KR101264256B1 - Method for preparing nano ring array and metal nanoparticle array - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자기 조립 블록 공중합체 역마이셀 배열의 재배열에 의한 끈 배열의 나노 링 및 금속 나노입자 구조체 어레이의 제조방법 및 이러한 제조방법으로 제조된 나노 링 어레이 및 금속 나노입자 구조체 어레이에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 나노 링 어레이를 템플레이트로 사용하여 단일 금속의 나노입자 어레이 뿐만 아니라 이중 금속의 나노입자 어레이를 제조할 수 있으며, 이러한 금속의 특이한 나노입자 구조체는 화학물질, 바이오 물질 및 질병 진단용 센서 등에 유용하게 사용할 수 있다.
The present invention relates to a method for producing a string array of nano-ring and metal nanoparticle structure array by rearrangement of the self-assembled block copolymer reverse micelle arrangement, and to a nano-ring array and a metal nanoparticle structure array manufactured by the method. The nanoring arrays prepared by the method according to the invention can be used as templates to produce nanoparticle arrays of single metals as well as double particle nanoparticle arrays, and the unusual nanoparticle structures of such metals can be used for chemicals, biomaterials and diseases. It can be usefully used for diagnostic sensors.

Description

나노 링 어레이 및 금속 나노입자 어레이의 제조방법{Method for preparing nano ring array and metal nanoparticle array}Method for preparing nano ring array and metal nanoparticle array {Method for preparing nano ring array and metal nanoparticle array}

본 발명은 자기 조립 블록 공중합체 역마이셀 배열의 재배열에 의한 끈 배열의 나노 링 어레이의 제조방법, 상기 나노 링 어레이를 이용하여 금속 나노입자 구조체 어레이를 제조하는 방법 및 상기 제조방법으로 제조된 나노 링 어레이 및 금속 나노입자 구조체 어레이에 관한 것이다.
The present invention provides a method for producing a string array nano ring array by rearranging the self-assembled block copolymer reverse micelle array, a method for producing a metal nanoparticle structure array using the nano ring array and a nano ring manufactured by the method An array and an array of metal nanoparticle structures.

자기 조립 기술은 최근 의료용, 전자/정보, 광학, 또는 센서 등 나노 크기의 디바이스 제작을 위한 도구로서 각광을 받고 있다. 예를 들어 단분산 나노입자의 2 차원 또는 3 차원적 조립체는 기능성 코팅제, 무 염료 도료 등에 활용되며, 배열된 마이크로 또는 나노 기공성 물질들의 성장을 위한 템플레이트, 광 분할, 광학필터, 광 결정 등 의광학 소재 및 소자 응용에 활용되어 왔다.Self-assembly technology has recently been in the spotlight as a tool for manufacturing nanoscale devices such as medical, electronic / information, optical, or sensors. For example, two-dimensional or three-dimensional assemblies of monodisperse nanoparticles are used in functional coatings, dye-free paints, and the like, and for templates, light splitting, optical filters, and photonic crystals for the growth of arrayed micro or nanoporous materials. It has been utilized in optical material and device applications.

블록 공중합체는 두 개 또는 그 이상의 고분자 사슬이 한쪽 끝을 매개로 공유결합으로 연결된 고분자로서, 두 블록 간의 공유결합 연결점의 제약으로 인해 각 블록을 각각의 도메인으로 상 분리시키는 경향을 띠게 된다. 이러한 블록 공중합체는 자발적인 상 분리에 의하여 10 nm에서 100 nm 정도의 크기를 갖는 주기적인 나노 구조를 형성할 수 있다. 이러한 나노 구조의 형태와 크기는 블록 공중합체의 분자량, 각 블록의 부피비, 각 블록 간의 플로리-허긴스(Flory-Huggins) 상호작용계수 등에 의하여 결정되며, 나아가 한 블록에만 선택적인 용매에 용해시키면 자발적으로 나노미터의 크기를 갖는 구형, 원통형 등의 마이셀을 형성할 수 있다. Block copolymers are polymers in which two or more polymer chains are covalently linked through one end, and tend to phase separate each block into their respective domains due to the limitation of the covalent bond point between the two blocks. Such block copolymers may form periodic nanostructures having a size of about 10 nm to about 100 nm by spontaneous phase separation. The shape and size of these nanostructures are determined by the molecular weight of the block copolymers, the volume ratio of each block, and the Flory-Huggins interaction coefficient between each block. As such, it is possible to form micelles such as spheres and cylinders having a size of nanometers.

또한, 블록 공중합체의 자기 조립 특성을 이용하면 블록 공중합체의 나노 구조 내에서 입자의 크기는 별도의 처리가 없어도 나노미터 크기로 제한될 수 있으며, 그 입자의 배열 또한 나노 구조에 크기와 간격에 의하여 제한되어 입자의 크기와 배열 조절이 가능하다.In addition, by using the self-assembly properties of the block copolymer, the size of the particles within the nanostructure of the block copolymer can be limited to nanometer size without any treatment, the arrangement of the particles in the size and spacing of the nanostructure Limited by the particle size and arrangement.

블록 공중합체를 한 블록 고분자에만 선택적인 용매에 용해시키면 외부(corona)에는 친용매성 블록이, 내부(core)에는 비용매성 블록이 자발적으로 위치한 마이셀을 형성할 수 있다. 이때 용매가 수용액으로 친수성 블록이 외부에 위치하는 형태를 마이셀, 용매가 유기용매로 친수성 블록이 내부에 위치하는 형태를 역마이셀로 구분한다. Dissolving the block copolymer in a solvent selective to only one block polymer can form micelles in which the solophilic block is spontaneously located in the corona and the nonsolvent block in the core spontaneously. In this case, micelles are classified into reverse micelles in which the hydrophilic block is located in an aqueous solution, and a solvent is an organic solvent.

상기 역마이셀을 이용하여 나노 구조체를 제조하는 새로운 접근 방법이 필요하다.
There is a need for a new approach to fabricating nanostructures using the reverse micelles.

이에, 본 발명자들은 블록 공중합체의 자기 조립 기술을 이용하여 블록 공중합체 용액을 제조하고, 이를 용매 증기와 접촉하는 단계를 거쳐 블록공중합체가 재배열된 끈 형태의 나노선 구조체를 얻은 뒤 선택적인 용매로써 처리하여 중앙에 기공이 생성된 끈 배열의 나노 링 어레이의 제조방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors prepared a block copolymer solution using a self-assembly technique of the block copolymer, and contacting it with the solvent vapor to obtain a string-shaped nanowire structure in which the block copolymer is rearranged, and then selectively The present invention has been developed a method for producing a nano-ring array of a string array in which pores are formed in the center by treating with a solvent, thereby completing the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 다양한 나노 구조체의 제조에 이용 가능한 끈 배열의 나노 링 어레이의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for producing a string array of nano ring arrays that can be used for the production of various nanostructures.

본 발명의 다른 목적은 상기 나노 링 어레이를 이용하여 금속 나노입자 구조체 어레이의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention to provide a method for producing a metal nanoparticle structure array using the nano ring array.

본 발명은 또 다른 목적은 상기 제조방법에 의해 제조된 나노 링 어레이 및 금속 나노 입자 구조체 어레이를 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a nano ring array and a metal nanoparticle structure array produced by the above method.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 친수성 블록 및 소수성 블록을 포함하는 블록 공중합체 용액을 기판에 도포하는 단계; (b) 상기 기판과 용매 증기를 접촉하는 단계; 및 (c) 상기 기판과 친수성 블록을 선택적으로 용해시키는 용매를 접촉하는 단계를 포함하는 기공이 형성된 나노 링 어레이의 제조방법 및 상기 (c)단계 이후, (d) 상기 나노 링 어레이와 금속 전구체 용액을 접촉하는 단계; 및 (e) 자외선 조사, 산소 플라즈마 처리 및 환원제 처리 중에서 선택된 하나 이상을 실시하는 단계를 포함하는 금속 나노입자 구조체 어레이의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of (a) applying a block copolymer solution containing a hydrophilic block and a hydrophobic block to the substrate; (b) contacting the substrate with solvent vapor; And (c) contacting the substrate with a solvent for selectively dissolving a hydrophilic block, and then, after the step (c), and (d) the nanoring array and the metal precursor solution. Contacting; And (e) provides a method for producing a metal nanoparticle structure array comprising the step of performing at least one selected from ultraviolet irradiation, oxygen plasma treatment and reducing agent treatment.

본 발명은 또한 상기 제조방법에 의해 제조된 나노 링 어레이 및 금속 나노입자 구조체 어레이를 제공한다.
The present invention also provides a nano ring array and a metal nanoparticle structure array produced by the above method.

