KR102628030B1 - Triple or quadruple nanoring structure and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 삼중 나노링 구조체는 내부 프레임; 상기 내부 프레임을 둘러싸는 폐루프 구조를 갖는 제1외부 프레임; 상기 제1외부 프레임을 둘러싸는 폐루프 구조를 갖는 제2외부 프레임;및 상기 내부 프레임, 상기 1외부 프레임 및 상기 제2외부 프레임의 표면을 덮고 있는 금 박막층을 포함하는 삼중 나노링 구조체를 제조할 수 있으며, 상기 내부 프레임과 제1외부 프레임 및 상기 제1외부 프레임과 제2외부 프레임은 적어도 하나의 금 브릿지에 의해 연결될 수 있다. The triple nanoring structure according to an embodiment of the present invention includes an internal frame; a first outer frame having a closed loop structure surrounding the inner frame; a second outer frame having a closed loop structure surrounding the first outer frame; and a gold thin film layer covering the surfaces of the inner frame, the first outer frame, and the second outer frame. The inner frame and the first outer frame and the first outer frame and the second outer frame may be connected by at least one gold bridge.

Description

삼중 또는 사중 나노링 구조체 및 이의 제조방법{TRIPLE OR QUADRUPLE NANORING STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}Triple or quadruple nanoring structure and manufacturing method thereof {TRIPLE OR QUADRUPLE NANORING STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 나노 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 삼중 또는 사중 나노링으로 구성된 나노 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to nanostructures, and more specifically, to nanostructures composed of triple or quadruple nanorings and a method of manufacturing the same.

최근 프레임 구조를 갖는 나노 입자들의 합성에 대한 관심이 높아지고 있다. 프레임 구조를 갖는 나노 입자들은 솔리드 나노 입자보다 부피 대비 노출된 표면적이 크다는 특징이 있어, 특히, 바이오 및 촉매 응용 분야에서 많은 연구가 이루어지고 있다.Recently, interest in the synthesis of nanoparticles with a frame structure is increasing. Nanoparticles with a frame structure have the characteristic of having a larger exposed surface area relative to their volume than solid nanoparticles, so much research is being conducted, especially in bio and catalyst applications.

이러한 프레임 구조의 특징을 증가시키기 위해 프레임의 모양, 크기, 성분들을 조절하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 대표적인 프레임 합성 방법으로는, 갈바닉 치환 반응, 선택적인 성장, 에칭 방법 등이 사용되고 있다.In order to increase the characteristics of the frame structure, research is actively being conducted to control the shape, size, and components of the frame, and representative frame synthesis methods include galvanic substitution reaction, selective growth, and etching methods.

하지만, 상기 방법들을 통해 합성된 나노 프레임 구조들은 단일 프레임 구조 내에서의 모양, 크기, 성분 조절 등에 대한 연구만 진행되었을 뿐, 복잡한 프레임 구조를 갖는 나노 입자들을 정교하게 조절하거나, 높은 균일도를 갖게 할 수 있는 합성 방법에 대한 연구는 여전히 부재한 상태이다.However, the nanoframe structures synthesized through the above methods have only been studied on the shape, size, and component control within a single frame structure, and there is no way to precisely control nanoparticles with a complex frame structure or to achieve high uniformity. Research on possible synthesis methods is still lacking.

또한, 상기 복잡한 프레임 구조를 수용액상에서 한 입자 내에 다중 나노 구조체로서 정교하게 정렬시키는 것이 매우 어려운 문제가 있는데, 기존에는 갈바닉 교환 반응 및 표면 에너지를 이용한 선택적인 성장 반응이 포함된 단순한 화학반응을 이용하여 단일 나노 링 혹은 단일 프레임 구조체만 실현가능 하였다. In addition, it is very difficult to precisely align the complex frame structure as multiple nanostructures within one particle in an aqueous solution. Conventionally, a simple chemical reaction involving a galvanic exchange reaction and a selective growth reaction using surface energy has been used to Only a single nanoring or single frame structure was feasible.

이때, 상기 문제를 해결하기 위해 리소그래피를 이용하여 기판내에 다중 링 구조체를 실현시킬 수 있었지만, 상기 리소그래피 방법은 기판 위에서만 제작이 가능하므로 응용성이 떨어지고, 응용연구로의 활용이 어려운 문제가 있었다.At this time, in order to solve the above problem, it was possible to realize a multi-ring structure in a substrate using lithography, but since the lithography method can only be manufactured on a substrate, its applicability is low and it is difficult to utilize it for applied research.

대한민국 등록특허공보 제 1844979 호Republic of Korea Patent Publication No. 1844979

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 수용액 상에서 정교한 화학반응을 하여 한 공간 내에 다중 나노 입자들이 집적된 새로운 삼중 또는 사중 나노링 구조체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a new triple or quadruple nanoring structure in which multiple nanoparticles are integrated in one space through an elaborate chemical reaction in an aqueous solution and a method of manufacturing the same. will be.

또한, 상기 삼중 또는 사중 나노링 구조체는 내부 간격과 모양이 정교하게 제어되므로, 빛과의 상호작용을 극대화하여 바이오 및 화학물질 검출과 같은 응용 연구에 활용될 수 있는 표면증강 라만산란 기판을 제공하는 것이다. In addition, since the internal spacing and shape of the triple or quadruple nanoring structure are precisely controlled, interaction with light is maximized to provide a surface-enhanced Raman scattering substrate that can be used in applied research such as bio and chemical detection. will be.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 삼중 나노링 구조체를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention provides a triple nanoring structure.

본 발명의 일 실시예에 따른 삼중 나노링 구조체는, 폐루프 구조의 내부 프레임; 상기 내부 프레임을 둘러싸는 폐루프 구조를 갖는 제1외부 프레임; 상기 제1외부 프레임을 둘러싸는 폐루프 구조를 갖는 제2외부 프레임;및 상기 내부 프레임, 상기 1외부 프레임 및 상기 제2외부 프레임의 표면을 덮고 있는 금 박막층을 포함할 수 있다. The triple nanoring structure according to an embodiment of the present invention includes an inner frame of a closed loop structure; a first outer frame having a closed loop structure surrounding the inner frame; It may include a second outer frame having a closed loop structure surrounding the first outer frame; and a gold thin film layer covering surfaces of the inner frame, the first outer frame, and the second outer frame.

또한, 상기 내부 프레임과 제1외부 프레임은 적어도 하나의 금 브릿지에 의해 연결된 것을 특징으로 하고, 상기 제1외부 프레임과 제2외부 프레임은 적어도 하나의 금 브릿지에 의해 연결될 수 있다. Additionally, the internal frame and the first external frame may be connected by at least one gold bridge, and the first external frame and the second external frame may be connected by at least one gold bridge.

또한, 상기 내부 프레임, 제1외부 프레임 및 제2외부 프레임은 백금으로 구성될 수 있다. Additionally, the inner frame, first outer frame, and second outer frame may be made of platinum.

또한, 상기 내부 프레임과 제1외부 프레임 사이 및 상기 제1외부 프레임과 제2외부 프레임 사이에는 나노 갭을 가지며, 상기 프레임 상에 위치된 금 박막층의 동심 성장(concentric growth)정도를 조절하여 상기 나노 갭의 거리가 조절될 수 있다. In addition, there is a nano gap between the inner frame and the first outer frame and between the first outer frame and the second outer frame, and the degree of concentric growth of the gold thin film layer located on the frame is adjusted to control the nano gap. The distance of the gap can be adjusted.

또한, 상기 삼중 나노링 구조체의 전자기장(electromagnetic field)세기 및 분포는 상기 나노 갭의 거리에 의해 조절될 수 있다. Additionally, the electromagnetic field strength and distribution of the triple nanoring structure can be controlled by the distance of the nanogap.

또한, 상기 삼중 나노링 구조체는 대칭적인 기하구조를 가지고, 상기 대칭적인 기하구조를 통하여 모든 방향의 근적외선 파장의 빛에 대해서 라만산란이 가능할 수 있다. Additionally, the triple nanoring structure has a symmetrical geometry, and through the symmetrical geometry, Raman scattering may be possible for light of near-infrared wavelengths in all directions.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일 실시예는 표면증강라만산란용 기판을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides a substrate for surface-enhanced Raman scattering.

본 발명의 일 실시예에 따른 표면증강라만산란용 기판은, 상술한 삼중 나노링 구조체를 포함할 수 있다. A substrate for surface-enhanced Raman scattering according to an embodiment of the present invention may include the triple nanoring structure described above.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일 실시예는 사중 나노 링 구조체를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides a quadruple nano ring structure.

