KR101317456B1 - 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노 입자 및 그 제조방법 - Google Patents

자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노 입자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네타이트-은 코어-셀 나노입자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자성 금속 나노입자의 자기 분산 안정성을 향상시키기 위해 싸이올기로 개질된 자성 금속 나노입자 표면에 은을 코팅하여 제조되는 마그네타이트-은 코어-셀 나노입자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 마그네타이트-은 코어-셀 나노입자 및 그 제조방법은 자성 금속 나노입자 표면을 싸이올기로 개질시킨 다음, 질산은의 환원 반응을 이용하여 자성 금속 나노입자 표면에 은을 코팅시켜 제조됨으로써, 간단한 공정으로 자성 금속 나노입자의 자기 분산 안정성을 향상시키는데 효과가 있으며, 은의 전기 및 열전도성, 생체적합성과 자성 나노 입자의 자기 특성을 모두 가지고 있는 새로운 물질을 제공할 수 있다.

Description

자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노 입자 및 그 제조방법{Magnetite-Ag Core-shell nanoparticle and Method for Preparing the Same}
본 발명은 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노 입자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자성 금속 나노입자의 자기 분산 안정성을 향상시키기 위해 싸이올(thiol)기로 개질된 자성 금속 나노입자 표면에 은을 코팅하여 제조되는 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노 입자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자성 나노 입자는 직경이 5 ~ 500nm 인 철, 니켈, 코발트 및 그 화합물의 자성원소 등으로 구성된 나노 입자로, 자기장 인가에 의해 비교적 용이하게 배열을 조절할 수 있어 자성 유체, 오디오, 비디오 및 컴퓨터용 자기 기록 테이프, 프린팅용 자성 잉크, 약물 전달, MRI 조영제, 나노 유체 및 광학 필터 등에 사용된다.
일반적으로, 자성 금속 나노입자가 전술한 용도에 이용되기 위해서는 자기적 성질이 우수하고, 생체 내 즉 수용성 환경에서 안정적으로 운반 및 분산되어야 하며, 생체 활성 물질과 쉽게 결합할 수 있어야 한다. 이러한 자성 금속 나노입자의 비수용성 문제를 해결하고, 생체 활성 물질을 자성 금속 나노입자 표면에 고정하기 위한 표면 개질, 즉 특정 기능기를 도입하는 것이 이슈가 되고 있다.
이에, 미국특허공보 US 6,274,121호는 산화철과 같은 금속을 포함한 상자기성 나노입자에 관한 것으로 상기 나노입자의 표면에 조직 특이적인 결합 물질, 진단 또는 약제학적으로 활성인 물질과 커플링(coupling)될 수 있는 결합 자리를 포함하는 무기 물질을 부착한 나노입자를 개시하고 있다.
미국특허공보 US 6,638,494호는 산화철과 같은 금속을 포함한 상자기성 나노입자에 관한 것으로, 상기 나노입자의 표면에 특정한 카르복실산을 부착하여 중력 또는 자기장에서 나노입자가 응집 및 침전되는 것을 방지하는 방법을 개시하고 있다. 상기 특정한 카르복실산으로는 말레산, 타르타르산, 글루카르산과 같은 지방족 디카르복실산 또는 시트르산, 시클로헥산, 트리카르복실산과 같은 지방족 폴리디카르복실산이 이용되었다.
미국특허공보 US 2003/190,471호는 이중미셀 (bi-micellear vesicle)안에서 망간 아연 산화물로 나노 입자를 형성시키는 방법에 관한 것으로써 형성된 자성 나노입자의 열처리 과정을 통해 향상된 성질을 나타내는 나노입자의 형성에 대해 기술하였다.