본 발명에 따른 방법으로 제조된 나노 링 어레이를 템플레이트로 사용하여 은, 금, 백금, 산화아연 등 다양한 단일 금속의 나노입자 어레이뿐만 아니라 은과 금이 함께 존재하는 이중 금속의 나노입자 어레이를 제조할 수 있으며, 이러한 금속의 특이한 나노입자 구조체는 화학물질, 바이오 물질 및 질병 진단용 센서 등에 유용하게 사용할 수 있다.
The nanoring array prepared by the method according to the present invention can be used as a template to prepare a nanoparticle array of various metals such as silver, gold, platinum, zinc oxide, as well as a double metal nanoparticle array in which silver and gold are present. The specific nanoparticle structure of such metals may be usefully used for chemicals, biomaterials, and sensors for diagnosing diseases.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 은 또는 금의 단일 금속 나노입자 구조체의 제조방법과 은과 금의 이중 금속 나노입자 구조체의 제조방법을 나타내는 공정흐름도이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 블록 공중합체 PS-b-P2VP 역마이셀 템플레이트의 원자힘 현미경 사진이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 용매 증기와 접촉하는 단계를 통해 재배열된 역마이셀 나노선 박막의 원자힘 현미경 사진이다.
도 4는 도 3의 재배열된 역마이셀 나노선 박막 구조체를 에탄올에 침지시켜 P2VP 고분자 사슬이 표면 위로 팽윤되어 기공이 형성된 끈 배열의 나노 링 어레이의 원자힘 현미경 사진이다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 은 금속 전구체 용액이 도입된 끈 배열의 나노 링의 원자힘 현미경 사진이다.
도 6은 도 5의 고배율 원자힘 현미경 사진이다.
도 7은 실시예 1에서 제조된 자외선 조사로 고분자가 제거되고, 은 이온이 환원된 끈 배열의 은 나노입자 구조체 어레이의 원자힘 현미경 사진이다.
도 8은 실시예 1에서 제조된 금속 전구체 환원 전과 후의 끈 배열의 은 나노입자 구조체 어레이의 X-선 광전자 분광 광대역 스펙트럼이다.
도 9는 실시예 1에서 제조된 금속 전구체 환원 전과 후의 끈 배열의 은 나노입자 구조체 어레이의 X-선 광전자 분광 고분해능 스펙트럼이다.
도 10은 실시예 2에서 제조된 금 금속 전구체 용액이 도입된 끈 배열의 나노 링 어레이의 원자힘 현미경 사진이다.
도 11은 실시예 2에서 제조된 산소 플라즈마 처리로 고분자가 제거되고, 금 이온이 환원된 끈 배열의 금 나노입자 구조체 어레이의 원자힘 현미경 사진이다.
도 12는 도 11의 금 나노입자 구조체 어레이의 고배율 원자힘 현미경 사진이다.
도 13은 실시예 3에서 제조된 블록 공중합체 PS-b-P2VP 템플레이트의 원자힘 현미경 사진이다.
도 14는 실시예 3에서 제조된 용매 어닐링 공정을 통해 재배열된 역마이셀 나노선 박막의 원자힘 현미경 사진이다.
도 15는 실시예 3에서 제조된 박막 구조체를 에탄올에 침지시켜 P2VP 고분자 사슬이 표면 위로 팽윤된 끈 배열의 나노 링 어레이의 원자힘 현미경 사진이다.
도 16은 실시예 3에서 제조된 은 금속 전구체와 금 금속 전구체 용액에 차례로 침지하여 도입된 끈 배열의 나노 링 어레이의 원자힘 현미경 사진이다.
도 17은 실시예 3에서 제조된 수소화붕소나트륨 환원제로 은과 금 이온이 환원되어 고분자가 존재하는 끈 배열의 은과 금의 이중 금속 나노입자 구조체 어레이의 원자힘 현미경 사진이다.
도 18은 실시예 3에서 제조된 고분자가 존재하는 끈 배열의 은과 금의 이중 금속 나노입자 구조체의 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 성질을 측정한 자외가시 분광 광도계 그래프이다.
도 19는 실시예 4에서 제조된 금 금속 전구체와 은 금속 전구체 용액에 차례로 침지하여 도입된 끈 배열의 나노 링 어레이의 원자힘 형미경 사진이다.
도 20은 실시예 4에서 제조된 수소화붕소나트륨 환원제로 금과 은 이온이 환원되어 고분자가 존재하는 끈 배열의 금과 은의 이중 금속 나노입자 구조체의 원자힘 현미경 사진이다.
도 21은 실시예 4에서 제조된 고분자가 존재하는 끈 배열의 금과 은의 이중 금속 나노입자 구조체의 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 성질을 측정한 자외가시 분광 광도계 그래프이다.
1 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a single metal nanoparticle structure of silver or gold and a method of manufacturing a double metal nanoparticle structure of silver and gold according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an atomic force micrograph of the block copolymer PS-b-P2VP reverse micelle template prepared in Example 1. FIG.
3 is an atomic force micrograph of a reverse micelle nanowire thin film rearranged through contact with a solvent vapor prepared in Example 1. FIG.
FIG. 4 is an atomic force micrograph of a string array of ring arrays in which the rearranged reverse micelle nanowire thin film structure of FIG. 3 is immersed in ethanol to form pores by swelling P2VP polymer chains onto the surface.
FIG. 5 is an atomic force micrograph of a string array of nanorings into which a silver metal precursor solution prepared in Example 1 is introduced.
FIG. 6 is a high magnification atomic force micrograph of FIG. 5.
FIG. 7 is an atomic force micrograph of an array of silver nanoparticle structures in a string array in which polymers are removed and silver ions are reduced by ultraviolet irradiation prepared in Example 1. FIG.
FIG. 8 is an X-ray photoelectron spectral broadband spectrum of a string array of silver nanoparticle structure arrays before and after reduction of the metal precursor prepared in Example 1. FIG.
9 is an X-ray photoelectron spectroscopy high resolution spectrum of a string array of silver nanoparticle structure arrays before and after metal precursor reduction prepared in Example 1. FIG.
10 is an atomic force micrograph of a string array nano ring array into which the gold metal precursor solution prepared in Example 2 is introduced.
FIG. 11 is an atomic force micrograph of an array of gold nanoparticle structures in a string array in which polymers are removed and gold ions are reduced by oxygen plasma treatment prepared in Example 2. FIG.
FIG. 12 is a high magnification atomic force micrograph of the gold nanoparticle structure array of FIG. 11.
FIG. 13 is an atomic force micrograph of the block copolymer PS-b-P2VP template prepared in Example 3. FIG.
14 is an atomic force micrograph of a reverse micelle nanowire thin film rearranged through a solvent annealing process prepared in Example 3. FIG.
FIG. 15 is an atomic force micrograph of a string array of nanoring arrays in which the thin film structure prepared in Example 3 was immersed in ethanol to swell P2VP polymer chains onto the surface.
16 is an atomic force micrograph of a string array of nano ring arrays introduced by immersion in a silver metal precursor and a gold metal precursor solution prepared in Example 3 in turn.
FIG. 17 is an atomic force micrograph of a double metal nanoparticle structure array of silver and gold in a string array in which silver and gold ions are reduced to form a polymer with sodium borohydride reducing agent prepared in Example 3. FIG.
FIG. 18 is an ultraviolet-visible spectrophotometer graph of local surface plasmon resonance (LSPR) properties of a double metal nanoparticle structure of silver and gold in a string arrangement in which a polymer prepared in Example 3 is present.
19 is an atomic force micrograph of a string array of nano ring arrays introduced by immersion in a gold metal precursor and a silver metal precursor solution prepared in Example 4 in sequence.
FIG. 20 is an atomic force micrograph of a double metal nanoparticle structure of gold and silver in a string arrangement in which gold and silver ions are reduced to form a polymer with sodium borohydride reducing agent prepared in Example 4. FIG.
FIG. 21 is an ultraviolet-visible spectrophotometer graph of local surface plasmon resonance (LSPR) properties of a double metal nanoparticle structure of gold and silver in a string arrangement in which a polymer prepared in Example 4 is present.

본 발명에서 사용된 용어의 정의는 다음과 같다.Definitions of terms used in the present invention are as follows.

본 발명에서 사용된 용어 "역마이셀"은 블록 공중합체의 외부(corona)에는 소수성 블록이, 내부(core)에는 친수성 블록이 자발적으로 위치한 마이셀을 의미한다.As used herein, the term "reverse micelle" refers to a micelle, in which a hydrophobic block is spontaneously located on the outside of a block copolymer, and a hydrophilic block is located on the inside of a block copolymer.

본 발명에서 사용된 용어 "나노선(nanowire) 박막"은 블록 공중합체가 용매 증기와 접촉하여(용매 어닐링 공정) 기판 상에서 각각의 블록 공중합체의 역마이셀이 서로 인접하여 끈 배열을 이루고 있는 것을 의미한다. 본 명세서에서 상기 용어 "나노선 박막"은 "나노 끈 배열(nano stream array)"와 동일한 의미로 사용된다.As used herein, the term "nanowire thin film" means that the block copolymer is in contact with solvent vapor (solvent annealing process) so that reverse micelles of the respective block copolymers form a string arrangement adjacent to each other on the substrate. do. The term "nanowire thin film" is used herein in the same sense as "nano stream array."

본 발명에서 사용된 용어 "나노 링(nano ring)은 상기 나노선 박막과 친수성 블록을 선택적으로 용해시키는 용매를 접촉시켜 친수성 블록이 표면으로 팽윤되어 링 형태를 가지는 것을 의미한다.As used herein, the term "nano ring" means that the hydrophilic block swells to the surface by contacting the nanowire thin film with a solvent that selectively dissolves the hydrophilic block to have a ring shape.

본 발명에서 사용된 용어 "나노 링 어레이(nano ring array)는 기판 상에서 상기 각각의 나노 링이 서로 인접하여 끈 배열을 이루고 있는 것을 의미한다.The term "nano ring array" used in the present invention means that each of the nano rings are arranged in a string arrangement adjacent to each other on a substrate.

본 발명에서 사용된 용어 "금속 나노 입자 구조체(metal nano particle structure)는 금속 나노입자 또는 금속 나노입자가 상기 나노 링과 결합되어 있는 것을 의미한다.As used herein, the term "metal nano particle structure (metal nano particle structure) means that the metal nanoparticles or metal nanoparticles are combined with the nano ring.

본 발명에서 사용된 용어 "금속 나노 입자 구조체 어레이(metal nano particle structure array)는 기판 상에서 상기 각각의 금속 나노 입자 구조체가 서로 인접하여 끈 배열을 이루고 있는 것을 의미한다.
As used herein, the term "metal nano particle structure array (metal nano particle structure array) means that each of the metal nanoparticle structure on the substrate adjacent to each other in a string arrangement.

본 발명은 (a) 친수성 블록 및 소수성 블록을 포함하는 블록 공중합체 용액을 기판에 도포하는 단계; (b) 상기 기판과 용매 증기를 접촉하는 단계; 및 (c) 상기 기판과 친수성 블록을 선택적으로 용해시키는 용매를 접촉하는 단계를 포함하는 기공이 형성된 나노 링 어레이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention comprises the steps of (a) applying a block copolymer solution comprising a hydrophilic block and a hydrophobic block to the substrate; (b) contacting the substrate with solvent vapor; And (c) contacting the substrate with a solvent for selectively dissolving the hydrophilic block.

본 발명의 단계 (a)는 친수성 블록과 소수성 블록을 포함하는 블록 공중합체 용액을 기판 상에 도포하여 단분자막을 형성하는 단계이다.Step (a) of the present invention is a step of applying a block copolymer solution containing a hydrophilic block and a hydrophobic block on a substrate to form a monomolecular film.

상기 친수성 블록은 폴리비닐피리딘, 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴아미드 및 폴리스티렌설폰산으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 중합체가 사용될 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.The hydrophilic block may be one or more polymers selected from the group consisting of polyvinylpyridine, polyethylene oxide, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyacrylamide and polystyrenesulfonic acid, but is not limited thereto. no.

상기 소수성 블록은 폴리스티렌, 폴리올레핀, 폴리알킬아크릴레이트, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리실록산, 폴리이미다졸 및 폴리락톤(또는 폴리락티드)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 중합체가 사용될 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.The hydrophobic block may be one or more polymers selected from the group consisting of polystyrene, polyolefin, polyalkylacrylate, polyisoprene, polybutadiene, polysiloxane, polyimidazole and polylactone (or polylactide), but is not limited thereto. It doesn't happen.