본 발명의 일 실시예에 따른 사중 나노 링 구조체는, 폐루프 구조의 내부 프레임; 상기 내부 프레임을 둘러싸는 폐루프 구조를 갖는 제1외부 프레임; 상기 제1외부 프레임을 둘러싸는 폐루프 구조를 갖는 제2외부 프레임; 상기 제 2 외부 프레임을 둘러싸는 폐루프 구조를 갖는 제 3외부 프레임;및 상기 내부 프레임, 상기 1외부 프레임, 상기 제2외부 프레임 및 제3외부 프레임의 표면을 덮고 있는 금 박막층을 포함 할 수 있다.The quadruple nano ring structure according to an embodiment of the present invention includes an inner frame of a closed loop structure; a first outer frame having a closed loop structure surrounding the inner frame; a second outer frame having a closed loop structure surrounding the first outer frame; A third outer frame having a closed loop structure surrounding the second outer frame; and a gold thin film layer covering the surfaces of the inner frame, the first outer frame, the second outer frame, and the third outer frame. .

또한, 상기 내부 프레임과 제1외부 프레임은 적어도 하나의 금 브릿지에 의해 연결되고, 상기 제1외부 프레임과 제2외부 프레임은 적어도 하나의 금 브릿지에 의해 연결되고, 및 상기 제2외부 프레임과 제3외부 프레임은 적어도 하나의 금 브릿지에 의해 연결될 수 있다.Additionally, the inner frame and the first outer frame are connected by at least one gold bridge, the first outer frame and the second outer frame are connected by at least one gold bridge, and the second outer frame and the second outer frame are connected by at least one gold bridge. 3The outer frames may be connected by at least one gold bridge.

또한, 상기 내부 프레임, 제1외부 프레임, 제2외부 프레임 및 제3외부 프레임은 백금으로 구성될 수 있다. Additionally, the inner frame, the first outer frame, the second outer frame, and the third outer frame may be made of platinum.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일 실시예는 삼중 나노링 구조체 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a triple nanoring structure.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 상기 삼중 나노링 구조체 제조방법은 2차원 금 나노 구조체를 준비하는 단계; 상기 2차원 금 나노 구조체의 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제1 백금층을 형성하는 단계; 상기 제1백금층이 형성된 2차원 금 나노 구조체 내부의 금을 제거하여 백금 단일 프레임 구조체를 형성하는 단계; 상기 백금 단일 프레임 구조체의 내부경계면의 안쪽 방향 및 외부경계면의 바깥쪽 방향으로 금 나노 입자를 평면 성장(faceted growth)하여 판상형 금 나노링을 형성하는 단계; 상기 판상형 금 나노링의 내부 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제2백금층 및 외부 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제3백금층을 형성하는 단계; 상기 제2백금층 및 상기 제3백금층이 형성된 판상형 금 나노링 내부의 금을 제거하되 내부에 금 브릿지가 위치되고 내부 프레임, 상기 내부 프레임을 둘러싸는 제 1 외부 프레임 및 상기 제 1외부 프레임을 둘러싸는 제 2 외부 프레임을 구비하는 백금 삼중 프레임 구조체를 형성하는 단계;및 상기 백금 삼중 프레임 구조체의 표면을 덮도록 금 박막층을 형성하여 삼중 나노링 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The method for manufacturing the triple nanoring structure according to another embodiment of the present invention includes preparing a two-dimensional gold nanostructure; Forming a first platinum layer with a closed loop structure at an edge area of the two-dimensional gold nanostructure; forming a platinum single frame structure by removing gold inside the two-dimensional gold nanostructure on which the first platinum layer is formed; Forming a plate-shaped gold nanoring by faceted growing gold nanoparticles in an inner direction of the inner boundary surface and an outer direction of the outer boundary surface of the platinum single frame structure; forming a second platinum layer with a closed-loop structure on the inner edge region of the plate-shaped gold nanoring and a third platinum layer with a closed-loop structure on the outer edge region; The gold inside the plate-shaped gold nanoring on which the second platinum layer and the third platinum layer are formed is removed, and a gold bridge is located inside, and an inner frame, a first outer frame surrounding the inner frame, and the first outer frame are formed. It may include forming a platinum triple frame structure having a second surrounding external frame; and forming a gold thin film layer to cover the surface of the platinum triple frame structure to form a triple nanoring structure.

또한, 상기 2차원 금 나노 구조체를 준비하는 단계는, 금으로 구성된 2차원 삼각형 나노 프리즘을 준비하는 단계; 상기 삼각형 형상의 평면형 나노 프리즘을 선택적 에칭 공정을 수행하여 2차원 원형 나노디스크를 제조하는 단계;및 상기 2차원 원형 나노디스크를 과성장 공정을 수행하여 원형 또는 육각형의 2차원 나노 금 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, preparing the two-dimensional gold nanostructure includes preparing a two-dimensional triangular nanoprism made of gold; producing a two-dimensional circular nanodisk by performing a selective etching process on the triangular-shaped planar nanoprism; and performing an overgrowth process on the two-dimensional circular nanodisk to produce a circular or hexagonal two-dimensional nano gold structure. May include steps.

또한, 상기 제 1 백금층을 형성하는 단계와 제 2 백금층 및 제 3 백금층을 형성하는 단계에서, 상기 2차원 금 나노 구조체 또는 상기 판상형 금 나노링 상에 은 박막을 백금 이온과 갈바닉 치환 반응시켜 형성될 수 있다. In addition, in the steps of forming the first platinum layer, the second platinum layer, and the third platinum layer, a silver thin film is formed on the two-dimensional gold nanostructure or the plate-shaped gold nanoring through a galvanic substitution reaction with platinum ions. It can be formed by

또한, 상기 판상형 금 나노링을 형성하는 단계에서, 상기 판상형 금 나노링은 백금 단일 프레임 구조체의 모양을 유지하면서 내부에 원형 중공이 형성될 수 있다. Additionally, in the step of forming the plate-shaped gold nanoring, a circular hollow may be formed inside the plate-shaped gold nanoring while maintaining the shape of the platinum single frame structure.

또한, 상기 삼중 나노링 구조체를 형성하는 단계에서, 상기 삼중 나노링 구조체는 상기 백금 삼중 프레임 구조체의 표면상에 동심 성장(concentric growth)을 수행하여 형성될 수 있다. Additionally, in the step of forming the triple nanoring structure, the triple nanoring structure may be formed by performing concentric growth on the surface of the platinum triple frame structure.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일 실시예는 삼중 나노링 구조체 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a triple nanoring structure.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 상기 삼중 나노링 구조체 제조방법은 2차원 금 나노 구조체를 준비하는 단계; 상기 2차원 금 나노 구조체의 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제1 백금층을 형성하는 단계; 상기 제1백금층이 형성된 2차원 금 나노 구조체 내부의 금(Au)을 제거하여 백금 단일 프레임 구조체를 형성하는 단계; 상기 백금 단일 프레임 구조체의 내부경계면의 안쪽 방향 및 외부경계면의 바깥쪽 방향으로 금 나노 입자를 평면 성장(faceted growth)하여 판상형 금 나노링을 형성하는 단계; 상기 판상형 금 나노링의 내부 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제2백금층 및 외부 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제3백금층을 형성하는 단계; 상기 제2 백금층 및 제3 백금층이 형성된 판상형 금 나노링의 내부경계면의 안쪽 방향 및 외부경계면의 바깥쪽 방향으로 금 나노 입자를 평면 성장(faceted growth)하여 판상형 금 나노 플레이트를 형성하는 단계; 상기 판상형 금 나노 플레이트의 가장자리 영역의 폐루프 구조의 제4백금층을 형성하는 단계; 상기 제4백금층이 형성된 판상형 금 나노링 내부의 금을 제거하되 내부에 금 브릿지가 위치되고 내부 프레임, 상기 내부 프레임을 둘러싸는 제 1 외부 프레임 및 상기 제 1외부 프레임을 둘러싸는 제 2 외부 프레임, 상기 제2외부 프레임을 둘러싸는 제3외부 프레임을 구비하는 백금 사중 프레임 구조체를 형성하는 단계;및 상기 백금 사중 프레임 구조체의 표면을 덮도록 금 박막층을 형성하여 사중 나노링 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The method for manufacturing the triple nanoring structure according to another embodiment of the present invention includes preparing a two-dimensional gold nanostructure; Forming a first platinum layer with a closed loop structure at an edge area of the two-dimensional gold nanostructure; forming a platinum single frame structure by removing gold (Au) inside the two-dimensional gold nanostructure on which the first platinum layer is formed; Forming a plate-shaped gold nanoring by faceted growing gold nanoparticles in an inner direction of the inner boundary surface and an outer direction of the outer boundary surface of the platinum single frame structure; forming a second platinum layer with a closed-loop structure on the inner edge region of the plate-shaped gold nanoring and a third platinum layer with a closed-loop structure on the outer edge region; forming a plate-shaped gold nanoplate by faceted growing gold nanoparticles in an inner direction of the inner boundary surface and an outer direction of the outer boundary surface of the plate-shaped gold nanoring on which the second platinum layer and the third platinum layer are formed; forming a fourth platinum layer having a closed loop structure at an edge region of the plate-shaped gold nanoplate; The gold inside the plate-shaped gold nanoring on which the fourth platinum layer is formed is removed, and a gold bridge is positioned inside, and an inner frame, a first outer frame surrounding the inner frame, and a second outer frame surrounding the first outer frame , forming a platinum quadruple frame structure having a third outer frame surrounding the second outer frame; and forming a gold thin film layer to cover the surface of the platinum quadruple frame structure to form a quadruple nanoring structure. It can be included.