미국특허공보 US 6,274,121호, 미국특허공보 US 6,638,494호 및 미국특허공보 US 2003/190,471호에서 개시된 나노입자는 주로 수용액에서 합성하는데 이러한 경우 나노입자의 크기 조절이 어렵고 합성된 나노입자는 불균일한 크기 분포도를 나타낸다. 또한, 저온에서 합성되기 때문에 나노입자의 결정성이 낮으며, 비화학양론적 화합물(non-stoichiometric compound)이 형성되는 경향이 있다. 따라서 상기 방법들로 제조된 나노입자는 수용액에서 콜로이드 안정성이 떨어져 생체 응용 시 뭉침 및 큰 비선택성 결합 등을 나타낸다. 또한, 상기 종래 기술의 자성 나노입자는 내부 자성 물질의 함량이 떨어져서, 자기적 특성이 떨어진다는 문제점을 갖고 있다.
또한, 한국특허 제10-2006-0098213호, 한국특허 제10-2005-0018663호 및 한국특허 제10-2004-0074807호는 실리카가 코팅된 나노 입자를 형성시키는 방법에 관한 것으로써 종래의 방법에 비해 나노 입자의 뭉침 현상을 막을 수 있다는 장점이 있으나, 코팅 후 자화 감소가 많이 일어나는 문제점이 있었다.
이에 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 자성 금속 나노입자 표면을 싸이올기로 개질시킨 다음, 질산은의 환원 반응을 이용하여 자성 금속 나노입자 표면에 은을 코팅시켜 마그네타이트-은 코어-셀 나노입자를 제조함으로써, 자성 금속 나노입자의 자기 분산 안정성을 향상됨을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 자성 금속 나노입자의 자기 분산 안정성을 향상시키기 위해 자성 금속 나노입자 표면을 싸이올기로 개질시킨 다음, 질산은의 환원 반응을 이용하여 자성 금속 나노입자 표면에 은을 코팅시켜 제조되는자성 금속 나노입자-은 코어-셀 나노입자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 자성 금속 나노입자 표면에 은(Ag0)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노 입자를 제공한다.
본 발명은 또한, (a) 자성 금속 나노입자를 에탄올-물 혼합 용매에 분산시키는 단계; (b) 상기 에탄올-물 혼합 용매에 분산시킨 자성 금속 나노입자 표면을 커플링제를 첨가시켜 싸이올기로 개질시키는 단계; (c) 상기 싸이올기로 개질된 자성 금속 나노입자 콜로이드 용액을 안정제와 환원제 혼합용액에 첨가시켜 분산시키는 단계; 및 (d) 상기 안정제와 환원제 혼합용액에 첨가시켜 분산시킨 싸이올기로 개질된 자성 금속 나노입자 콜로이드 용액에 질산은을 첨가하여 교반하는 단계를 포함하는 자성 금속 나노입자-은 코어-셀 나노입자의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 자성 금속 나노입자-은 코어-셀 나노입자 및 그 제조방법은 자성 금속 나노입자 표면을 싸이올기로 개질시킨 다음, 질산은의 환원 반응을 이용하여 자성 금속 나노입자 표면에 은을 코팅시켜 제조됨으로써, 간단한 공정으로 자성 금속 나노입자의 자기 분산 안정성을 향상시키는데 효과가 있으며, 은의 전기 및 열전도성과 자성 금속 나노입자의 자기 특성을 모두 가지고 있는 새로운 물질을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 자성 금속 나노입자-은 코어-셀 나노 입자는 표면의 은이 생체적합성을 가지므로 체내에 삽입 가능한 약물 전달 물질로 응용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실험 예에 따라 제조된 마그네타이트-은 코어-쉘 나노 입자이다.
도 2는 본 발명에 따른 마그네타이트-은 코어-쉘 나노 입자의 합성 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 마그네타이트-은 코어-셀 나노 입자의 제조방법이다.
도 4는 본 발명에 따른 커플링제인 MPTMS 양에 따른 은 코팅 변화 사진으로, (a)는 0.02㎖ MPTMS이고, (b)는 0.05㎖ MPTMS이고, (c)는 0.1㎖ MPTMS 이다.
도 5는 본 발명에 따른 에탄올 또는 에탄올-물 혼합 용매 중의 물의 비율에 따른 은 코팅 변화 사진으로, (a)는 0 vol% 물 첨가이고, (b)는 1.3 vol% 물 첨가이고, (c)는 20 vol% 물 첨가이다.