또한, 상기 기판으로는 당 분야에서 사용되는 것이라면 모두 가능하나 바람직하기로는 실리콘 웨이퍼, 유리, 쿼츠 또는 인듐틴옥시드(ITO) 등의 무기 기판이나 PMMA 등의 고분자 기판 등을 사용할 수 있으며, 그 용도에 따라 적합한 소재를 사용할 수 있다. The substrate may be any one used in the art, but preferably, an inorganic substrate such as silicon wafer, glass, quartz or indium tin oxide (ITO), a polymer substrate such as PMMA, and the like may be used. Accordingly suitable materials may be used.

본 발명에서 단계 (a)의 용액은 사용하는 블록 공중합체의 종류 및 금속 전구체의 종류 등에 의하여 선택할 수 있으며, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 친수성 블록 및 소수성 블록과 친화력을 가지는 공용매 및 소수성 블록을 선택적으로 용해시키는 용매로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 용액을 사용할 수 있다.In the present invention, the solution of step (a) may be selected according to the type of block copolymer to be used and the kind of metal precursor, and the like, but the type is not particularly limited. Solutions comprising at least one selected from the group consisting of solvents that selectively dissolve the medium and hydrophobic blocks can be used.

예를 들어, 소수성 블록을 선택적으로 용해시키는 용매는 톨루엔, 클로로포름, 디메틸포름아마이드, 벤젠, 헵테인 및 자일렌으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 용매를 사용할 수 있다. 또한 공용매로는 테트라하이드로퓨란(THF), 또는 디메틸포름아마이드(DMF) 등이 사용될 수 있으나, 친수성 및 소수성 블록에 대한 공용매라면 이로 제한되지 않는다.For example, the solvent for selectively dissolving the hydrophobic block may use one or more solvents selected from the group consisting of toluene, chloroform, dimethylformamide, benzene, heptane and xylene. In addition, tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), and the like may be used as the cosolvent, but is not limited thereto as long as it is a cosolvent for hydrophilic and hydrophobic blocks.

특히, 상기 공용매 및 소수성 블록의 혼합 용매를 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로 소수성 블록을 선택적으로 용해시키는 용매 1 중량부에 대하여 친수성 블록 및 소수성 블록과 친화력을 가지는 공용매 0.2 내지 0.7 중량부를 포함하는 혼합 용매를 사용할 수 있다. In particular, a mixed solvent of the cosolvent and the hydrophobic block may be used, and more specifically, 0.2 to 0.7 parts by weight of the cosolvent having affinity with the hydrophilic block and the hydrophobic block with respect to 1 part by weight of the solvent for selectively dissolving the hydrophobic block. Mixed solvents can be used.

이와 같이 소수성 용매에 공용매를 혼합하여 사용하는 경우 다음 단계 (b)에서의 용매 어닐링 공정에서 블록공중합체의 이동성을 증가시킬 수 있다. 만약, 공용매의 중량부가 0.2 미만인 경우에는 블록 공중합체의 이동성이 감소하여 어닐링 시간을 길게 해주어야 하고, 이와 같이 어닐링 시간을 길게 하는 경우 단분자막의 형상이 왜곡될 수 있다. 또한 공용매의 중량부가 0.7 이상으로 공용매의 중량이 많을 경우 블록공중합체의 이동성이 증가하므로 어닐링 시간이 짧아질 수 있으나, 박막이 팽윤되어 표면으로부터 벗겨질 우려가 있다. As such, when the cosolvent is mixed with the hydrophobic solvent, the mobility of the block copolymer may be increased in the solvent annealing process in the next step (b). If the weight part of the cosolvent is less than 0.2, the mobility of the block copolymer is reduced to lengthen the annealing time. If the annealing time is lengthened as such, the shape of the monomolecular film may be distorted. In addition, when the weight of the cosolvent is 0.7 or more, the weight of the cosolvent increases the mobility of the block copolymer, so that the annealing time may be shortened, but the thin film may swell and peel off from the surface.

본 발명에서, 상기 단계(a)의 용액 중에는 블록 공중합체가 0.1 내지 1 중량% 함량으로 첨가되어 제조될 수 있다. 만약, 상기 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 균일한 조밀도의 블록 공중합체 단분자막이 생성되지 않을 수 있고, 1 중량%를 초과하는 경우에는 블록 공중합체 다층막이 생성될 수 있다.In the present invention, the block copolymer may be prepared by adding 0.1 to 1% by weight in the solution of step (a). If the content is less than 0.1% by weight, the block copolymer monomolecular film of uniform density may not be produced, and when the content is more than 1% by weight, the block copolymer multilayer film may be produced.

또한, 본 발명에서 상기 단분자막은 당 분야에서 사용되는 코팅법으로 제조되는 것으로, 바람직하기로는 스핀 코팅법으로 제조되는 것이 적합하다. 스핀코팅 조건은 사용되는 고분자의 종류, 분자량, 용매 및 단분자막의 두께에 따라 변경 가능하나, 일 예를 들어 폴리스티렌-블록-폴리(2-비닐피리딘)을 블록공중합체로 사용하는 경우에는, 블록 공중합체 역마이셀을 1000 내지 2500 rpm으로 스핀 코팅하여 코팅층을 제조할 수 있다. rpm 조건은 블록 공중합체의 종류에 따라 적절히 조절할 수 있다. 만약, 상기 스핀 코팅시 rpm 조건이 1000 rpm 미만인 경우에는 역마이셀 다층막이 생성될 수 있고, 2500 rpm을 초과하는 경우에는 균일한 조밀도와 두께의 역마이셀 단분자막이 유도되지 않을 수 있다.In addition, in the present invention, the monomolecular film is prepared by a coating method used in the art, and preferably is prepared by a spin coating method. The spin coating conditions can be changed depending on the type of polymer used, the molecular weight, the solvent, and the thickness of the monomolecular film. For example, in the case of using polystyrene-block-poly (2-vinylpyridine) as the block copolymer, block air Coated reverse micelles may be spin coated at 1000 to 2500 rpm to prepare a coating layer. The rpm condition can be appropriately adjusted according to the type of block copolymer. If the rpm condition is less than 1000 rpm during spin coating, a reverse micelle multi-layer film may be generated. When the rpm condition exceeds 2500 rpm, a reverse micelle monolayer having a uniform density and thickness may not be induced.

본 발명에서 상기 단분자막은 사용되는 용매의 종류에 따라 역마이셀 형태 및/또는 비마이셀 형태(사슬 형태)의 블록 공중합체를 포함할 수 있다.
In the present invention, the monomolecular film may include a block copolymer of reverse micelle form and / or non-micel form (chain form) according to the kind of solvent used.

본 발명에 따른 상기 단계 (b)는 상기 단계 (a)에서 제조된 단분자막을 포화된 용매 기체를 이용하여 용매 증기와 접촉시켜 블록공중합체가 무질서 상으로 변하여 끈(stream) 형태로 재배열된 나노선 박막을 제조하는 단계이다. In the step (b) according to the present invention, the monomolecular film prepared in the step (a) is contacted with solvent vapor using a saturated solvent gas so that the block copolymer is rearranged into a stream in a disordered phase. The step of preparing a thin film for the route.

포화된 용매 기체를 이용하여 고분자 사슬에 유연성과 이동성을 부여하는 공정을 용매 어닐링(solvent annealing) 공정이라 한다. 용매 어닐링 공정에 사용하는 용매는 블록 공중합체의 두 블록에 대해 높은 친화력을 가지는 공용매(cosolvent)를 사용할 수 있으며, 어닐링 과정은 상온에서 이루어질 수 있다. 적당한 부피의 밀폐된 용기 내부를 용매 증기로 포화시킨 환경에서 블록 공중합체 박막은 팽윤되고 고분자 사슬이 재배열하여 무질서 상으로 변하게 된다.The process of imparting flexibility and mobility to the polymer chain by using a saturated solvent gas is called a solvent annealing process. The solvent used in the solvent annealing process may use a cosolvent having a high affinity for two blocks of the block copolymer, and the annealing process may be performed at room temperature. In an environment in which an appropriate volume inside a closed vessel is saturated with solvent vapor, the block copolymer thin film swells and the polymer chains are rearranged to change into a disordered phase.

공용매는 예를 들어 테트라하이드로퓨란, 또는 디메틸포름알데히드 등이 있으나, 이로 제한되는 것은 아니고 친수성 및 소수성 블록에 대해 높은 친화력을 가지는 용매라면 어떤 것이든지 사용할 수 있다.Cosolvents include, for example, tetrahydrofuran, dimethylformaldehyde, and the like, but are not limited thereto, and any solvent may be used as long as it has a high affinity for hydrophilic and hydrophobic blocks.

본 발명에서, 용매 어닐링을 적용하는 시간은 사용하는 용매의 종류에 따라 변동될 수 있으나, 10 분 내지 8 시간 동안 수행할 수 있다. 용매 어닐링 시간이 10분 미만으로 짧은 경우 블록 공중합체의 이동이 충분하지 않아 재배열이 되기 어렵고, 8시간을 초과하는 경우 단분자막이 왜곡될 수 있다.In the present invention, the time for applying the solvent annealing may vary depending on the type of solvent used, but may be performed for 10 minutes to 8 hours. If the solvent annealing time is shorter than 10 minutes, the block copolymer is not sufficiently shifted to be rearranged. If the solvent annealing time is longer than 8 hours, the monomolecular film may be distorted.

일 예로 공용매와 소수성 블록을 선택적으로 용해시키는 용매의 중량비가 약 1:3으로 공용매의 함량이 낮은 경우 용매 어닐링을 적용하는 시간이 약 6 ~ 8시간 정도 필요하다. 반면 상기 중량비가 1:0으로 공용매만을 사용하는 경우 용매 어닐링을 적용하는 시간이 약 10 ~ 30 분 정도만 필요하다.
For example, when the weight ratio of the solvent for selectively dissolving the cosolvent and the hydrophobic block is about 1: 3, and the content of the cosolvent is low, it takes about 6 to 8 hours to apply the solvent annealing. On the other hand, when using only a co-solvent with a weight ratio of 1: 0, the time required for applying the solvent annealing is only about 10 to 30 minutes.

본 발명에 따른 상기 단계 (c)는 상기 단계 (b)에서 제조된 나노선 박막과 친수성 블록에 대해 선택적인 용매를 접촉시켜, 친수성 블록이 표면 위로 팽윤됨과 동시에 중앙에 기공이 형성된 형태의 끈 배열의 나노 링 어레이를 제조하는 단계이다.In step (c) according to the present invention, the nanowire thin film prepared in step (b) is contacted with a solvent selective to the hydrophilic block, so that the hydrophilic block is swollen onto the surface and at the same time a pore is formed in the center. Step of preparing a nano ring array.