또한, 상기 2차원 금 나노 구조체를 준비하는 단계는, 금으로 구성된 2차원 삼각형 나노 프리즘을 준비하는 단계; 상기 삼각형 형상의 평면형 나노 프리즘을 선택적 에칭 공정을 수행하여 2차원 원형 나노디스크를 제조하는 단계;및 상기 2차원 원형 나노디스크를 과성장 공정을 수행하여 원형 또는 육각형의 2차원 나노 금 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, preparing the two-dimensional gold nanostructure includes preparing a two-dimensional triangular nanoprism made of gold; manufacturing a two-dimensional circular nanodisk by performing a selective etching process on the triangular-shaped planar nanoprism; and manufacturing a circular or hexagonal two-dimensional nano gold structure by performing an overgrowth process on the two-dimensional circular nanodisk. May include steps.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 삼중 또는 사중 나노링 구조체의 제조방법에 의해, 수용액 내에서 서로 다른 크기를 갖는 삼중 또는 사중의 백금 나노링 구조체를 제조할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, triple or quadruple platinum nanoring structures having different sizes can be manufactured in an aqueous solution by using a method for manufacturing a triple or quadruple nanoring structure.

또한, 상기 삼중 또는 사중의 백금 나노링 구조체 단일입자 내에 핫 스팟 공간(hot spot area)이 기존 단일 또는 이중 나노 구조체에 비해 많이 형성되어 표면증강라만산란의 라만신호가109 배 증가되어 표면증강라만신호의 해상도를 극적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, more hot spot areas are formed within the single particle of the triple or quadruple platinum nanoring structure than in the existing single or double nanostructure, and the Raman signal of surface-enhanced Raman scattering is increased by 10 9 times, resulting in surface-enhanced Raman scattering. This has the effect of dramatically improving the resolution of the signal.

또한, 상기 삼중 또는 사중의 백금 나노링 구조체로부터 검출된 표면증강라만산란신호는 높은 재현성이 있고 빛의 방향에 관계없이 라만신호가 균일하며 높은 해상도를 나타낼 수 있다. In addition, the surface-enhanced Raman scattering signal detected from the triple or quadruple platinum nanoring structure has high reproducibility, and the Raman signal is uniform regardless of the direction of light and can exhibit high resolution.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 삼중 나노링 구조체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 삼중 나노링 구조체의 제조방법을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 삼중 나노링 구조체의 합성 과정에 대한 모식도 및 합성된 나노 입자의 전자 현미경 이미지이다.
도 4 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백금 단일 나노 프레임 상에 금 성장을 조절한 금 디스크 합성과정에 대한 모식도 및 전자 현미경 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백금 삼중 프레임 구조체 및 금 성장을 조절한 삼중 나노링 구조체의 전자 현미경 이미지 및 나노 갭과 파장을 확인할 수 있는 그래프이다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백금 삼중 프레임 구조체의 표면증강라만산란 특징을 분석한 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백금 사중 프레임 구조체의 합성과정에 대한 모식도 및 전자현미경 이미지이다.
Figure 1 is a flowchart showing a method of manufacturing a triple nanoring structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a triple nanoring structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram of the synthesis process of a triple nanoring structure according to an embodiment of the present invention and an electron microscope image of the synthesized nanoparticles.
Figure 4 is a schematic diagram and electron microscope image of a gold disk synthesis process in which gold growth is controlled on a platinum single nanoframe according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the electron microscope image, nano gap, and wavelength of the platinum triple frame structure and the triple nanoring structure with controlled gold growth according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows the results of analyzing the surface-enhanced Raman scattering characteristics of a platinum triple frame structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a schematic diagram and an electron microscope image of the synthesis process of a platinum quadruple frame structure according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. In addition, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 삼중 나노링 구조체를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a triple nanoring structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

상기 도 2를 참조하여, 삼중 나노링 구조체를 설명한다. With reference to FIG. 2, the triple nanoring structure will be described.

상기 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 삼중 나노링 구조체의 제조방법을 나타내는 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a triple nanoring structure according to an embodiment of the present invention.

상기 삼중 나노링 구조체는 폐루프 구조의 내부 프레임(10); 상기 내부 프레임을 둘러싸는 제1외부 프레임(20); 상기 제1외부 프레임을 둘러싸는 제2외부 프레임(30);및 상기 내부 프레임, 상기 1외부 프레임 및 상기 제2외부 프레임의 표면을 덮고 있는 금 박막층을 포함할 수 있다. The triple nanoring structure includes an internal frame 10 of a closed loop structure; a first outer frame (20) surrounding the inner frame; It may include a second outer frame 30 surrounding the first outer frame; and a gold thin film layer covering surfaces of the inner frame, the first outer frame, and the second outer frame.

이때, 상기 내부 프레임(10)과 제1외부 프레임(20) 및 상기 제1외부 프레임(20)과 제2외부 프레임(30)은 적어도 하나의 금 브릿지에 의해 연결될 수 있다. At this time, the inner frame 10 and the first outer frame 20 and the first outer frame 20 and the second outer frame 30 may be connected by at least one gold bridge.

상기 금 브릿지는 상기 내부 프레임(10)과 제1외부 프레임(20) 및 상기 제1외부 프레임(20)과 제2외부 프레임(30)을 연결할 수 있으며, 각각의 프레임들이 연결되지 않는 경우 내부 프레임 및 외부 프레임들이 단일 공간 내에서 형성될 수 없으므로 삼중 나노링 구조체를 형성할 수 없는 문제가 있을 수 있다.The gold bridge may connect the inner frame 10 and the first outer frame 20 and the first outer frame 20 and the second outer frame 30. If the respective frames are not connected, the inner frame And since the external frames cannot be formed within a single space, there may be a problem in which the triple nanoring structure cannot be formed.

이때, 상기 내부 프레임(10), 제1외부 프레임(20) 및 제2외부 프레임(30)은 백금으로 구성될 수 있다. At this time, the inner frame 10, the first outer frame 20, and the second outer frame 30 may be made of platinum.

이때, 상기 내부 프레임(10), 제1외부 프레임(20) 및 제2외부 프레임(30)이 백금으로 구성된 이유는 금 또는 은과 같은 다른 금속원자들에 비해 백금의 구조적 안정성이 높으므로 내부지지체로 이용할 수 있기 때문이다.At this time, the reason why the inner frame 10, the first outer frame 20, and the second outer frame 30 are made of platinum is because the structural stability of platinum is higher than that of other metal atoms such as gold or silver, so the inner support This is because it can be used as.

이때, 상기 내부 프레임(10)과 제1외부 프레임(20) 사이 및 상기 제1외부 프레임(20)과 제2외부 프레임(30) 사이에는 나노 갭을 가지며, 상기 프레임 상에 위치된 금 박막층의 동심 성장(concentric growth)정도를 조절하여 상기 나노 갭의 거리가 조절될 수 있다. At this time, there is a nano gap between the inner frame 10 and the first outer frame 20 and between the first outer frame 20 and the second outer frame 30, and the gold thin film layer located on the frame The distance of the nano gap can be adjusted by controlling the degree of concentric growth.

상기 동심 성장은 (concentric growth) 환원반응을 진행할 때 가해지는 전위가, 내부경계면의 표면에너지(Einner-boundary)와 외부경계면의 표면에너지(Eouter-boundary) 모두보다 높은 경우에는, 상기 내부경계면(600)과 외부경계면(500) 모두에서 환원반응이 진행할 수 있도록 한다. If the potential applied during the concentric growth reduction reaction is higher than both the surface energy of the inner boundary (Einner-boundary) and the surface energy of the outer boundary (Eouter-boundary), the inner boundary (600) ) and the external boundary surface (500) so that the reduction reaction can proceed.

따라서, 상기 백금 삼중 프레임 구조체의 내부와 외부 경계면 모두에서 환원반응이 진행되어 금 박막을 형성할 수 있으므로, 상기 동심 성장 반응의 속도를 낮추어 금속원자의 환원력을 낮추도록 조절하고, 백금 삼중 프레임의 구조체 위에 실버 원자층을 전체적으로 형성시켜 골드와 백금 원자 사이의 격자 불일치 상수를 줄여 전체표면 위에 금 박막 성장하는 것을 유도하는 경우 상기 나노갭의 거리가 조절 될 수 있다.Therefore, since a reduction reaction can proceed at both the inner and outer boundaries of the platinum triple frame structure to form a gold thin film, the rate of the concentric growth reaction is adjusted to lower the reducing power of the metal atom, and the platinum triple frame structure is controlled to lower the reducing power of the metal atom. The distance of the nanogap can be adjusted when a silver atomic layer is formed on the entire surface to reduce the lattice mismatch constant between gold and platinum atoms to induce the growth of a gold thin film over the entire surface.