도 6은 본 발명에 따른 분산방법에 따른 코팅 변화 사진으로, (a)는 교반기를 이용한 분산이고, (b)는 초음파 분산기를 이용한 분산이고, (c)는 PVP 분산제를 첨가한 후 초음파 분산기를 이용한 분산이다.
도 7은 본 발명에 따른 환원 시간에 따른 코팅된 은 크기의 변화 사진으로, (a)는 1시간 경과이고, (b)는 4시간 경과이고, (c)는 12시간 경과이다.
본 발명은 일관점에서, 자성 금속 나노입자 표면에 은(Ag0)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네타이트-은 코어-셀 나노입자에 관한 것이다.
본 발명에 따른, 자성 금속 나노입자는 직경이 5 ~ 500nm 인 철, 니켈, 코발트 및 그 화합물의 자성원소 등으로 구성된 나노 입자로, 자기장 인가에 의해 비교적 용이하게 배열을 조절할 수 있어 자성 유체, 오디오, 비디오 및 컴퓨터용 자기 기록 테이프, 프린팅용 자성 잉크, 약물 전달, MRI 조영제, 나노 유체 및 광학 필터 등에 사용된다. 일반적으로, 자성 금속 나노입자가 유체 상에 분산된 액체 상태로 사용하는데, 자성 유체로 사용할 때에는 자기장의 세기를 조절하여 정렬된 자성 금속 나노입자 간의 거리나 응집된 입자의 크기를 변화시킬 수 있다는 장점은 있으나, 자기장을 인가하는 장치가 필요하고 자성 금속 나노입자의 분산 안정성이 떨어지면 제대로 구현할 수 없는 단점이 있다. 이에, 본 발명은 자성 나노 입자 표면을 싸이올기로 개질시킨 다음, 질산은의 환원 반응을 이용하여 자성 금속 나노입자 표면에 은을 코팅시켜 자성 나노 입자의 자기 분산 안정성을 향상시키는 것을 핵심 요지로 한다.
본 발명에 있어서, 자성 금속 나노입자는 직경이 5 ~ 500nm인 Fe3O4, Fe2O3, CoFe2O4, MnFe2O4, CoPt 및 FePt로 구성된 군에서 선택되고, 자성 금속 나노입자의 종류를 특별히 한정하지는 않으나, 바람직하게는 직경이 100 ~ 200nm인 Fe3O4을 사용할 수 있다. 상기 자성 나노 입자 표면에 직경이 10 ~ 30nm인 은(Ag0) 나노 입자를 코팅시켜 형성한 직경 100 ~ 300nm인 마그네타이트-은 코어-셀 나노입자는 용매에 존재할 경우 약 410nm정도의 파장에서 높은 흡광도와 분산 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 다른 관점에서, (a) 자성 금속 나노입자를 에탄올 또는 에탄올-물 혼합 용매에 분산시키는 단계; (b) 상기 에탄올 또는 에탄올-물 혼합 용매에 분산시킨 자성 금속 나노입자 표면을 커플링제를 첨가시켜 싸이올기로 개질시키는 단계; (c) 상기 싸이올기로 개질된 자성 금속 나노입자 콜로이드 용액을 안정제와 환원제 혼합용액에 첨가시켜 분산시키는 단계; 및 (d) 상기 안정제와 환원제 혼합용액에 첨가시켜 분산시킨 싸이올기로 개질된 자성 금속 나노입자 콜로이드 용액에 질산은을 첨가하여 교반하는 단계를 포함하는 자성 금속 나노입자-은 코어-셀 나노입자의 제조방법에 관한 것이다.