구체적으로, 나노선 박막을 친수성 블록에 대해 선택적인 용매에 침지시키는 경우, 친수성 블록이 표면 위로 팽윤됨과 동시에 중앙에 기공이 형성된 형태의 끈 배열의 나노 링이 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 친수성 블록에 선택적인 용매인 에탄올에 박막을 침지시키면 내부에 위치하던 친수성 블록은 외부 표면 위로 팽윤되어 노출되면서 중앙에 기공이 생성된 링 형태를 이루게 된다. Specifically, when the nanowire thin film is immersed in a solvent selective for the hydrophilic block, a string array of nano-rings in the form of a pore formed at the same time as the hydrophilic block is swollen over the surface may be manufactured. More specifically, when the thin film is immersed in ethanol, which is a solvent selective to the hydrophilic block, the hydrophilic block located inside is swollen and exposed on the outer surface to form a ring in which pores are formed in the center.

친수성 블록에 선택적인 용매는 에탄올, 또는 메탄올 등의 알코올 용매나 염산, 또는 아세트산 등의 산성 용매로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 용매 또는 이들의 혼합용매가 사용될 수 있다.The solvent selective for the hydrophilic block may be one or more solvents selected from the group consisting of an alcohol solvent such as ethanol or methanol, an acidic solvent such as hydrochloric acid, or acetic acid, or a mixed solvent thereof.

본 발명에서 상기 제조된 나노선 박막과 용매를 접촉시키는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 상기 나노선 박막을 용매에 침지시키는 방법을 사용할 수 있다. 접촉 시간은 30초 내지 2시간, 보다 구체적으로는 5 분 내지 1 시간, 보다 더 구체적으로는 10분 내지 30분 동안 침지시킬 수 있다. 너무 짧은 시간 침지시킬 경우 친수성 블록이 충분히 팽윤되지 않을 수 있고, 너무 긴 시간 침지시킬 경우 단분자막이 약화될 수 있다.
In the present invention, the method of contacting the prepared nanowire thin film with the solvent is not particularly limited, but a method of dipping the nanowire thin film in a solvent may be used. The contact time can be immersed for 30 seconds to 2 hours, more specifically 5 minutes to 1 hour, even more specifically 10 minutes to 30 minutes. If soaked for too short, the hydrophilic block may not swell sufficiently, and if soaked for too long, the monomolecular film may be weakened.

본 발명은 또한 상기 제조방법에 의해 제조된 나노 링 어레이에 관한 것이다.The present invention also relates to a nano ring array produced by the above production method.

상기 나노 링 어레이는 기판 상에 나노 크기의 블록 공중합체가 서로 인접하여 끈 형태로 배열되어 있고, 상기 블록 공중합체는 내부 링에 소수성 블록이 위치하고, 외부 링에 친수성 블록이 위치하고, 중간에 기공을 가지는 링 형태인 것을 특징으로 한다.The nano-ring array has a nano-sized block copolymer is arranged adjacent to each other in the form of a string, the block copolymer has a hydrophobic block in the inner ring, a hydrophilic block in the outer ring, the pores in the middle The branch is characterized by a ring shape.

상기 나노 링은 평균 직경이 약 40 내지 80 nm이고, 중간 기공의 평균 직경은 약 10 내지 30 nm이다. 또한 나노 스트림 간의 간격은 약 10 내지 30 nm이다.The nano ring has an average diameter of about 40 to 80 nm, and the average diameter of the mesopores is about 10 to 30 nm. The spacing between nanostreams is also about 10 to 30 nm.

이와 같은 나노 링 구조는 금속 나노 입자와 같은 다양한 나노 구조체의 주형 등으로 활용할 수 있다.
Such a nano ring structure can be used as a template of various nanostructures such as metal nanoparticles.

본 발명은 또한 (a') 본 발명에 따른 상기 방법으로 나노 링 어레이를 제조하는 단계;The invention also comprises the steps of (a ') preparing a nano ring array by the method according to the invention;

(d) 상기 나노 링 어레이와 금속 전구체 용액을 접촉하는 단계; 및(d) contacting the nano ring array with a metal precursor solution; And

(e) 자외선 조사, 산소 플라즈마 처리 및 환원제 처리 중에서 선택된 하나 이상을 실시하는 단계를 포함하는 금속 나노입자 구조체 어레이의 제조방법에 관한 것이다.(e) a method of manufacturing a metal nanoparticle structure array comprising performing at least one selected from ultraviolet irradiation, oxygen plasma treatment, and reducing agent treatment.

본 발명에 따른 상기 단계 (d)는 본 발명에 따라 제조된 끈 배열의 나노 링 어레이를 금속 전구체 용액에 침지시켜 친수성 블록의 영역에 금속 전구체를 도입시키는 단계이다.Step (d) according to the present invention is a step of introducing a metal precursor to the region of the hydrophilic block by immersing the array of nano-rings of the string array prepared according to the present invention in a metal precursor solution.

본 발명에서, 금속 전구체로는 금속의 질산염, 황산염, 탄산염, 초산염, 브롬화물, 염화물, 불화물, 수산화물 및 수화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.In the present invention, at least one selected from the group consisting of nitrates, sulfates, carbonates, acetates, bromide, chlorides, fluorides, hydroxides and hydrates of metals may be used as the metal precursor.

본 발명에서 금속은 전이금속, 알칼리금속, 알칼리토금속 등을 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 리튬(Li), 베릴륨(Be), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mg), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 셀레늄(Se), 루비듐(Rb), 스트론튬(Sr), 지르코늄(Zr), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 테크네튬(Tc), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 텔루륨(Te), 세슘(Cs), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 홀뮴(Ho), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb), 루테튬(Lu), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au), 수은(Hg), 탈륨(Tl), 납(Pb), 비스무트(Bi), 폴로늄(Po), 프랑슘(Fr), 라듐(Ra), 악티늄(Ac), 우라늄(U), 넵투늄(Np), 플루토늄(Pu) 및 마이트네륨(Mt)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 금속일 수 있다. In the present invention, the metal may be a transition metal, an alkali metal, an alkaline earth metal, and the like, and more specifically, lithium (Li), beryllium (Be), sodium (Na), magnesium (Mg), aluminum (Al), potassium ( K), calcium (Ca), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mg), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper ( Cu, Zinc (Zn), Gallium (Ga), Germanium (Ge), Selenium (Se), Rubidium (Rb), Strontium (Sr), Zirconium (Zr), Niobium (Nb), Molybdenum (Mo), Technetium ( Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), cadmium (Cd), indium (In), tin (Sn), antimony (Sb), tellurium (Te), cesium (Cs), Barium (Ba), Lanthanum (La), Cerium (Ce), Praseodymium (Pr), Neodymium (Nd), Promethium (Pm), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Holmium (Ho), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au), mercury (Hg), thallium (Tl), lead (Pb), bismuth (Bi), It may be a metal selected from the group consisting of polonium (Po), francium (Fr), radium (Ra), actinium (Ac), uranium (U), neptunium (Np), plutonium (Pu) and mitenium (Mt). .

본 발명에서, 보다 구체적으로는 금, 은, 백금, 팔라듐 및 아연으로 이루어진 군에서 선택된 금속이 사용될 수 있으며, 상기 금속 전구체는 금속의 질산염, 황산염, 탄산염, 초산염, 브롬화물, 염화물, 불화물, 수산화물 및 수화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 바람직하다. 특히 본 발명의 일 예로서, 은의 전구체로는 과산화은(Ag2O), 황화은(Ag2S), 질산은(AgNO3), 황산은(Ag2SO4) 및 아세트산은(Ag(CH3COO)) 등을 들 수 있다. In the present invention, more specifically, a metal selected from the group consisting of gold, silver, platinum, palladium and zinc may be used, and the metal precursor may be nitrate, sulfate, carbonate, acetate, bromide, chloride, fluoride or hydroxide of the metal. And one or more selected from the group consisting of hydrates. In particular, as an example of the present invention, silver precursors include silver peroxide (Ag 2 O), silver sulfide (Ag 2 S), silver nitrate (AgNO 3 ), silver sulfate (Ag 2 SO 4 ) and silver acetate (Ag (CH 3 COO) ), And the like.

또한 상기 금속 전구체는 용매에 대하여 0.1 내지 10 중량%로 혼합한다. 이때 0.1 중량% 미만인 경우에는 금속 전구체의 양이 적어 상기에서 제조된 박막에 충분한 양의 금속 전구체가 도입되지 않을 수 있고, 10 중량%를 초과하는 경우에는 금속 전구체의 양이 과다하여 끈 배열의 나노 링 구조를 벗어나게 되는 결과를 야기하게 되며 따라서 규칙적인 2차원 배열 형태를 얻을 수 없다. 상기 전구체는 소수성 블록보다 친수성 블록과 결합하려는 성질이 있어 팽윤되어 재배치된 링 모양의 친수성 블록과 결합한다.In addition, the metal precursor is mixed at 0.1 to 10% by weight with respect to the solvent. In this case, when the amount of the metal precursor is less than 0.1 wt%, a sufficient amount of the metal precursor may not be introduced into the thin film prepared above, and when the amount is more than 10 wt%, the amount of the metal precursor is excessive so that the nanowires are arranged in a string. This results in a deviation from the ring structure, so a regular two-dimensional array form cannot be obtained. The precursor has a property of binding to a hydrophilic block rather than a hydrophobic block and binds to a ring-shaped hydrophilic block that is swollen and rearranged.

본 발명에서, 상기 금속 전구체와 혼합되는 용매로는 에탄올, 메탄올, 부탄올, 프로판올, 아이소프로판올 등의 알코올 용매가 사용될 수 있다.In the present invention, an alcohol solvent such as ethanol, methanol, butanol, propanol, isopropanol may be used as the solvent mixed with the metal precursor.

본 발명에서, 나노 링 어레이와 금속 전구체를 접촉시키는 시간은 10분 내지 10시간, 구체적으로 30 분 내지 2 시간 일 수 있고, 이는 금속 전구체 용액의 농도에 따라 적절하게 조절할 수 있다. In the present invention, the time for contacting the nano ring array and the metal precursor may be 10 minutes to 10 hours, specifically 30 minutes to 2 hours, which may be appropriately adjusted according to the concentration of the metal precursor solution.