이때, 상기 판상형 삼중 나노링 구조체의 전자기장(electromagnetic field)세기 및 분포는 상기 나노 갭의 거리에 의해 조절될 수 있다.At this time, the electromagnetic field intensity and distribution of the plate-shaped triple nanoring structure can be adjusted by the distance of the nano gap.

상기 나노 갭의 거리 조절에 의해 상기 나노 갭의 거리가 감소되는 경우 입사되는 전자기장을 집중시킬 수 있기 때문에 상기 삼중 나노링 구조체가 표면증강라만산란 기판에 적용 되면, 높은 라만 향상 값을 얻을 수 있다. When the distance of the nanogap is reduced by adjusting the distance of the nanogap, the incident electromagnetic field can be concentrated, so when the triple nanoring structure is applied to a surface-enhanced Raman scattering substrate, a high Raman enhancement value can be obtained.

이때, 상기 삼중 나노링 구조체는 대칭적인 기하구조를 가지고, 상기 대칭적인 기하구조를 통하여 모든 방향에서 조사되는 근적외선 파장의 빛에 대해서 라만산란이 가능할 수 있다.At this time, the triple nanoring structure has a symmetrical geometry, and through the symmetrical geometry, Raman scattering may be possible for light of near-infrared wavelengths irradiated from all directions.

이때, 상기 삼중 나노링 구조체의 직경은 140 nm 내지 150 nm일 수 있다.At this time, the diameter of the triple nanoring structure may be 140 nm to 150 nm.

이때, 속이 빈 나노 구조체 중에서 나노링 구조체는 표면 대 부피 비율이 크기 때문에 빌딩-블록으로 적용할 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 따른 삼중 나노링 구조체의 내부 중공이 형성된 구조는 전기장이 향상되도록 할 수 있다. At this time, among hollow nanostructures, the nanoring structure can be applied as a building block because it has a large surface-to-volume ratio, and the structure in which the inner hollow of the triple nanoring structure according to an embodiment of the present invention is formed is designed to improve the electric field. can do.

또한, 상기 삼중 나노링 구조체의 내부 프레임의 직경은 20 nm 내지 30 nm 일 수 있다. Additionally, the diameter of the internal frame of the triple nanoring structure may be 20 nm to 30 nm.

또한, 상기 내부프레임과 제1외부 프레임 사이의 거리는 9nm 내지 13nm 일 수 있다.Additionally, the distance between the internal frame and the first external frame may be 9 nm to 13 nm.

상기 내부 프레임과 제1외부 프레임사이의 나노갭에 전기 근접장(electricAn electric near field (electric field) is formed in the nanogap between the inner frame and the first outer frame.

near-fields)가 강하게 집중되어 고도로 증폭된 라만 신호를 나타낼 수 있다. near-fields) are strongly focused and can produce highly amplified Raman signals.

또한, 상기 제1외부 프레임과 상기 제2외부 프레임 사이의 거리는 6nm 내지 10nm 일 수 있다. Additionally, the distance between the first external frame and the second external frame may be 6 nm to 10 nm.

이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 삼중 나노링 구조체에서 가운데에 위치한 제1외부 프레임에 의해 상기 나노갭이 감소할 수 있으므로 상기 제1외부 프레임은 갭 컨트롤러로 작용할 수 있다. At this time, since the nanogap can be reduced by the first outer frame located in the center of the triple nanoring structure according to an embodiment of the present invention, the first outer frame can act as a gap controller.

또한, 상기 제1외부 프레임과 제2외부 프레임은 빛을 흡수하고 근거리 초점을 강화할 수 있으며, 상기 삼중 나노링 구조체에 흡수된 분석물의 매우 큰 라만산란을 일으키도록 할 수 있다. Additionally, the first outer frame and the second outer frame can absorb light, enhance near-field focus, and cause very large Raman scattering of the analyte absorbed by the triple nanoring structure.

본 발명의 다른 일 실시예에 따라. 상기 삼중 나노링 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면증강라만산란용 기판을 제공한다. According to another embodiment of the present invention. A substrate for surface-enhanced Raman scattering is provided, comprising the triple nanoring structure.

상기 삼중 나노링 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면증강라만산란용 기판의 제조방법은, 기판을 준비하는 단계;및 상기 기판상에 삼중 나노링 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The method of manufacturing a substrate for surface-enhanced Raman scattering, characterized in that it includes the triple nanoring structure, may include preparing a substrate; and forming a triple nanoring structure on the substrate.

상기 삼중 나노링 구조체를 포함하는 표면증강라만산란용 기판은 이중 나노링 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면증강라만산란용 기판 대비 10배 이상 증강 될 수 있다. The substrate for surface-enhanced Raman scattering containing the triple nanoring structure can be enhanced by more than 10 times compared to the substrate for surface-enhanced Raman scattering containing the double nanoring structure.

본 발명의 다른 일 실시 예에 따라, 사중 나노링 구조체를 설명한다.According to another embodiment of the present invention, a quadruple nanoring structure will be described.

상기 사중 나노링 구조체는 폐루프 구조의 내부 프레임; 상기 내부 프레임을 둘러싸는 제1외부 프레임; 상기 제1외부 프레임을 둘러싸는 제2외부 프레임; 상기 제 2 외부 프레임을 둘러싸는 제 3외부 프레임;및 상기 내부 프레임, 상기 1외부 프레임, 상기 제2외부 프레임 및 제3외부 프레임의 표면을 덮고 있는 금 박막층을 포함할 수 있다. The quadruple nanoring structure includes an inner frame of a closed loop structure; a first outer frame surrounding the inner frame; a second outer frame surrounding the first outer frame; A third outer frame surrounding the second outer frame; and a gold thin film layer covering surfaces of the inner frame, the first outer frame, the second outer frame, and the third outer frame.

이때, 상기 내부 프레임과 제1외부 프레임, 상기 제1외부 프레임과 제2외부 프레임 및 상기 제2외부 프레임과 제3외부 프레임은 적어도 하나의 금 브릿지에 의해 연결될 수 있다. At this time, the internal frame and the first external frame, the first external frame and the second external frame, and the second external frame and the third external frame may be connected by at least one gold bridge.

상기 내부 프레임, 제1외부 프레임, 제2외부 프레임 및 제3외부 프레임은 백금으로 구성될 수 있다. The inner frame, first outer frame, second outer frame, and third outer frame may be made of platinum.

이때, 상기 사중 나노링 구조체의 직경은 190 nm 내지 200 nm일 수 있다. At this time, the diameter of the quadruple nanoring structure may be 190 nm to 200 nm.

또한, 상기 삼중 나노링 구조체의 내부 프레임의 직경은 20 nm 내지 30 nm 일 수 있다. Additionally, the diameter of the internal frame of the triple nanoring structure may be 20 nm to 30 nm.

또한, 상기 내부프레임과 제1외부 프레임 사이의 거리는 9nm 내지 13nm 일 수 있다.Additionally, the distance between the internal frame and the first external frame may be 9 nm to 13 nm.

또한, 상기 제1외부 프레임과 상기 제2외부 프레임 사이의 거리는 6nm 내지 10nm 일 수 있다. Additionally, the distance between the first external frame and the second external frame may be 6 nm to 10 nm.

또한, 상기 제2외부 프레임과 제3외부 프레임 사이의 거리는 10 nm 내지 15 nm일 수 있다. Additionally, the distance between the second external frame and the third external frame may be 10 nm to 15 nm.

이처럼, 삼중 또는 사중 나노링 구조체는 근거리 전자기장을 극대화 시킬 수 있는 원형 핫스팟이 두개가 형성되어 빛의 방향에 상관없이 높은 해상도의 표면증강라만신호를 나타낼 수 잇다. In this way, the triple or quadruple nanoring structure forms two circular hot spots that can maximize the near-field electromagnetic field, allowing it to display a high-resolution surface-enhanced Raman signal regardless of the direction of light.

이러한 라만신호는 상기 내부 프레임과 외부 프레임 사이의 거리가 감소됨에 따라서 표면증강라만효율이 기존의 이중 나노링 구조체에 비해 10배 이상 증강 될 수 있다. As the distance between the inner frame and the outer frame is reduced, the surface-enhanced Raman efficiency of this Raman signal can be increased by more than 10 times compared to the existing double nanoring structure.

도1 내지 도 2를 참조하여, 삼중 나노링 구조체 제조방법을 설명한다.Referring to Figures 1 and 2, a method for manufacturing a triple nanoring structure will be described.