구체적으로, 상기 (a)단계의 에탄올 또는 에탄올-물 혼합 용매에 물은 0 ~ 20vol%로 첨가되고, 바람직하게는 0vol%를 첨가할 수 있다. 물을 따로 첨가하지 않더라도 공기 중에 노출되어 있던 자성 금속 나노입자는 자체적으로 공기 중의 수분이 표면에 흡착하여 Fe-OH를 형성하므로 커플링제인 MPTMS와의 솔-겔(sol-gel) 합성이 가능하다. 이때, 물의 비율이 20vol%를 초과할 경우, 싸이올기가 모든 자성 금속 나노입자 표면에 골고루 코팅되지 않고 국부적으로 두껍게 코팅되어 입자가 적은 부분에서 불규칙하게 크게 성장할 수 있다. 이때, 자성 금속 나노입자는 에탄올 또는 에탄올-물 혼합 용매 150ml에 대하여, 0.05g 첨가한 다음, 1시간 동안 분산시킨다. 본 발명에서 에탄올 또는 에탄올-물 혼합 용매가 의미하는 바는, 물이 첨가되지 않은 경우에는 용매로서 에탄올이 사용된 것이며, 물이 첨가된 경우에는 에탄올-물 혼합 용매가 사용되는 것을 의미한다.
상기 (b)단계의 커플링제는 실란계 중 금속과 친화력이 높은 메르캅토나 아미노 말단기를 갖는 구성군에서 선택되고, 바람직하게는 3-메르캅토 프로필 트리 메톡시 실란(MPTMS, 3-mercaptoropyltrimethoxysilane)을 사용할 수 있다. 이때, 상기 커플링제는 자성 금속 나노입자 단위 표면적(m2)에 대하여 0.25mmol/m2 ~ 1.25mmol/m2로 첨가되며, 즉, 자성 금속 나노입자의 표면적 1 m2 에 커플링제가 0.25mmol ~ 1.25mmol 첨가되며, 바람직하게는 0.625mmol/m2의 비율로 첨가할 수 있다. 커플링제와 자성 금속 나노입자의 첨가 비율이 0.625mmol/m2 미만일 경우, 자성 금속 나노입자 표면에 다량의 은 나노 입자가 고정되기 어렵고, 0.625mmol/m2를 초과할 경우, 실리카의 합성이 자성 금속 나노입자 이외의 공간에도 일어나 독립된 실리카 입자를 생성할 수 있다. 상기 커플링제를 첨가한 다음, 자성 금속 나노입자 표면에서 빠르게 졸-겔 반응이 일어나도록 온도를 올려주어 온도 40℃에서 1시간, 80℃에서 3시간 30분 동안 반응을 수행한다.
상기 (c)단계의 안정제 및 분산제는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올(PVA) ,키토산(chitosan) 및 아라비아 검(arabic gum)으로 구성된 군에서 선택되고, 바람직하게는 폴리비닐피롤리돈(PVP)을 사용할 수 있으며 자성 금속 나노입자에 흡착하여 분산성을 높일 수 있다. 또한, 환원제는 에틸렌글리콜, 글루코스, 소듐 보로하이드라이드 및 하이드록실아민으로 구성된 군에서 선택되고, 바람직하게는 에틸렌글리콜을 사용할 수 있다. 상기 안정제와 환원제를 혼합한 용매에 상기 (b)단계에서 제조된 싸이올기로 개질된 자성 금속 나노입자 콜로이드 용액을 첨가시킨 다음, 30분간 분산을 수행한다. 분산은 교반기 및 초음파 분산기로 구성된 군에서 선택되고, 바람직하게는 초음파 분산기를 사용할 수 있다. 초음파 분산기를 사용할 경우, 자성 금속 나노입자의 포화 자기화(saturated magnetization)로 인한 응집을 더 효과적으로 막을 수 있다.
상기 (d)단계에서 질산은과 자성 금속 나노입자는 2:1 ~ 5:1의 비율로 첨가되고, 은의 환원 반응을 위해 온도 120℃까지 1시간 동안 승온 반응을 수행한 다음, 120℃ 도달 시 12시간동안 교반시킨다. 교반 시간이 12시간 미만일 경우, 합성된 은 입자의 지름이 균일하게 나타나지 않는다.