다음으로, 본 발명에 따른 상기 단계 (e)는 상기 단계 (d)에서 형성된 단분자막에 자외선을 조사하거나 산소 플라즈마 처리를 하여 블록 공중합체를 제거함과 동시에 금속 전구체를 환원시켜 끈 배열의 금속 나노입자 구조체를 제조하거나 환원제를 이용하여 금속 전구체를 환원시켜 고분자가 포함된 끈 배열의 금속 나노입자 구조체를 제조하는 단계이다.Next, the step (e) according to the present invention is to remove the block copolymer by irradiating UV light or oxygen plasma treatment to the monomolecular film formed in the step (d) and at the same time to reduce the metal precursor to the metal nanoparticle structure of the string array To prepare or to reduce the metal precursor using a reducing agent to prepare a metal nanoparticle structure of the string array containing the polymer.

상기 형성된 단분자막의 블록 공중합체는 자외선 조사로 제거할 수 있다. 또한, 자외선 조사 과정에서 금속 이온은 환원되어 기판 상에 끈 배열의 금속 나노입자 배열을 형성한다. 자외선을 조사하여 블록 공중합체를 제거하고 금속 전구체를 환원시키는 방법은 예를 들어 은과 백금 등과 같은 금속에 적용할 수 있다.The block copolymer of the formed monomolecular film can be removed by ultraviolet irradiation. In addition, metal ions are reduced during ultraviolet irradiation to form a string array of metal nanoparticle arrays on a substrate. The method of removing the block copolymer by reducing ultraviolet rays and reducing the metal precursor may be applied to metals such as silver and platinum, for example.

이때, 자외선을 10 내지 50 W/cm2의 세기로 1시간 내지 10시간 동안 조사할 수 있고, 구체적으로 파장 200 내지 300 nm의 자외선을 25 W/cm2의 세기로 1 내지 6 시간 동안 조사할 수 있다. 너무 강한 세기로 또는 오랫동안 조사하는 경우에는 최적의 표면 플라즈몬 성질을 발휘하는 금속 은 상태를 유도하지 못하는 문제가 있고, 너무 약한 세기로 또는 짧게 조사하는 경우에는 금속 은 전구체가 완전히 환원되지 못하는 문제가 있다.In this case, ultraviolet rays may be irradiated for 1 hour to 10 hours at an intensity of 10 to 50 W / cm 2 , and specifically, ultraviolet rays having a wavelength of 200 to 300 nm may be irradiated for 1 to 6 hours at an intensity of 25 W / cm 2 . Can be. When irradiated with too strong an intensity or for a long time, there is a problem that the metal silver state exhibiting the optimum surface plasmon property cannot be induced, and when irradiated with too weak an intensity or too short, the metal silver precursor is not completely reduced. .

또한 상기 형성된 단분자막의 블록 공중합체는 산소 플라즈마 처리를 하여 제거할 수 있다. 또한 산소 플라즈마 처리 과정에서 금속 이온은 환원되어 기판 상에 끈 배열의 금속 나노입자 배열을 형성한다. 산소 플라즈마 처리를 하여 블록 공중합체를 제거하고 금속 전구체를 환원시키는 방법은 예를 들어 금과 산화아연 등에 적용할 수 있다.In addition, the formed block copolymer of the monomolecular film may be removed by oxygen plasma treatment. In addition, during the oxygen plasma treatment, metal ions are reduced to form a string array of metal nanoparticle arrays on a substrate. The method of removing the block copolymer and reducing the metal precursor by performing an oxygen plasma treatment can be applied to, for example, gold, zinc oxide, or the like.

이때, 산소 플라즈마를 40 ~ 60 sccm, 100 내지 120W의 세기로 10 초 내지 20 분 동안 처리할 수 있고, 구체적으로 110W의 세기로 30 초 내지 10분 동안 조사할 수 있다. 너무 짧은 시간 동안 처리하면 고분자가 완전히 제거되지 않는 문제가 있고, 너무 긴 시간 동안 처리하면 금속이 기존의 구조체를 무시하고 서로 응집되는 문제가 있다.At this time, the oxygen plasma may be treated for 10 seconds to 20 minutes at an intensity of 40 to 60 sccm, 100 to 120W, and specifically, may be irradiated for 30 seconds to 10 minutes at an intensity of 110W. If the treatment for too short time there is a problem that the polymer is not completely removed, if the treatment for too long time there is a problem that the metal is agglomerated with each other to ignore the existing structure.

상기 형성된 금속 전구체는 환원제를 이용하여 환원시킬 수 있다. 환원제를 이용하여 금속 전구체를 환원시키는 방법은 모든 금속에 사용할 수 있으며 기판 상에 고분자가 제거되지 않은 끈 배열의 금속 나노입자 배열을 형성할 수 있게 한다. 고분자는 차후 공정으로 제거될 수 있다. 금 금속은 자외선을 조사할 경우 환원이 되지 않고, 은 금속은 산소 플라즈마 처리를 할 경우 서로 강하게 응집이 되어 구조체를 붕괴시키는 문제가 생긴다. 그러므로 은과 금의 이중 금속 나노 구조체를 제조하기 위해 서로 영향을 받지 않도록 환원제를 사용하여 안전하게 환원시킬 수 있고, 결과적으로 고분자가 존재하는 금속 나노입자 배열을 형성할 수 있게 한다.The formed metal precursor may be reduced using a reducing agent. Reducing the metal precursor using a reducing agent can be used for all metals and allows the formation of a string array of metal nanoparticle arrays on which a polymer is not removed. The polymer may be removed in a subsequent process. Gold metal is not reduced when irradiated with ultraviolet light, silver metal is strongly aggregated with each other when the oxygen plasma treatment causes a problem of collapse of the structure. Therefore, it is possible to safely reduce using a reducing agent so as not to influence each other to produce a double metal nanostructure of silver and gold, resulting in the formation of an array of metal nanoparticles in which the polymer is present.

이때, 0.005 M 내지 0.05 M의 농도를 가지는 환원제 용액에 30초 내지 30분 동안 침지시켜 금속 전구체를 환원시킬 수 있다. 환원제 용액의 용매는 예를 들어 에탄올과 같은 당업계에서 공지된 용매를 사용할 수 있다. 환원제 역시 특별히 제한되지는 않으며, 당업계에 공지된 수소화붕소나트륨(NaBH4), 수소화알루미늄리튬(LiAlH4), 이산화황(SO2) 및 수소(H2)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 선택할 수 있다. 상기 용액의 농도가 너무 낮거나 접촉 시간이 짧으면 금속 전구체가 충분히 환원되지 못하는 문제가 있고, 용액의 농도가 너무 높거나 접촉 시간이 길면 강한 환원제로 인하여 최적의 표면 플라즈몬 성질을 발휘하는 금속 상태를 유도하지 못하는 문제가 있다.
In this case, the metal precursor may be reduced by immersion for 30 seconds to 30 minutes in a reducing agent solution having a concentration of 0.005 M to 0.05 M. As the solvent of the reducing agent solution, a solvent known in the art such as ethanol can be used. The reducing agent is also not particularly limited and may be one or more selected from the group consisting of sodium borohydride (NaBH 4 ), lithium aluminum hydride (LiAlH 4 ), sulfur dioxide (SO 2 ) and hydrogen (H 2 ) known in the art. You can choose. If the concentration of the solution is too low or the contact time is short, there is a problem that the metal precursor is not sufficiently reduced, if the solution concentration is too high or the contact time is long, due to the strong reducing agent to induce a metal state exhibiting the best surface plasmon properties There is a problem that can not.

본 발명은 또한 상기 제조방법에 의해 제조된 금속 나노입자 구조체 어레이에 관한 것이다.The present invention also relates to an array of metal nanoparticle structures produced by the above method.

상기 금속 나노입자 구조체 어레이는 기판 상에 나노 크기의 금속 나노입자 또는 나노 링에 금속 나노입자 결합된 구조체가 서로 인접하여 끈 형태로 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.The metal nanoparticle structure array is characterized in that the nanoscale metal nanoparticles or structures bonded to the metal nanoparticles in the nano ring on the substrate are arranged adjacent to each other in the form of a string.

상기 금속 나노입자는 평균 직경이 약 10 내지 40 nm이고, 나노 스트림 간의 간격은 약 10 내지 30 nm이다.
The metal nanoparticles have an average diameter of about 10 to 40 nm and the spacing between the nanostreams is about 10 to 30 nm.

본 발명에 따른 방법으로 제조된 금속의 특이한 나노입자 구조체는 화학물질, 바이오 물질 및 질병 진단용 센서 등에 유용하게 사용할 수 있다.
Specific nanoparticle structures of metals produced by the method according to the invention can be usefully used for chemicals, biomaterials and sensors for diagnosing diseases.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. It should be noted, however, that the following examples are illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

<< 실시예Example 1> 은 나노입자 구조체의 제조 1> Preparation of Silver Nanoparticle Structure

톨루엔과 테트라하이드로퓨란을 3 : 1의 중량비로 혼합한 용매에 비대칭 조성의 폴리스티렌-블록-폴리(2-비닐피리딘)(PS-b-P2VP; Mn(PS)= 50000 g/㏖, Mw/Mn= 1.09, Polymer Source Inc.에서 구입) 0.5 중량%를 가지는 블록 공중합체 용액을 제조하였다. 상기 방법으로 제조된 블록 공중합체 용액을 n-type (1 0 0) 실리콘 웨이퍼에 2000 rpm으로 스핀 코팅하여 PS-b-P2VP 역마이셀 육방정계 단분자막(코팅층)을 제조하였다. Polystyrene-block-poly (2-vinylpyridine) (PS-b-P2VP; Mn (PS) = 50000 g / mol, Mw / Mn of asymmetric composition in a solvent in which toluene and tetrahydrofuran were mixed at a weight ratio of 3: 1) = 1.09, purchased from Polymer Source Inc.) to prepare a block copolymer solution having 0.5 wt%. The PS-b-P2VP reverse micelle hexagonal monolayer (coating layer) was prepared by spin coating the block copolymer solution prepared by the above method at 2000 rpm on an n-type (110) silicon wafer.

상기 방법으로 제조된 단분자막을 테트라하이드로퓨란 용매 증기로 포화된 밀폐된 용기 내에서 7시간 동안 상온에서 용매 어닐링 처리하였다. The monomolecular film prepared by the above method was subjected to solvent annealing at room temperature for 7 hours in a closed vessel saturated with tetrahydrofuran solvent vapor.

상기 방법으로 제조된 역마이셀 나노선 박막을 에탄올에 20분 동안 침지시켜 P2VP 사슬이 팽윤되어 표면에 노출됨과 동시에 중앙에 기공이 생성된 재배치된 나노 링 어레이를 발생시켰다. The reverse micelle nanowire thin film prepared by the above method was immersed in ethanol for 20 minutes to produce a rearranged nano ring array in which P2VP chains were swollen and exposed to the surface, and at the same time, pores were formed in the center.