본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 삼중 나노링 구조체는 수용액 상에서 합성 가능하며 제어 가능한 방식에 의해서 90%이상의 높은 수율과 균일성을 나타낼 수 있다.The triple nanoring structure according to an embodiment of the present invention can be synthesized in an aqueous solution and can exhibit high yield and uniformity of more than 90% by a controllable method.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 삼중 나노링 구조체 제조방법을 나타낸 순서도이다. Figure 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a triple nanoring structure according to an embodiment of the present invention.

도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 삼중 나노링 구조체 제조방법을 나타내는 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a triple nanoring structure according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시 예에 따른 삼중 나노링 구조체 제조방법을 설명한다.A method for manufacturing a triple nanoring structure according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 삼중 나노링 구조체 제조방법을 나타낸 순서도이다. Figure 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a triple nanoring structure according to an embodiment of the present invention.

상기 삼중 나노링 구조체 제조방법은 2차원 금 나노 구조체를 준비하는 단계(S100); 상기 2차원 금 나노 구조체의 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제1 백금층을 형성하는 단계(S200); 상기 제1백금층이 형성된 2차원 금 나노 구조체 내부의 금을 제거하여 백금 단일 프레임 구조체를 형성하는 단계(S300); 상기 백금 단일 프레임 구조체의 내부경계면의 안쪽 방향 및 외부경계면의 바깥쪽 방향으로 금 나노 입자를 평면 성장(faceted growth)하여 판상형 금 나노링을 형성하는 단계(S400); 상기 판상형 금 나노링의 내부 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제2백금층 및 외부 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제3백금층을 형성하는 단계(S500); 상기 제2백금층 및 상기 제3백금층이 형성된 판상형 금 나노링 내부의 금을 제거하되 내부에 금 브릿지가 위치되고 내부 프레임, 상기 내부 프레임을 둘러싸는 제 1 외부 프레임 및 상기 제 1외부 프레임을 둘러싸는 제 2 외부 프레임을 구비하는 백금 삼중 프레임 구조체를 형성하는 단계(S600);및 상기 백금 삼중 프레임 구조체의 표면을 덮도록 금 박막층을 형성하여 삼중 나노링 구조체를 형성하는 단계(S700)를 포함할 수 있다.The triple nanoring structure manufacturing method includes preparing a two-dimensional gold nanostructure (S100); Forming a first platinum layer with a closed loop structure at an edge area of the two-dimensional gold nanostructure (S200); Forming a platinum single frame structure by removing gold inside the two-dimensional gold nanostructure on which the first platinum layer is formed (S300); Forming a plate-shaped gold nanoring by faceted growth of gold nanoparticles in an inner direction of the inner boundary surface and an outer direction of the outer boundary surface of the platinum single frame structure (S400); Forming a second platinum layer with a closed-loop structure on the inner edge region of the plate-shaped gold nanoring and a third platinum layer with a closed-loop structure on the outer edge region (S500); The gold inside the plate-shaped gold nanoring on which the second platinum layer and the third platinum layer are formed is removed, and a gold bridge is located inside, and an inner frame, a first outer frame surrounding the inner frame, and the first outer frame are formed. Forming a platinum triple frame structure having a second surrounding outer frame (S600); And forming a gold thin film layer to cover the surface of the platinum triple frame structure to form a triple nanoring structure (S700). can do.

이때, 상기 삼중 나노링 구조체는 5개의 화학반응 수행하여 제조될 수 있으며 각각의 화학반응은 후술하도록 한다.At this time, the triple nanoring structure can be manufactured by performing five chemical reactions, and each chemical reaction will be described later.

상기 5개의 화학반응은 과성장(Over growth), 가장자리 영역에 성장(Rim on deposition), 선택적 에칭(Selective etching), 평면 성장(Faceted growth), 동심 성장(Concentric growth)이다. The five chemical reactions are over growth, rim on deposition, selective etching, faceted growth, and concentric growth.

첫째 단계에서, 2차원 금 나노 구조체를 준비하는 단계를 포함할 수 있다. (S100)The first step may include preparing a two-dimensional gold nanostructure. (S100)

상기 2차원 금 나노 구조체를 준비하는 단계는 금으로 구성된 2차원 삼각형 나노 프리즘을 준비하는 단계; 상기 삼각형 형상의 평면형 나노 프리즘을 선택적 에칭 공정을 수행하여 2차원 원형 나노디스크를 제조하는 단계;및 상기 2차원 원형 나노디스크를 과성장 공정을 수행하여 넓적한 평면형태의 원형 또는 육각형 2차원 나노 금 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.Preparing the two-dimensional gold nanostructure includes preparing a two-dimensional triangular nanoprism made of gold; manufacturing a two-dimensional circular nanodisk by performing a selective etching process on the triangular-shaped planar nanoprism; and performing an overgrowth process on the two-dimensional circular nanodisk to form a circular or hexagonal two-dimensional nano gold structure in a wide planar shape. It may include the step of manufacturing.

이때, 상기 금으로 구성된 2차원 삼각형 나노 프리즘을 준비하는 단계에서, 금으로 구성된 2차원 삼각형 나노 프리즘은 140 nm 내지 150 nm크기 일 수 있다. At this time, in the step of preparing the two-dimensional triangular nanoprism made of gold, the two-dimensional triangular nanoprism made of gold may have a size of 140 nm to 150 nm.

이때, 상기 삼각형 형상의 평면형 나노 프리즘을 선택적 에칭 공정을 수행하여 2차원 원형 나노디스크를 제조하는 단계에서, 상기 2차원 삼각형 나노 프리즘은 금 3가 이온을 금 1가 이온으로 형성시키는 단계; 및 상기 금 1가 이온이 금 원자를 산화시키는 단계를 수행하여 2차원 원형 나노 디스크로 식각될 수 있다.At this time, in the step of manufacturing a two-dimensional circular nanodisk by performing a selective etching process on the triangular-shaped planar nanoprism, the two-dimensional triangular nanoprism includes forming gold trivalent ions into gold monovalent ions; And a step of oxidizing gold atoms by the gold monovalent ion can be performed to etch into a two-dimensional circular nanodisk.

또한, 상기 2차원 원형 나노디스크를 과성장 공정을 수행하여 넓적한 평면형태의 원형 또는 육각형 2차원 나노 금 구조체를 제조하는 단계에서, 상기 2차원 원형 나노 디스크는 과성장(overgrowth) 공정을 수행하여 원형 또는 육각형 형태의 2차원 나노 금 구조체를 제조할 수 있다. In addition, in the step of manufacturing a circular or hexagonal two-dimensional nano gold structure in a wide planar shape by performing an overgrowth process on the two-dimensional circular nanodisk, the two-dimensional circular nanodisk is transformed into a circular shape by performing an overgrowth process. Alternatively, a hexagonal two-dimensional nano gold structure can be manufactured.

이때, 상기 과성장 공정은 반응 용액에 아스코르브산(ascorbic acid)를 첨가하는단계;및 상기 아스코르브산이 첨가된 반응 용액에 금 이온을 첨가하는 단계를 통해 수행될 수 있다. At this time, the overgrowth process may be performed through the steps of adding ascorbic acid to the reaction solution; and adding gold ions to the reaction solution to which ascorbic acid has been added.

이때, 상기 과성장 공정을 통해서 수용액 상에서 대칭 형태의 2차원 나노 금 구조체를 제조할 수 있다.At this time, a symmetrical two-dimensional nano gold structure can be manufactured in an aqueous solution through the overgrowth process.

둘째 단계에서, 상기 2차원 금 나노 구조체의 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제1 백금층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.(S200)In the second step, it may include forming a first platinum layer with a closed loop structure in the edge area of the two-dimensional gold nanostructure (S200).

상기 제1백금층을 형성하는 단계에서, 상기 2차원 금 나노 구조체 상에 은 박막을 백금 이온과 갈바닉 치환 반응시켜 형성될 수 있다. In the step of forming the first platinum layer, a silver thin film may be formed on the two-dimensional gold nanostructure through a galvanic substitution reaction with platinum ions.

예를 들어, 2차원 금 나노 구조체를 포함하는 반응 용액 상에 환원제 및 은 전구체(예를 들어, 질산은)을 첨가하여 은 박막을 형성하고, 백금염(예를 들어, H2PtCl4)을 추가로 첨가하여 산성 조건 하에서 갈바닉 치환 반응시켜, 2차원 금 나노 입자의 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제1 백금층을 형성할 수 있다.For example, a reducing agent and a silver precursor (e.g., silver nitrate) are added to a reaction solution containing a two-dimensional gold nanostructure to form a silver thin film, and a platinum salt (e.g., H 2 PtCl 4 ) is added. By adding and performing a galvanic substitution reaction under acidic conditions, a first platinum layer with a closed loop structure can be formed at the edge area of the two-dimensional gold nanoparticles.