전술된 바와 같이, 자성 금속 나노입자 표면을 싸이올기로 개질시킨 다음, 질산은의 환원 반응을 이용하여 자성 금속 나노입자 표면에 은을 코팅시켜 제조됨으로써, 간단한 공정으로 자성 금속 나노입자의 자기 분산 안정성을 향상시킬 수 있는 자성 금속 나노입자-은 코어-셀 나노입자를 용이하게 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: 마그네타이트-은 코어-쉘 나노입자의 제조
마그네타이트-은 코어-쉘 나노입자의 제조는 도 2와 같은 순서로 진행되었으며 자세한 실험 방법은 다음과 같다.
용액의 총 부피가 약 150 ml가 되도록 삼차수-에탄올 혼합 용매를 일정 비율로 제조한 후 0.05 g의 자성 금속 나노입자 Fe3O4(SMT-01S, (주)새한미디어)를 1시간 동안 분산시켜서 물의 산소 원자와 Fe가 결합하여 Fe-OH 결합을 이루도록 하였다. 여기에 MPTMS(95%, Alfa Aesar)를 혼합하고 자성 나노 입자 표면에서 빠르게 졸-겔 반응이 일어나도록 하기 위하여 온도를 올려주어 40 ℃에서 1시간, 80 ℃에서 3시간 30분 동안 완전히 반응시켰다. 반응이 끝난 자성 금속 나노입자는 자석으로 걸러내어 에탄올과 에틸렌 글리콜(95%, Alfa Aesar)로 각각 5번씩 세척한 후 20ml 에틸렌 글리콜에 재 분산하였다.
MPTMS로 미리 개질된 자성 금속 나노입자 표면에 은 나노 입자를 제조하는 과정은 환원법인 폴리올 공정을 통해 진행되었다. 출발 물질로 대정화금에서 질산은(AgNO3), PVP(K 30)를 구매하였으며 일본 Junsei 사에서 99.5% 순도의 EG(C2O6O2)를 입수하여 따로 정제하지 않고 사용하였다. 용매를 제조하기 위하여 입자안정제와 환원제 역할을 하는 PVP 2g과 환원제와 용매 역할을 하는 100ml EG을 혼합하였다. 싸이올기로 표면이 개질된 자성 금속 나노입자를 포함한 콜로이드 용액을 6ml 채취하여 미리 제조된 혼합액에 주입하고 초음파 분산기로 30분 간 충분히 분산시킨 후 질산은을 0.1g 첨가하였다. 은의 환원 반응을 완전하게 유도하기 위하여 120 ℃까지 1시간에 걸쳐 천천히 온도를 올려주었으며, 120 ℃에 도달한 후에 합성이 완료될 때까지 계속 교반해 주었다. 이 반응은 1시간 경과 시 노란색을 띠기 시작하며 4시간 정도 지나면 용액의 노란 연두색을 띠며 그 후에는 더 이상 색의 변화가 나타나지 않았다. 반응이 끝난 후 원심 분리(centrifuging)하여 은으로 코팅된 자성 금속 나노입자를 수거하고 에탄올로 여분의 EG나 PVP가 남지 않도록 5번 이상 세척하였다.
이러한 실험방법을 통하여 자성 금속 나노입자 표면에 은이 합성되는 과정은 도 3과 같이 개략적으로 도식하여 나타내었다.
실험예 1-1: 마그네타이트-은 코어-쉘 나노입자의 MPTMS 첨가량에 따른 코팅 변화
도 4에 나타낸 것과 같이 물의 비율이 20vol%인 에탄올-물 혼합용매에 커플링제의 양을 조절하여 4 시간 동안 반응시킨 후 이에 따른 상태 변화를 확인하였다. 너무 적은 양의 커플링제를 첨가하면 자성 금속 나노입자 표면에 다량의 은 나노 입자가 고정되기 어렵고, 불필요하게 과량을 넣어주는 것은 효율적이지 않을 뿐만 아니라 실리카의 합성이 자성 금속 나노입자 표면 이 외의 공간에서도 일어나 독립된 실리카 입자를 생성할 수 있으므로 적당량을 넣어주는 것이 매우 중요하다. 자성 나노 입자의 표면적 당 결합 가능한 수산화기의 몰수는 2.37×10-5 mol/m2 이고 이번 실험에서 사용된 자성 금속 나노입자의 비표면적은 8.5m2/g 로써 단일층 코팅을 위하여 필요한 MPTMS 최소량은 약 0.002ml 이다. MPTMS의 양을 단일층 코팅을 위해 사용되는 양의 각각 10배, 25배, 50배로 첨가하여 TEM 분석을 통해 코팅상태를 확인하였다.