상기 방법으로 제조된 끈 배열의 나노 링 어레이를 에탄올 용매에 은 금속 전구체 AgNO3 1.0 중량%를 가지는 은 금속 전구체 용액에 1시간 침지시켰다. The string array nanoring array prepared by the above method was immersed in a silver metal precursor solution having 1.0% by weight of silver metal precursor AgNO 3 in ethanol solvent for 1 hour.

상기 방법으로 제조된 은 금속 전구체가 도입된 단분자막에 자외선을 파장 254 nm와 25 W/cm2의 세기로 3시간 이상 조사하여 블록 공중합체를 제거하고 은 이온을 환원시켜 끈 배열의 은 나노입자 구조체 어레이를 제조하였다.
Irradiated UV light at a wavelength of 254 nm and 25 W / cm 2 for more than 3 hours to the monomolecular film in which the silver metal precursor was prepared by the above method was removed to remove the block copolymer and reduce the silver ions. The array was made.

<< 실시예Example 2> 금 나노입자 구조체의 제조 2> Preparation of Gold Nanoparticle Structure

금속 전구체가 HAuCl4 1.0 중량%이고, 금 금속 전구체가 도입된 단분자막에 산소 플라즈마 처리를 50 sccm, 110W의 세기로 1분 동안 조사하여 블록 공중합체를 제거하고 금 이온을 환원시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 끈 배열의 금 나노입자 구조체 어레이를 제조하였다.
Except that the metal precursor is 1.0% by weight of HAuCl 4 and the monomolecular film to which the gold metal precursor is introduced is irradiated with oxygen plasma treatment at an intensity of 50 sccm and 110 W for 1 minute to remove the block copolymer and reduce the gold ions. A string array of gold nanoparticle structure arrays was prepared in the same manner as in Example 1.

<< 실시예Example 3> 은과 금의 이중 금속 나노입자 구조체의 제조 3> Fabrication of Double Metal Nanoparticle Structures of Silver and Gold

테트라하이드로퓨란을 용매로 폴리스티렌-블록-폴리(2-비닐피리딘)(PS-b-P2VP; Mn(PS)= 50000 g/㏖, Mw/Mn= 1.09, Polymer Source Inc.에서 구입) 0.5 중량%를 가지는 블록 공중합체 용액을 제조하였다. 상기 방법으로 제조된 블록 공중합체 용액을 n-type (1 0 0) 실리콘 웨이터에 2000 rpm으로 스핀 코팅하여 PS-b-P2VP 단분자막(코팅층)을 제조하였다.Polystyrene-block-poly (2-vinylpyridine) with tetrahydrofuran as solvent (PS-b-P2VP; Mn (PS) = 50000 g / mol, Mw / Mn = 1.09, purchased from Polymer Source Inc.) 0.5% by weight A block copolymer solution having was prepared. PS-b-P2VP monolayer (coating layer) was prepared by spin coating the block copolymer solution prepared by the above method at 2000 rpm on an n-type (1 0 0) silicon waiter.

상기 방법으로 제조된 단분자막을 테트라하이드로퓨란 용매 증기로 포화된 밀폐된 용기 내에서 20 분 동안 상온에서 용매 어닐링 처리하였다.The monomolecular film prepared by the above method was subjected to solvent annealing at room temperature for 20 minutes in a closed vessel saturated with tetrahydrofuran solvent vapor.

상기 방법으로 제조된 역마이셀 나노선 박막을 에탄올에 20분 동안 침지시켜 P2VP 사슬이 팽윤되어 표면에 노출됨과 동시에 중앙에 기공이 생성된 재배치된 나노 링 어레이를 발생시켰다.The reverse micelle nanowire thin film prepared by the above method was immersed in ethanol for 20 minutes to produce a rearranged nano ring array in which P2VP chains were swollen and exposed to the surface, and at the same time, pores were formed in the center.

상기 방법으로 제조된 끈 배열의 나노 링 어레이를 에탄올 용매에 은 금속 전구체 AgNO3 1.0 중량%를 가지는 은 금속 전구체 용액에 30 분 침지시켰다.The string array nanoring array prepared by the above method was immersed in a silver metal precursor solution having 1.0% by weight of silver metal precursor AgNO 3 in ethanol solvent for 30 minutes.

상기 방법으로 제조된 은 금속 전구체가 도입된 단분자막을 에탄올 용매에 금 금속 전구체 HAuCl4 1.0 중량%를 가지는 금 금속 전구체 용액에 30분 침지시켰다.The monomolecular film into which the silver metal precursor prepared by the above method was introduced was immersed in a gold metal precursor solution having 1.0 wt% of the gold metal precursor HAuCl 4 in an ethanol solvent for 30 minutes.

상기 방법으로 제조된 은과 금의 금속 전구체가 도입된 단분자막에 에탄올 용매에 수소화붕소나트륨 0.01 M를 가지는 환원제 용액에 20 분 침지시켜 은과 금 이온을 환원시켜 고분자가 존재하는 끈 배열의 은과 금의 이중 금속 나노입자 구조체를 제조하였다.
In the monomolecular film into which the metal precursors of silver and gold prepared by the above method were introduced, immersed in a reducing agent solution having sodium borohydride 0.01 M in an ethanol solvent for 20 minutes to reduce silver and gold ions so that a polymer was present. The double metal nanoparticle structure of was prepared.

<< 실시예Example 4> 은과 금의 이중 금속 나노입자 구조체의 제조 4> Fabrication of Double Metal Nanoparticle Structures of Silver and Gold

은과 금 금속 전구체 용액에 침지하는 순서를 반대로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 고분자가 존재하는 끈 배열의 은과 금의 이중 금속 나노입자 구조체를 제조하였다.
A double metal nanoparticle structure of silver and gold in a string arrangement in which a polymer is present was prepared in the same manner as in Example 3 except that the order of immersion in the silver and gold metal precursor solution was reversed.

<< 실험예Experimental Example 1> 박막의 표면 분석 1> Surface analysis of thin film

본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 역마이셀 단분자막으로부터 끈 배열의 은 나노입자 배열에 이르는 구조체의 표면을 분석하기 위해 원자힘 현미경(Atomic Force Microscopy, AFM)으로 관찰하고, 그 결과를 도 2 내지 도 7에 나타내었다.Observed by atomic force microscopy (AFM) to analyze the surface of the structure from the reverse micelle monolayer prepared in Example 1 according to the present invention to the array of silver nanoparticles of the string array, and the results are shown in FIGS. 7 is shown.

실시예 1에서 제조된 끈 배열의 은 나노입자 구조체를 원자힘 현미경으로 관찰해 보았다 (도 1 참조).The silver nanoparticle structure of the string array prepared in Example 1 was observed under an atomic force microscope (see FIG. 1).

실시예 1에서 제조된 블록 공중합체 템플레이트 박막 표면을 원자힘 현미경으로 관찰해 본 결과 약 30 ㎚의 직경과 약 40 ㎚의 간격으로 배열되어 있는 블록 공중합체 역마이셀이 관찰되었다 (도 2 참조). Observation of the surface of the block copolymer template thin film prepared in Example 1 with an atomic force microscope revealed a block copolymer reverse micelle arranged at a diameter of about 30 nm and an interval of about 40 nm (see FIG. 2).

실시예 1에서 제조된 블록 공중합체 템플레이트를 용매 어닐링 공정을 통하여 재배열된 역마이셀 나노선 박막을 원자힘 현미경으로 관찰해 본 결과 밝은 나노선 구조의 직경은 약 50 nm이고 각각의 나노선은 약 25 nm의 간격으로 배열되어 있는 것으로 나타났다 (도 3 참조).The block copolymer template prepared in Example 1 was rearranged through a solvent annealing process under an atomic force microscope, and the diameter of the bright nanowire structure was about 50 nm, and each nanowire was about. It appeared to be arranged at intervals of 25 nm (see FIG. 3).

실시예 1에서 제조된 역마이셀 나노선 박막을 에탄올에 침지시켜 제조한 끈 배열의 나노 링 구조체를 원자힘 현미경으로 관찰해 본 결과, 약 60 nm의 직경을 가지고 약 20 nm의 기공을 가지는 나노 링이 서로 연결된 끈 배열을 이루고 있는 것으로 관찰되었다 (도 4 참조).A nanowire structure of a string array prepared by immersing the reverse micelle nanowire thin film prepared in Example 1 in ethanol was observed by atomic force microscopy. As a result, nanorings having a diameter of about 60 nm and pores of about 20 nm were observed. This was observed to form a string array connected to each other (see Fig. 4).

실시예 1에서 제조된 끈 배열의 나노 링 어레이를 금속 전구체 용액에 침지시켜 은 전구체를 도입시킨 박막을 원자힘 현미경으로 관찰해 본 결과, 연속적으로 이루어졌던 링이 은 전구체가 도입되어 더 부풀어졌지만 전체적으로 끈 배열을 유지하고 있는 것으로 나타났다. 이는 고배율 원자힘 현미경으로 관찰했을 때 더 뚜렷이 관찰할 수 있었다 (도 5 및 6 참조).As a result of observing the thin film in which the silver precursor is introduced by immersing the string array nano ring array prepared in Example 1 into the metal precursor solution by atomic force microscopy, the ring which was made continuously was swelled more by the introduction of the silver precursor. It appears to maintain the string arrangement. This was more pronounced when observed under high magnification atomic force microscopy (see Figures 5 and 6).

실시예 1에서 제조된 금속 전구체가 도입된 끈 배열의 나노 링 박막에 자외선을 조사하여 블록 공중합체가 제거되고 은 이온이 금속으로 환원된 은 나노입자 구조체를 원자힘 현미경으로 관찰해 본 결과, 직경이 약 25 nm인 은 나노입자가 상기 배열을 유지하고 있으며 일부분은 나노입자 2 내지 3개가 집합된 배열을 이루고 있는 것으로 나타났다 (도 7 참조).
A nanoparticle structure in which the block copolymer was removed and silver ions were reduced to metal by irradiation with ultraviolet rays was irradiated with ultraviolet rays to the nanoring thin film in which the metal precursor prepared in Example 1 was introduced. It was found that about 25 nm of silver nanoparticles maintained this arrangement, with a portion consisting of two to three nanoparticles assembled (see FIG. 7).

<< 실험예Experimental Example 2> X-선 광전자 분광  2> X-ray photoelectron spectroscopy 스팩트럼으로부터From the spectrum 금속 전구체의 환원 여부 관찰 Observation of the reduction of metal precursors

실시예 1에서 명시한 바와 같이 은 전구체 용액에 침지시켜 박막에 은 전구체를 도입한 후와 자외선을 조사하여 박막의 블록 공중합체를 제거하고 은 금속으로 환원을 유도한 후를 X-선 광전자 분광기를 이용하여 얻은 스팩트럼을 비교하였다.As described in Example 1, after the silver precursor was immersed in the silver precursor solution and the UV light was irradiated to remove the block copolymer of the thin film and induced reduction with silver metal, the X-ray photoelectron spectroscopy was used. The spectra obtained were compared.