여기서, 백금이 선택적으로 금 나노 입자의 가장자리 영역에 성장하는 이유는, 금 나노 입자의 가장자리(edge)영역이 테라스(terrace) 영역에 비해 표면 에너지가 높기 때문이다.Here, the reason why platinum selectively grows on the edge area of the gold nanoparticle is because the edge area of the gold nanoparticle has higher surface energy than the terrace area.

이러한 표면 에너지의 차이로 인해, 가장자리 영역에서 선택적으로 은 박막과 백금 이온간에 갈바닉 치환 반응이 일어나 제1 백금층이 형성되게 된다.Due to this difference in surface energy, a galvanic substitution reaction occurs selectively between the silver thin film and platinum ions in the edge region, forming a first platinum layer.

셋째 단계에서, 상기 제1백금층이 형성된 2차원 금 나노 구조체 내부의 금을 제거하여 백금 단일 프레임 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. (S300)In the third step, it may include forming a platinum single frame structure by removing gold inside the two-dimensional gold nanostructure on which the first platinum layer is formed. (S300)

구체적으로, 금 3가 이온을 제공하는 용액을 사용하여 금 나노 입자를 에칭시킴으로써, 금 나노 입자 중 제1 백금층으로부터 노출된 가운데 영역을 제거할 수 있으며, 이를 통해, 가운데 영역이 비어 있는 단일 프레임 구조를 형성할 수 있다.Specifically, by etching the gold nanoparticles using a solution that provides trivalent gold ions, the exposed middle region of the gold nanoparticle from the first platinum layer can be removed, thereby forming a single frame with an empty middle region. A structure can be formed.

이때, 상기 금 3가 이온을 제공하는 용액은 HAuCl4·nH2O 또는 HAuCl4 용액인 것인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.At this time, the solution providing the trivalent gold ions is preferably HAuCl 4 ·nH 2 O or HAuCl 4 solution, but is not limited thereto.

넷째 단계에서, 백금 단일 프레임 구조체의 내부경계면의 안쪽 방향 및 외부경계면의 바깥쪽 방향으로 금 나노 입자를 평면 성장(faceted growth)하여 판상형 금 나노링을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.(S400)In the fourth step, it may include forming a plate-shaped gold nanoring by faceted growth of gold nanoparticles in the inner direction of the inner boundary surface and the outer direction of the outer boundary surface of the platinum single frame structure (S400).

일 실시 예로, 단일 프레임 구조를 포함하는 반응 용액 상에 환원제, 은 전구체(예를 들어, 질산은) 및 금 전구체(예를 들어, HAuCl4)를 첨가하여, 제1 금 박막을 단일 프레임 구조 상에 성장시킬 수 있다.In one embodiment, a reducing agent, a silver precursor (e.g., silver nitrate), and a gold precursor (e.g., HAuCl 4 ) are added to the reaction solution containing the single frame structure to form a first gold thin film on the single frame structure. It can grow.

이때, 상기 환원제는 비타민 C로 알려진 아스코르브산(ascorbic acid)일 수 있으며 상기 환원제에 한정되지 않는다.At this time, the reducing agent may be ascorbic acid, known as vitamin C, but is not limited to the reducing agent.

이때, 사용되는 단일 프레임 구조체의 내부에는 금 나노 입자 중 일부가 잔류되어 있지만, 은 박막을 단일 프레임 구조체에 균일하게 형성시켜 성장시키려는 금 원자와 은 박막 표면 원자 사이의 높은 격자 상수 일치도를 유도하고, 높은 금 원자의 성장속도를 유도하여 상기 금 나노 입자는 상기 백금 단일 프레임 구조체를 덮으면서 상기 단일 프레임 구조체의 내부 또는 외부 경계면에서 동등한 속도로 평면 성장하려는 경항을 보인다.At this time, although some of the gold nanoparticles remain inside the single frame structure used, the silver thin film is uniformly formed on the single frame structure to induce high lattice constant matching between the gold atoms to be grown and the surface atoms of the silver thin film, By inducing a high growth rate of gold atoms, the gold nanoparticles cover the platinum single frame structure and tend to grow in a plane at an equal rate on the inner or outer boundary of the single frame structure.

이때, 상기 평면 성장은 42 nm 내지 53 nm 두께를 유지하면서 판상형 금 나노링을 형성할 수 있다. At this time, the planar growth can form a plate-shaped gold nanoring while maintaining a thickness of 42 nm to 53 nm.

따라서, 상기 판상형 금 나노링은 평면 성장(faceted growth) 모드로 단일 프레임 구조 상에 성장하게 되며, 상기 평면 성장(faceted growth)정도를 조절하여, 후술할 삼중 프레임 구조의 내부 갭 거리를 정교하게 조절할 수 있다.Therefore, the plate-shaped gold nanorings are grown on a single frame structure in a faceted growth mode, and by controlling the degree of faceted growth, the internal gap distance of the triple frame structure, which will be described later, can be precisely adjusted. You can.

이때, 상기 판상형 금 나노링 구조체의 직경은 155nm 내지 167nm 일 수 있고, 상기 판상형 금 나노링 구조체의 내부 동공의 직경은 51nm 내지 63nm 일 수 있다.At this time, the diameter of the plate-shaped gold nanoring structure may be 155 nm to 167 nm, and the diameter of the internal cavity of the plate-shaped gold nanoring structure may be 51 nm to 63 nm.

이때, 상기 상기 판상형 금 나노링은 백금 단일 프레임 구조체의 모양을 유지하면서 내부에 원형 중공이 형성될 수 있다. At this time, the plate-shaped gold nanoring may maintain the shape of the platinum single frame structure while forming a circular hollow inside.

다섯째 단계에서, 상기 판상형 금 나노링의 내부 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제2백금층 및 외부 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제3백금층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.(S500)In the fifth step, it may include forming a second platinum layer with a closed loop structure on the inner edge region of the plate-shaped gold nanoring and forming a third platinum layer with a closed loop structure on the outer edge region (S500).

상기 제2백금층 및 제3백금층을 형성하는 단계는 상술한 제1백금층을 형성하는 단계와 동일한 방법을 수행할 수 있으며, 상기 2차원 판상형 금 나노링 상에 은 박막을 형성한 후 상기 은 박막을 백금 이온과 갈바닉 치환 반응시켜 형성될 수 있다.The step of forming the second platinum layer and the third platinum layer may be performed in the same manner as the step of forming the first platinum layer described above, and after forming the silver thin film on the two-dimensional plate-shaped gold nanoring, It can be formed by subjecting a silver thin film to a galvanic substitution reaction with platinum ions.

예를 들어, 2차원 금 나노 구조체를 포함하는 반응 용액 상에 환원제 및 은 전구체(예를 들어, 질산은)을 첨가하여 은 박막을 형성하고, 백금염(예를 들어, H2PtCl4)을 추가로 첨가하여 산성 조건 하에서 갈바닉 치환 반응시켜, 2차원 금 나노 입자의 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제1 백금층을 형성할 수 있다.For example, a reducing agent and a silver precursor (e.g., silver nitrate) are added to a reaction solution containing a two-dimensional gold nanostructure to form a silver thin film, and a platinum salt (e.g., H 2 PtCl 4 ) is added. By adding and performing a galvanic substitution reaction under acidic conditions, a first platinum layer with a closed loop structure can be formed at the edge area of the two-dimensional gold nanoparticles.

여기서, 백금이 선택적으로 금 나노 입자의 가장자리 영역에 성장하는 이유는, 금 나노 입자의 가장자리(edge)영역이 테라스(terrace) 영역에 비해 표면 에너지가 높기 때문이다. Here, the reason why platinum selectively grows on the edge area of the gold nanoparticle is because the edge area of the gold nanoparticle has higher surface energy than the terrace area.

이러한 표면 에너지의 차이로 인해, 가장자리 영역에서 선택적으로 은 박막과 백금 이온간에 갈바닉 치환 반응이 일어나 제2 백금층 및 제3백금층이 형성되게 된다.Due to this difference in surface energy, a galvanic substitution reaction occurs selectively between the silver thin film and platinum ions in the edge region, forming a second platinum layer and a third platinum layer.

상기 도 3D를 참조하면, 상기 판상형 금 나노링 구조체의 내부 가장자리 영역과 외부 가장자리 영역에 밝은 선이 있는 것으로 보아 제2백금층과 제3백금층이 선택적으로 증착된 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 3D, it can be confirmed that the second platinum layer and the third platinum layer were selectively deposited as there are bright lines at the inner edge region and the outer edge region of the plate-shaped gold nanoring structure.

이처럼, 상기 백금층은 비에피택셜 백금 성장에 의해 증착될 수 있으며, 이는 금과 백금 사이의 격자 불일치 (lattice mismatch) 차이가 약 4.8%로 큰 점 및 평평한 테라스에 비해 모서리나 정점의 반응성이 더 높은 점에 의해서 상기 백금층이 형성될 수 있다.As such, the platinum layer can be deposited by non-epitaxial platinum growth, which has a large lattice mismatch difference between gold and platinum of about 4.8%, making corners and vertices more reactive than dots and flat terraces. The platinum layer may be formed due to the high point.