결과적으로 도 3으로부터 첨가되는 커플링제의 양이 증가할수록 자성 금속 나노입자 표면에 고정된 은의 밀도가 증가하고, 지름도 약 5~10nm 정도에서 약 30nm 로 커지는 것을 알 수 있다. 즉 자성 금속 나노입자를 MPTMS로 완전히 단일 층 코팅을 하기 위해서는 필요한 MPTMS의 이론 양보다 약간 과량이 사용되어야 한다. 하지만 약 0.05ml와 0.1ml의 커플링제를 넣어준 TEM 사진의 분석 결과 MPTMS로 표면이 완전히 코팅된 이후에는 커플링제의 양을 그 이상으로 첨가하더라도 은 코팅 결과가 크게 달라지지 않는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 1-2: 마그네타이트-은 코어-쉘 나노입자의 에탄올-물 혼합용매 중 물의 비율에 따른 코팅 변화
도 5는 에탄올-물 혼합 용매에서 물의 비율 변화에 따른 은 코팅 상태를 나타낸 TEM 결과이다. MPTMS의 솔-겔 반응에서 용매 중 물의 비율이 높을수록 표면 전하에 의한 자성 금속 나노입자 간 반발력이 강해지므로 더욱 높은 분산성을 보인다. 하지만 물의 양이 과도하게 첨가되면 MPTMS의 가수분해 및 축합 반응 또한 너무 빠르게 일어날 수 있으므로 그 양을 조절하는 것이 중요하다. 이에 따른 은 코팅의 변화를 알아보기 위하여 총 부피가 약 150ml 인 혼합 용매 중 물의 비율을 0%, 1.3%, 20% 로 증가시키며 솔-겔 반응을 진행하였다. 물의 비율이 클수록 MPTMS가 자성 금속 나노입자 표면에서 반응하여 실리카를 형성할 가능성이 더욱 높다. 따라서 도 5의 (b), (c)와 같이 물의 비율이 각각 1.3vol%, 20vol% 인 경우를 비교했을 때 1.3vol% 인 경우가 상대적으로 일정하고 고르게 은이 코팅되었다. 반면 물의 비율이 20vol%인 경우에는 싸이올기가 모든 자성 금속 나노입자 표면에 골고루 코팅되지 않고 국부적으로 두껍게 코팅되어 상대적으로 1.3vol% 보다 응집 현상은 적었지만 은 입자가 적은 부분에서 불규칙하고 크게 성장하였다. 오히려 도 5 (a)와 같이 물을 첨가하지 않은 반응에서 은이 고르게 코팅되었으며 물이 1.3vol%, 20vol% 첨가된 경우보다 응집 현상도 적게 나타났다. 물을 따로 첨가하지 않더라도 공기 중에 노출되어 있던 자성 금속 나노입자는 자체적으로 공기 중의 수분이 표면에 흡착하며 Fe-OH를 형성하므로 MPTMS와의 솔-겔 합성이 가능하다. 즉, 솔-겔 반응 시 거의 자성 금속 나노입자 표면에서만 합성 반응이 일어날 수 있도록 하기 위하여 최소량의 물을 첨가하는 것이 효율적이며, 응집 현상을 줄일 수 있다.
실험예 1-3: 마그네타이트-은 코어-쉘 나노입자의 분산 방법에 따른 코팅 변화
도 6 (a)와 (b)는 분산제를 첨가하지 않은 상태에서 합성하였으며 결과적으로 교반기보다 40KHz의 초음파 분산기를 사용하는 것이 분산에 더 효과적이었다. (c)는 같이 초음파 분산기를 사용하고 PVP 분산제까지 첨가해 준 경우이다. PVP 분산제는 친양쪽성 비이오 폴리머로써 나노 입자에 흡착하여 분산성을 높여준다. 따라서 PVP 사용 시 가장 높은 분산 상태를 나타냈으나 자성 금속 나노입자 주변을 둘러싸는 PVP가 마그네타이트와 MPTMS 사이의 반응을 억제하므로 은이 PVP 사용 전보다 얇게 코팅되었다.