실시예 1에서 제조된 금속 전구체 환원 전과 후의 끈 배열은 나노입자 구조체의 X-선 광전자 분광기의 광대역 스펙트럼(도 8 참조) 및 실시예 1에서 제조된 금속 전구체 환원 전과 후의 끈 배열의 은 나노입자 구조체를 X-선 광전자 분광기로 분석한 은 금속에 대한 고분해능 스펙트럼을 측정해 보았다 (도 9 참조). 그 결과, 은 전구체가 은 금속으로 환원된 후 스펙트럼의 특성 피크는 그 크기가 3배 이상 증가하였고, 위치는 좀 더 높은 결합 에너지 쪽으로 이동하였음을 관찰할 수 있다.
The string array before and after reduction of the metal precursor prepared in Example 1 is the broad spectrum of the X-ray photoelectron spectrometer of the nanoparticle structure (see FIG. 8) and the silver nanoparticle structure of the string array before and after reduction of the metal precursor prepared in Example 1 The high resolution spectra of silver metals analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy were measured (see FIG. 9). As a result, it can be observed that after the silver precursor was reduced to the silver metal, the characteristic peak of the spectrum increased more than three times in size, and the position shifted toward a higher binding energy.

<< 실험예Experimental Example 3> 박막의 표면 분석 3> Surface analysis of thin film

본 발명에 따른 실시예 2에서 제조된 역마이셀 단분자막으로부터 끈 배열의 금 나노입자 배열에 이르는 구조체의 표면을 분석하기 위해 원자힘 현미경(AFM)으로 관찰하고, 그 결과를 도 10 내지 도 12에 나타내었다.Observed by atomic force microscopy (AFM) to analyze the surface of the structure from the reverse micelle monolayer prepared in Example 2 according to the present invention to the array of gold nanoparticles of the string array, the results are shown in Figures 10 to 12 It was.

실시예 2에서 제조된 끈 배열의 나노 링 어레이를 금속 전구체 용액에 침지시켜 금 전구체를 도입시킨 박막을 원자힘 현미경으로 관찰해 본 결과, 연속적으로 이루어졌던 링이 금 전구체가 도입되어 더 부풀어졌지만 전체적으로 끈 배열을 유지하고 있는 것으로 나타났다 (도 10 참조).As a result of observing the thin film on which the gold precursor was introduced by immersing the string array nano ring array prepared in Example 2 into the metal precursor solution by atomic force microscopy, the ring which was continuously formed was swelled more by the introduction of the gold precursor. It was shown that the string array was maintained (see FIG. 10).

실시예 2에서 제조된 금속 전구체가 도입된 끈 배열의 나노 링 박막에 산소 플라즈마 처리를 하여 블록 공중합체가 제거되고 금 이온이 금속으로 환원된 금 나노입자 구조체를 원자힘 현미경으로 관찰해 본 결과, 나노입자 2 내지 3개가 집합된 링 배열을 이루고 있는 것으로 나타났다. 이는 고배율 원자힘 현미경으로 관찰했을 때 더 뚜렷이 관찰할 수 있었다 (도 11 및 12 참조).
As a result of observing the gold nanoparticle structure in which the block copolymer was removed and the gold ions were reduced to the metal by oxygen plasma treatment to the nanoarray thin film of the string array into which the metal precursor prepared in Example 2 was introduced, using an atomic force microscope, It was shown that two to three nanoparticles form an aggregated ring arrangement. This was more clearly observed when observed with high magnification atomic force microscopy (see FIGS. 11 and 12).

<< 실험예Experimental Example 4> 박막의 표면 분석 4> Surface analysis of thin film

본 발명에 따른 실시예 3 ~ 4에서 제조된 블록 공중합체 단분자막으로부터 끈 배열의 은과 금의 이중 금속 나노입자 배열에 이르는 구조체의 표면을 분석하기 위해 원자힘 현미경(AFM)으로 관찰하고, 그 결과를 도 13 내지 도 17 및 도 19 내지 도 20에 나타내었다.Observed by atomic force microscopy (AFM) to analyze the surface of the structure from the block copolymer monomolecular film prepared in Examples 3 to 4 according to the present invention from the string array of double metal nanoparticle arrays of silver and gold. 13 to 17 and 19 to 20 are shown.

실시예 3에서 제조된 블록 공중합체 템플레이트 박막 표면을 원자힘 현미경으로 관찰해 본 결과 공용매의 영향으로 인해 역마이셀과 사슬 형태의 블록 공중합체가 관찰되었다 (도 13 참조). As a result of observing the surface of the block copolymer template thin film prepared in Example 3 with an atomic force microscope, a reverse copolymer and a block copolymer in the form of chain were observed due to the influence of the cosolvent (see FIG. 13).

실시예 3에서 제조된 블록 공중합체 템플레이트를 용매 어닐링 공정을 통하여 재배열된 역마이셀 나노선 박막을 원자힘 현미경으로 관찰해 본 결과 밝은 나노선 구조의 직경은 약 30 nm이고 각각의 나노선은 약 20 nm의 간격으로 배열되어 있는 것으로 나타났다. 또한 각각의 나노선은 서로 연결됨이 없고 끊어짐이 없이 정렬되어 있음이 관찰되었다 (도 14 참조).The block copolymer template prepared in Example 3 was rearranged through a solvent annealing process in reverse micelle nanowire thin film under atomic force microscope, and the diameter of the bright nanowire structure was about 30 nm and each nanowire was about It appears to be arranged at intervals of 20 nm. It was also observed that each of the nanowires were not connected to each other and aligned without disconnection (see FIG. 14).

실시예 3에서 제조된 역마이셀 나노선 박막을 에탄올에 침지시켜 제조한 끈 배열의 나노 링 어레이를 원자힘 현미경으로 관찰해 본 결과, 약 60 nm의 직경을 가지고 약 20 nm의 기공을 가지는 나노 링이 서로 연결된 끈 배열을 이루고 있는 것으로 관찰되었다 (도 15 참조).A nanowire array of a string array prepared by immersing the reverse micelle nanowire thin film prepared in Example 3 in ethanol was observed by atomic force microscopy, and found that the nanoring had a diameter of about 60 nm and a pore of about 20 nm. This was observed to form a string array connected to each other (see Fig. 15).

실시예 3에서 제조된 끈 배열의 나노 링 어레이를 은 금속 전구체와 금 금속 전구체 용액에 차례로 침지시켜 은과 금 전구체를 도입시킨 박막을 원자힘 현미경으로 관찰해 본 결과, 연속적으로 이루어졌던 링이 은 전구체가 도입되어 더 부풀어졌지만 전체적으로 끈 배열을 유지하고 있는 것으로 나타났지만 많은 부분에서 금속 전구체가 응집하여 모여있음을 관찰하였다 (도 16 참조).As a result of observing the thin film in which the silver and gold precursors were introduced by sequentially immersing the string array nanoring array prepared in Example 3 in the silver metal precursor and the gold metal precursor solution, the ring formed continuously was silver Although the precursor was introduced and swelled but appeared to maintain the string arrangement as a whole, it was observed that the metal precursors aggregated and gathered in many parts (see FIG. 16).

실시예 3에서 제조된 금속 전구체가 도입된 끈 배열의 나노 링 어레이를 환원제 용액에 침지하여 은과 금 이온이 금속으로 환원된 은과 금의 이중 금속 나노입자 구조체를 원자힘 현미경으로 관찰해 본 결과, 직경이 약 20 nm인 나노입자가 배열을 이루고 있지만 많은 부분에서 응집된 금속들이 배열에서 어긋나게 존재하는 것으로 나타났다 (도 17 참조).The result of observing the double metal nanoparticle structure of silver and gold in which the silver and gold ions were reduced to the metal by immersing the string array nano ring array into which the metal precursor prepared in Example 3 was immersed in a reducing agent solution was observed by atomic force microscopy. However, nanoparticles with a diameter of about 20 nm are arranged, but in many parts, aggregated metals are found to be out of alignment (see FIG. 17).

실시예 4에서 제조된 끈 배열의 나노 링 어레이를 금 금속 전구체와 은 금속 전구체 용액에 차례로 침지시켜 금과 은 전구체를 도입시킨 박막을 원자힘 현미경으로 관찰하였다. 그 결과 연속적으로 이루어졌던 링이 은과 금 전구체가 도입되어 더 부풀어졌지만 전체적으로 끈 배열을 유지하고 있는 것으로 나타났다 (도 19 참조).The thin film in which the gold and silver precursors were introduced by sequentially immersing the string array nanoring array prepared in Example 4 in the gold metal precursor and the silver metal precursor solution was observed under an atomic force microscope. As a result, the ring, which was formed continuously, was swelled with the introduction of silver and gold precursors, but maintained the string arrangement as a whole (see FIG. 19).

실시예 4에서 제조된 금속 전구체가 도입된 끈 배열의 나노 링 어레이를 환원제 용액에 침지하여 금과 은 이온이 금속으로 환원된 금과 은의 이중 금속 나노입자 구조체를 원자힘 현미경으로 관찰하였다. 그 결과 직경이 약 20 nm인 나노입자가 상기 배열을 유지하고 있으며 나노입자 2 내지 3개가 집합된 링 배열을 이루고 있는 것으로 나타났다 (도 20 참조).
The nano-ring array of the string array into which the metal precursor prepared in Example 4 was introduced was immersed in a reducing agent solution, and the gold and silver double metal nanoparticle structures in which gold and silver ions were reduced to metals were observed by atomic force microscopy. As a result, it was shown that nanoparticles having a diameter of about 20 nm maintain the arrangement and form a ring arrangement in which two or three nanoparticles are assembled (see FIG. 20).

<< 실험예Experimental Example 5> 금과 은 전구체 용액의  5> Gold and silver precursor solution 침지Immersion 순서를 달리하여 제조된 은과 금의 이중 금속 나노입자 구조체의 국소 표면  Localized surfaces of silver and gold double metal nanoparticle structures fabricated in a different order 플라즈몬Plasmon 공명( resonance( LSPRLSPR ) 성질 측정Property measurement

본 발명에 따른 실시예 3 ~ 4에서 제조된 블록 공중합체 단분자막으로부터 끈 배열의 은과 금의 이중 금속 나노입자 배열에 이르는 구조체의 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 성질을 측정하고, 그 결과를 도 18 및 도 21에 나타내었다.Local surface plasmon resonance (LSPR) properties of the structure ranging from the block copolymer monomolecular film prepared in Examples 3 to 4 according to the present invention to the array of double metal nanoparticles of silver and gold in the string array were measured, and the results are shown in FIG. 18. And FIG. 21.