이때, 상기 제 2백금층과 상기 제3백금층이 증착된 경우 직경이 203nm 내지 187nm 일 수 있다. At this time, when the second platinum layer and the third platinum layer are deposited, the diameter may be 203 nm to 187 nm.

여섯째 단게에서, 상기 제2백금층 및 상기 제3백금층이 형성된 판상형 금 나노링 내부의 금을 제거하되 내부에 금 브릿지가 위치되고 내부 프레임, 상기 내부 프레임을 둘러싸는 제 1 외부 프레임 및 상기 제 1외부 프레임을 둘러싸는 제 2 외부 프레임을 구비하는 백금 삼중 프레임 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. (S600)In the sixth step, the gold inside the plate-shaped gold nanoring on which the second platinum layer and the third platinum layer are formed is removed, and a gold bridge is placed inside, an inner frame, a first outer frame surrounding the inner frame, and the second outer frame are formed. Forming a platinum triple frame structure having a second outer frame surrounding the first outer frame. (S600)

이때, 상기 제2백금층 및 상기 제3백금층이 형성된 판상형 금 나노링 내부의 금은 선택적으로 에칭되어 상기 백금 삼중 프레임 구조체를 형성할 수 있으며, 구체적으로, 금 1가 이온을 제공하는 용액을 사용하여 금 나노 입자를 에칭시킴으로써, 금 나노 입자 중 제1 백금층, 제2 백금층 및 제 3백금층을 제외한 가운데 영역을 제거할 수 있으며, 이를 통해, 내부가 비어 있는 삼중 프레임 구조를 형성할 수 있다.At this time, the gold inside the plate-shaped gold nanoring on which the second platinum layer and the third platinum layer are formed can be selectively etched to form the platinum triple frame structure. Specifically, a solution providing gold monovalent ions may be used. By etching the gold nanoparticles, the middle region of the gold nanoparticles excluding the first, second, and third platinum layers can be removed, thereby forming a triple frame structure with an empty interior. You can.

이때, 상기 금 1가 이온의 균형을 맞추도록 하는 반응을 진행하여 금 나노입자를 에칭시킬 수 있으며, 반응식은 하기 [화학식 1]과 같다. At this time, the gold nanoparticles can be etched by performing a reaction to balance the monovalent gold ions, and the reaction formula is as follows [Chemical Formula 1].

[화학식 1][Formula 1]

AuCl4 -+ 2Au + 2Cl- →3AuCl2 - AuCl 4 - + 2Au + 2Cl - →3AuCl 2 -

이때, 상기 금 1가 이온을 포함하는 용액은 계면활성제가 포함된 증류수 용액인 것인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.At this time, the solution containing the monovalent gold ion is preferably a distilled water solution containing a surfactant, but is not limited thereto.

이때, 상기 금 브릿지는 상기 금 나노입자를 에칭시키는 수용액 상의 반응이 진행된 후에 금 입자가 덜 제거되어 형성될 수 있다. At this time, the gold bridge may be formed by removing less gold particles after the reaction in the aqueous solution for etching the gold nanoparticles proceeds.

이때, 상기 백금 삼중 나노 프레임 내부에 금 브릿지가 위치 될 수 있으며, 상기 내부 프레임과 제1외부 프레임 및 상기 제1외부 프레임과 제2외부 프레임은 적어도 하나의 금 브릿지에 의해 연결될 수 있다.At this time, a gold bridge may be located inside the platinum triple nanoframe, and the internal frame and the first external frame and the first external frame and the second external frame may be connected by at least one gold bridge.

이때, 상기 금 브릿지의 연결에 의해 복잡구조체의 높은 구조적 안정성이 있는 효과가 있을 수 있다.At this time, the connection of the gold bridge may result in high structural stability of the complex structure.

일곱번째 단계에서, 상기 백금 삼중 프레임 구조체의 표면을 덮도록 금 박막층을 형성하여 삼중 나노링 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. (S700) In the seventh step, it may include forming a triple nanoring structure by forming a gold thin film layer to cover the surface of the platinum triple frame structure. (S700)

이대, 상기 금 박막층은 내부 프레임, 제1외부 프레임 및 제2외부프레임 각각의 표면상에 형성될 수 있다. Alternatively, the gold thin film layer may be formed on the surfaces of each of the inner frame, the first outer frame, and the second outer frame.

상기 삼중 나노링 구조체는 상기 백금 삼중 프레임 구조체의 표면상에 동심 성장(concentric growth)을 수행하여 형성될 수 있다. The triple nanoring structure may be formed by performing concentric growth on the surface of the platinum triple frame structure.

이때, 상기 동심 성장(concentric growth)은 환원반응을 진행할 때 가해지는 전위가, 내부경계면의 표면에너지(Einner-boundary)와 외부경계면의 표면에너지(Eouter-boundary) 모두보다 높은 경우에는, 상기 내부경계면(600)과 외부경계면(500) 모두에서 환원반응이 진행하여 금 박막이 형성될 수 있다. At this time, the concentric growth occurs when the potential applied during the reduction reaction is higher than both the surface energy of the inner boundary (Einner-boundary) and the surface energy of the outer boundary (Eouter-boundary). A reduction reaction may proceed at both (600) and the outer boundary surface (500) to form a gold thin film.

이때, 사용되는 백금 삼중 프레임 구조체 내부에는 판상형 금 나노링의 금 나노 입자 일부가 잔류하기 때문에, 상기 금 나노 입자와 제1 백금층, 제2 백금층 및 제3 백금층 간의 격자 불일치 상수(lattice mismatch constant) 차이로 인해 금 박막의 성장 속도가 달라지게 될 수 있다.At this time, since some of the gold nanoparticles of the plate-shaped gold nanoring remain inside the platinum triple frame structure used, there is a lattice mismatch constant between the gold nanoparticles and the first, second, and third platinum layers. The growth rate of the gold thin film may vary due to differences in constant).

이때, 선택적 성장을 방지하고, 금 박막을 백금 삼중 프레임 구조체의 표면에 전체적으로 고르게 성장시키기 위해서, 백금 삼중 프레임 구조체 상에 은 박막을 형성한 후, 반응 용액 상에 환원제 및 금 전구체(예를 들어, HAuCl4)을 첨가하여, 동심 성장(concentric growth) 하여 금 박막을 백금 삼중 프레임 구조체 의 표면에 형성 할 수 있다.At this time, in order to prevent selective growth and grow the gold thin film evenly throughout the surface of the platinum triple frame structure, after forming a silver thin film on the platinum triple frame structure, a reducing agent and a gold precursor (e.g., By adding HAuCl 4 ), a gold thin film can be formed on the surface of the platinum triple frame structure by concentric growth.

위와 같이, 상기 백금 삼중 프레임 구조체 상에 은 박막을 형성하면, 격자 불일치 상수(lattice mismatch constant)의 차이가 줄어들게 되어, 금 박막이 이중 프레임 구조의 표면에 전체적으로 고르게 성장할 수 있다. (금:0.4065nm, 백금:0.3912nm)As described above, when a silver thin film is formed on the platinum triple frame structure, the difference in lattice mismatch constant is reduced, allowing the gold thin film to grow evenly throughout the surface of the double frame structure. (Gold: 0.4065nm, Platinum: 0.3912nm)

이때, 상기 금 동심 성장의 제어를 통해 상기 백금 삼중 프레임 구조체의 표면상의 금 박막의 두께를 조절할 수 있으며, 상기 금 박막의 두께를 조절하여 삼중 나노링 구조체의 나노 갭의 크기가 조절될 수 있다. At this time, the thickness of the gold thin film on the surface of the platinum triple frame structure can be adjusted through control of the gold concentric growth, and the size of the nano gap of the triple nanoring structure can be adjusted by adjusting the thickness of the gold thin film.

본 발명의 일 실시 예에 따른 사중 나노링 구조체 제조방법을 설명한다. A method for manufacturing a quadruple nanoring structure according to an embodiment of the present invention will be described.

상기 사중 나노링 구조체 제조방법은 도7을 참조하여 설명한다. The method for manufacturing the quadruple nanoring structure will be described with reference to FIG. 7.

상기 사중 나노링 구조체 제조방법은 백금 사중 프레임 구조체를 제조하는 단계;및 상기 백금 사중 프레임 구조체를 덮도록 금 박막층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The method for manufacturing the quadruple nanoring structure may include manufacturing a platinum quadruple frame structure; and forming a gold thin film layer to cover the platinum quadruple frame structure.