실험예 1-4: 마그네타이트-은 코어-쉘 나노입자의 환원 시간에 따른 코팅 변화
도 7과 같이 환원 반응을 시작한지 1시간 후에 TEM을 이용하여 약 5~10nm의 구형 은 나노 입자들이 합성되었으며, 반응 시간이 1시간에서 12시간으로 증가함에 따라 은의 지름이 점차 증가하였다. 1, 5시간 동안 합성된 은 입자의 지름은 균일하게 나타나지 않지만, 12시간에 걸쳐 환원된 은 나노 입자들은 직경 30nm 정도로 거의 일정하게 나타났다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 다음을 포함하는, 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노입자의 제조방법:
    (a) 자성 금속 나노입자를 에탄올 또는 에탄올-물 혼합 용매에 분산시키는 단계;
    (b) 상기 에탄올 또는 에탄올-물 혼합 용매에 분산시킨 자성 금속 나노입자의 단위 표면적에 대하여 0.25mmol/m2 ~ 1.25mmol/m2 로 커플링제를 첨가시켜 자성 금속 나노입자 표면을 싸이올기로 개질시키는 단계;
    (c) 상기 싸이올기로 개질된 자성 금속 나노입자 콜로이드 용액을 안정제와 환원제 혼합용액에 첨가시켜 분산시키는 단계; 및
    (d) 상기 안정제와 환원제 혼합용액에 첨가시켜 분산시킨 싸이올기로 개질된 자성 금속 나노입자 콜로이드 용액에 질산은을 첨가하여 교반시키는 단계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 (a)단계의 자성 금속 나노입자는 Fe3O4, Fe2O3, CoFe2O4, MnFe2O4, CoPt 및 FePt로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노입자의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 자성 금속 나노입자는 직경이 100 ~ 200nm인 것을 특징으로 하는 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노입자의 제조방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 (a)단계의 에탄올 또는 에탄올-물 혼합 용매 중 물의 비율이 0 ~ 20vol%로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노입자의 제조방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 (a)단계에서 자성 금속 나노입자는 에탄올 또는 에탄올-물 혼합 용매 150㎖에 대하여, 0.05g 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노입자의 제조방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 (b)단계의 커플링제는 실란계 중 금속과 친화력이 높은 메르캅토나 아미노 말단기를 갖는 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노입자의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제2항에 있어서, 상기 (b)단계에서 커플링제를 첨가한 다음, 솔-겔 반응이 일어나도록 반응 온도 40℃에서 1시간, 80℃에서 3시간 30분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노입자의 제조방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 (c)단계의 안정제는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올(PVA) ,키토산(chitosan) 및 아라비아 검(arabic gum)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노입자의 제조방법.
  11. 제2항에 있어서, 상기 (c)단계의 환원제는 에틸렌글리콜, 글루코스, 소듐 보로하이드라이드 및 하이드록실아민으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노입자의 제조방법.
  12. 제2항에 있어서, 상기 (d)단계에서 질산은과 자성 금속 나노입자는 2:1 ~ 5:1의 비율로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노입자의 제조방법.
  13. 제2항에 있어서, 상기 (d)단계는 승온반응으로 온도 120℃까지 1시간 동안 수행하고, 120℃ 도달시 12시간 동안 교반하는 것을 특징으로 하는 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노입자의 제조방법.
  14. 제2항에 있어서, 상기 (d)단계에서 제조된 마그네타이트-은 코어-쉘 나노입자는 직경이 100 ~ 300nm인 것을 특징으로 하는 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노입자의 제조방법.
  15. 제2항 내지 제7항, 제9항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 의해 제조된 자성 금속 나노입자-은 코어-쉘 나노입자.
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