실시예 3과 실시예 4에서 제조된 금과 은의 이중 금속 나노입자 구조체의 국소 표면 플라즈몬 공명 성질을 측정했을 때, 은 고유의 국소 표면 플라즈몬 공명 특성 피크인 400 ~ 450 nm와 금 고유의 국소 표면 플라즈몬 공명 특성 피크인 500 ~ 530 nm 사이에 금과 은의 이중 금속 나노입자 구조체의 국소 표면 플라즈몬 공명 피크가 존재하는 것을 관찰하였다. 그 결과 두 금속이 각각 존재하는 것이 아니라 혼성된 상태로 존재하고 있음을 나타냈다 (도 18 및 21 참조).When the local surface plasmon resonance properties of the gold and silver double metal nanoparticle structures prepared in Examples 3 and 4 were measured, silver-specific local surface plasmon resonance characteristic peaks of 400 to 450 nm and gold-specific local surface plasmons It was observed that local surface plasmon resonance peaks of the gold and silver double metal nanoparticle structures exist between the resonance characteristic peaks of 500 to 530 nm. The results indicated that the two metals were present in a mixed state rather than in each case (see FIGS. 18 and 21).

Claims (20)

(a) 친수성 블록 및 소수성 블록을 포함하는 블록 공중합체 용액을 기판에 도포하여 블록 공중합체 역마이셀 육방정계 단분자막을 제조하는 단계;
(b) 상기 단분자막을 포화된 용매 기체를 이용하여 용매 증기를 10분 내지 8시간 접촉시켜 블록공중합체가 서로 인접하여 끈 형태로 재배열된 나노선 박막을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 끈 형태로 재배열된 나노선 박막을 친수성 블록을 선택적으로 용해시키는 용매에 침지시켜 친수성 블록이 표면 위로 팽윤됨과 동시에 중앙에 기공이 형성된 끈 배열의 나노 링 어레이를 제조하는 단계
를 포함하는 중앙에 기공이 형성된 끈 배열의 나노 링 어레이의 제조방법.
(a) applying a block copolymer solution including a hydrophilic block and a hydrophobic block to a substrate to prepare a block copolymer reverse micelle hexagonal monolayer;
(b) contacting the monomolecular film with a solvent gas using a saturated solvent gas for 10 minutes to 8 hours to prepare a nanowire thin film in which the block copolymers are rearranged in a string form adjacent to each other; And
(c) immersing the nanowire thin film rearranged in the form of a string in a solvent for selectively dissolving a hydrophilic block to prepare a string array of nanoring arrays in which a hydrophilic block is swollen onto the surface and a pore is formed at the center thereof.
Method of manufacturing a nano-ring array of string array with pores formed in the center comprising a.
제1항에 있어서,
상기 친수성 블록은 폴리비닐피리딘, 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴아미드 및 폴리스티렌설폰산 중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 중앙에 기공이 형성된 끈 배열의 나노 링 어레이의 제조방법.
The method of claim 1,
The hydrophilic block is at least one member selected from the group consisting of polyvinylpyridine, polyethylene oxide, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, and polystyrene sulfonic acid polymer. Method of manufacturing a nano-ring array of string array.
제1항에 있어서,
상기 소수성 블록은 폴리스티렌, 폴리올레핀, 폴리알킬아크릴레이트, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리실록산, 폴리이미다졸, 폴리락톤 및 폴리락티드 중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 중앙에 기공이 형성된 끈 배열의 나노 링 어레이의 제조방법.
The method of claim 1,
The hydrophobic block is at least one member selected from the group consisting of polystyrene, polyolefin, polyalkylacrylate, polyisoprene, polybutadiene, polysiloxane, polyimidazole, polylactone and polylactide polymer Method of manufacturing a nano-ring array of string array.
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)의 용액은 상기 블록 공중합체 0.1 내지 1중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 중앙에 기공이 형성된 끈 배열의 나노 링 어레이의 제조방법.
The method of claim 1,
The solution of step (a) is 0.1 to 1% by weight of the block copolymer, characterized in that the method of producing a nano-ring array of string array with pores formed in the center.
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)의 용액은 친수성 블록 및 소수성 블록과 친화력을 가지는 공용매 및 소수성 블록을 선택적으로 용해시키는 용매로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 중앙에 기공이 형성된 끈 배열의 나노 링 어레이의 제조방법.
The method of claim 1,
The solution of step (a) comprises at least one selected from the group consisting of a hydrophilic block and a solvent which selectively dissolves a co-solvent having affinity with the hydrophobic block and the hydrophobic block. Method of manufacturing a nano ring array.
제5항에 있어서,
소수성 블록을 선택적으로 용해시키는 용매 1중량부에 대하여 친수성 블록 및 소수성 블록과 친화력을 가지는 공용매 0.2 내지 0.7 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 링 어레이의 제조방법.
The method of claim 5,
A method for producing a nano-ring array comprising 0.2 to 0.7 parts by weight of a hydrophilic block and a cosolvent having an affinity with a hydrophobic block with respect to 1 part by weight of a solvent for selectively dissolving the hydrophobic block.
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)에서 블록 공중합체 용액을 스핀 코팅법을 사용하여 기판에 도포하는 것을 특징으로 하는 중앙에 기공이 형성된 끈 배열의 나노 링 어레이의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a nano-ring array of string array with pores formed in the center, characterized in that the step (a) in the block copolymer solution is applied to the substrate using a spin coating method.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 용매는 친수성 블록 및 소수성 블록과 친화력을 가지는 공용매인 것을 특징으로 하는 중앙에 기공이 형성된 끈 배열의 나노 링 어레이의 제조방법.
The method of claim 1,
The solvent is a method of producing a nano-ring array of string array with pores formed in the center, characterized in that the co-solvent having affinity with the hydrophilic block and hydrophobic block.
제1항에 있어서,
단계 c)의 친수성 블록을 선택적으로 용해시키는 용매는 알코올 용매 또는 산성 용매인 것을 특징으로 하는 중앙에 기공이 형성된 끈 배열의 나노 링 어레이의 제조방법.
The method of claim 1,
A solvent for selectively dissolving the hydrophilic block of step c) is an alcohol solvent or an acidic solvent.
제1항에 있어서,
단계 c)의 접촉은 30초 내지 2시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 중앙에 기공이 형성된 끈 배열의 나노 링 어레이의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a nano-ring array of the string array with pores formed in the center, characterized in that the contact of step c) is carried out for 30 seconds to 2 hours.
제1항의 방법에 따라 제조되는 중앙에 기공이 형성된 끈 배열의 나노 링 어레이.
Nano ring array of string array with pores formed in the center according to the method of claim 1.
(a') 제1항의 방법으로 중앙에 기공이 형성된 끈 배열의 나노 링 어레이를 제조하는 단계;
(d) 상기 나노 링 어레이와 금속 전구체 용액을 접촉하는 단계; 및
(e) 자외선 조사, 산소 플라즈마 처리 및 환원제 처리 중에서 선택된 하나 이상을 실시하는 단계
를 포함하는 끈 배열의 금속 나노입자 구조체 어레이의 제조방법.
(a ') preparing a nano-ring array of string array having pores formed in the center by the method of claim 1;
(d) contacting the nano ring array with a metal precursor solution; And
(e) performing at least one selected from ultraviolet irradiation, oxygen plasma treatment and reducing agent treatment.
Method of manufacturing a metal nanoparticle structure array of the string array comprising a.
제13항에 있어서,
상기 금속 전구체가 금속의 질산염, 황산염, 탄산염, 초산염, 브롬화물, 염화물, 불화물, 수산화물 및 수화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 끈 배열의 금속 나노입자 구조체 어레이의 제조방법.
The method of claim 13,
And the metal precursor is at least one selected from the group consisting of nitrates, sulfates, carbonates, acetates, bromide, chlorides, fluorides, hydroxides and hydrates of metals.
제13항에 있어서,
상기 금속 전구체 용액은 금속 전구체 0.1 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 끈 배열의 금속 나노입자 구조체 어레이의 제조방법.
The method of claim 13,
The metal precursor solution is a method of producing a string array of metal nanoparticle structure array, characterized in that it comprises 0.1 to 10% by weight of the metal precursor.
제13항에 있어서,
상기 자외선 조사는 10 내지 50 W/cm2의 세기로 1 내지 10시간 동안 처리하는 것을 특징으로 하는 끈 배열의 금속 나노입자 구조체 어레이의 제조방법.
The method of claim 13,
The ultraviolet irradiation is a method for producing a string array of metal nanoparticle structure array, characterized in that for 1 to 10 hours treatment at an intensity of 10 to 50 W / cm 2 .
제13항에 있어서,
상기 산소 플라즈마 처리는 40 ~ 60 sccm, 100 내지 120 W의 세기로 10초 내지 20분 동안 처리하는 것을 특징으로 하는 끈 배열의 금속 나노입자 구조체 어레이의 제조방법.
The method of claim 13,
The oxygen plasma treatment is a method for producing a string array of metal nanoparticle structure array, characterized in that the treatment for 10 seconds to 20 minutes at an intensity of 40 to 60 sccm, 100 to 120 W.
제13항에 있어서,
상기 환원제 처리는 0.005 내지 0.05 M의 농도의 환원제 용액을 30초 내지 30분 동안 처리하는 것을 특징으로 하는 끈 배열의 금속 나노입자 구조체 어레이의 제조방법.
The method of claim 13,
The reducing agent treatment is a method for producing a string array of metal nanoparticle structure array, characterized in that for 30 seconds to 30 minutes to treat a reducing agent solution of 0.005 to 0.05 M concentration.
제13항에 있어서,
상기 환원제는 수소화붕소나트륨(NaBH4), 수소화알루미늄리튬(LiAlH4), 이산화황(SO2) 및 수소(H2)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 끈 배열의 금속 나노입자 구조체 어레이의 제조방법.
The method of claim 13,
The reducing agent is a string array metal nanoparticle structure, characterized in that at least one selected from the group consisting of sodium borohydride (NaBH 4 ), lithium aluminum hydride (LiAlH 4 ), sulfur dioxide (SO 2 ) and hydrogen (H 2 ). Method of making an array.
제13항의 방법에 따라 제조되는 끈 배열의 금속 나노입자 구조체 어레이.An array of metal nanoparticle structures in a string arrangement made according to the method of claim 13.
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