입자를 합성하였다. 서로 다른 리간드로 표면이 기능화된 금 나노입자에 반응 촉매로써 산 ($H^+ 이온$)을 첨가하여 공유결합을 형성하였다. 특정 금 나노입자 농도, 산 농도에서 면심 입방 구조(FCC)를 갖는 금 나노입자 초격자체가 형성되었음을 전자현미경 및 소각 엑스선 산란 기법을 통해 확인하였고, 이는 세계 최초의 amide bond를 이용한 나노입자 초격자체이다. 분자간의 결합인 공유결합을 입자간의 결합에 적용하였기 때문에 기존의 방법으로 만든 초격자체에 비해 안정성이 뛰어나다는 장점을 가지게 될 것이라 예상되었고, 본 구조는 다양한 극성을 가진 용매(DMF, EtOH, Toluene) 및 고온(170°C)의 환경에서도 안정적으로 유지되었다. 따라서 본 연구에서 얻은 결과는 금 나노입자 초격자체가 다양한 환경 조건에 적용함에 있어서 새로운 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.