이때, 상기 백금 사중 프레임 구조체를 제조하는 단계는, 2차원 금 나노 구조체를 준비하는 단계; 상기 2차원 금 나노 구조체의 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제1 백금층을 형성하는 단계; 상기 제1백금층이 형성된 2차원 금 나노 구조체 내부의 금(Au)을 제거하여 백금 단일 프레임 구조체를 형성하는 단계; 상기 백금 단일 프레임 구조체의 내부경계면의 안쪽 방향 및 외부경계면의 바깥쪽 방향으로 금 나노 입자를 평면 성장(faceted growth)하여 판상형 금 나노링을 형성하는 단계; 상기 판상형 금 나노링의 내부 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제2백금층 및 외부 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제3백금층을 형성하는 단계; 상기 제2 백금층 및 제3 백금층이 형성된 판상형 금 나노링의 내부경계면의 안쪽 방향 및 외부경계면의 바깥쪽 방향으로 금 나노 입자를 평면 성장(faceted growth)하여 판상형 금 나노 플레이트를 형성하는 단계;및 상기 판상형 금 나노 플레이트의 가장자리 영역의 폐루프 구조의 제4백금층을 형성하는 단계; 상기 제4백금층이 형성된 판상형 금 나노링 내부의 금을 제거하되 내부에 금 브릿지가 위치되고 내부 프레임, 상기 내부 프레임을 둘러싸는 제 1 외부 프레임 및 상기 제 1외부 프레임을 둘러싸는 제 2 외부 프레임, 상기 제2외부 프레임을 둘러싸는 제3외부 프레임을 구비하는 백금 사중 프레임 구조체를 형성하는 단계;및 상기 백금 사중 프레임 구조체의 표면을 덮도록 금 박막층을 형성하여 사중 나노링 구조체를 형성하는 단계를 포함한다. At this time, manufacturing the platinum quadruple frame structure includes preparing a two-dimensional gold nanostructure; Forming a first platinum layer with a closed loop structure at an edge area of the two-dimensional gold nanostructure; forming a platinum single frame structure by removing gold (Au) inside the two-dimensional gold nanostructure on which the first platinum layer is formed; Forming a plate-shaped gold nanoring by faceted growing gold nanoparticles in an inner direction of the inner boundary surface and an outer direction of the outer boundary surface of the platinum single frame structure; forming a second platinum layer with a closed-loop structure on the inner edge region of the plate-shaped gold nanoring and a third platinum layer with a closed-loop structure on the outer edge region; forming a plate-shaped gold nanoplate by faceted growing gold nanoparticles in an inner direction of the inner boundary surface and an outer direction of the outer boundary surface of the plate-shaped gold nanoring on which the second platinum layer and the third platinum layer are formed; and forming a fourth platinum layer having a closed loop structure at an edge region of the plate-shaped gold nanoplate. The gold inside the plate-shaped gold nanoring on which the fourth platinum layer is formed is removed, and a gold bridge is positioned inside, and an inner frame, a first outer frame surrounding the inner frame, and a second outer frame surrounding the first outer frame , forming a platinum quadruple frame structure having a third outer frame surrounding the second outer frame; and forming a gold thin film layer to cover the surface of the platinum quadruple frame structure to form a quadruple nanoring structure. Includes.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 사중 나노링 구조체 제조방법은 제2 백금층 및 제 3백금층을 형성시키는 단계까지는 삼중 나노링 구조체 제조방법과 동일하다. That is, the method for manufacturing a quadruple nanoring structure according to an embodiment of the present invention is the same as the method for manufacturing a triple nanoring structure up to the step of forming the second platinum layer and the third platinum layer.

사중 나노링 구조체 제조방법은 그 다음 단계부터 상이한데, 상기 제2 백금층 및 제 3백금층 형성된 판상형 금 나노링 구조체 상에 금 나노 입자를 평면 성장(faceted growth)을 수행한 후 가장자리에 백금층을 형성한 다음 내부에 위치된 금 나노입자를 제거하여 테트라 나노링을 제조하여 백금 사중 프레임 구조체를 제조하고 상기 백금 사중 프레임 구조체 표면을 덮도록 금 박막층을 형성할 수 있다. The method for manufacturing the quadruple nanoring structure is different from the next step. After performing faceted growth of gold nanoparticles on the plate-shaped gold nanoring structure formed with the second and third platinum layers, a platinum layer is added to the edge. After forming a tetra nanoring by removing the gold nanoparticles located inside, a platinum quadruple frame structure can be manufactured, and a gold thin film layer can be formed to cover the surface of the platinum quadruple frame structure.

상기 2차원 금 나노 구조체를 준비하는 단계는, 금으로 구성된 2차원 삼각형 나노 프리즘을 준비하는 단계; 상기 삼각형 형상의 평면형 나노 프리즘을 선택적 에칭 공정을 수행하여 2차원 원형 나노디스크를 제조하는 단계;및 상기 2차원 원형 나노디스크를 과성장 공정을 수행하여 원형 또는 육각형의 2차원 나노 금 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. Preparing the two-dimensional gold nanostructure includes preparing a two-dimensional triangular nanoprism made of gold; manufacturing a two-dimensional circular nanodisk by performing a selective etching process on the triangular-shaped planar nanoprism; and manufacturing a circular or hexagonal two-dimensional nano gold structure by performing an overgrowth process on the two-dimensional circular nanodisk. May include steps.

이때, 백금 사중 프레임 제조방법의 상기 제1 백금층을 형성하는 단계, 상기 백금 단일 프레임 구조체를 형성하는 단계, 판상형 금 나노링을 형성하는 단계, 제2백금층 및 제3백금층을 형성하는 단계, 판상형 금 나노 플레이트를 형성하는 단계, 폐루프 구조의 제4백금층을 형성하는 단계, 백금 사중 프레임 구조체를 형성하는 단계 및 사중 나노링 구조체를 형성하는 단계의 구체적인 방법은 상기 백금 삼중 프레임 제조방법과 동일하다. At this time, forming the first platinum layer of the platinum quadruple frame manufacturing method, forming the platinum single frame structure, forming a plate-shaped gold nanoring, and forming a second platinum layer and a third platinum layer. , the specific method of forming a plate-shaped gold nanoplate, forming a fourth platinum layer of a closed loop structure, forming a platinum quadruple frame structure, and forming a quadruple nanoring structure is the platinum triple frame manufacturing method. Same as

따라서, 상기 삼중 또는 사중 나노링 구조체 제조방법은 구조적 조절능력(내부 링 구조체 사이의 나노 갭 조절, 나노 링 구조체 모양 조절)이 우수하므로 구조체의 크기와 모양의 균일도가 90 % 이상으로 높은 효과가 있다.Therefore, the triple or quadruple nanoring structure manufacturing method has excellent structural control ability (controlling the nano gap between internal ring structures, controlling the shape of the nanoring structure), so the uniformity of the size and shape of the structure is high at more than 90%. .

또한, 삼중 또는 사중 나노링 구조체의 제조방법에 의해, 수용액 내에서 서로 다른 크기를 갖는 삼중 또는 사중의 백금 나노링 구조체를 제조할 수 있다.In addition, triple or quadruple platinum nanoring structures having different sizes can be manufactured in an aqueous solution by using a method for manufacturing triple or quadruple nanoring structures.

또한, 상기 삼중 또는 사중의 백금 나노링 구조체 단일입자 내에 핫 스팟 공간(hot spot area)이 기존 단일 또는 이중 나노 구조체에 비해 많이 형성되어 표면증강라만산란의 라만신호가109배 증가되어 표면증강라만신호의 해상도를 극적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, more hot spot areas are formed within the single particle of the triple or quadruple platinum nanoring structure than in the existing single or double nanostructure, and the Raman signal of surface-enhanced Raman scattering is increased by 10 9 times, resulting in surface-enhanced Raman scattering. This has the effect of dramatically improving the resolution of the signal.

또한, 상기 삼중 또는 사중의 백금 나노링 구조체로부터 검출된 표면증강라만산란신호는 높은 재현성이 있고 빛의 방향에 관계없이 라만신호가 균일하며 높은 해상도를 나타낼 수 있다. In addition, the surface-enhanced Raman scattering signal detected from the triple or quadruple platinum nanoring structure has high reproducibility, and the Raman signal is uniform regardless of the direction of light and can exhibit high resolution.

제조예1Manufacturing example 1

먼저, 140 nm직경의 금으로 구성된 2차원 삼각형 나노 프리즘을 준비하였다. First, a two-dimensional triangular nanoprism made of gold with a diameter of 140 nm was prepared.

다음으로, 상기 삼각형 형상의 평면형 나노 프리즘을 금 3가 이온을 금 1가 이온으로 형성시키고, 상기 금 1가 이온이 금 원자를 산화시켜서 선택적 에칭하여 2차원 원형 나노디스크를 제조하였다.Next, the trivalent gold ion was formed into a gold monovalent ion in the triangular-shaped planar nanoprism, and the gold monovalent ion oxidized the gold atom and selectively etched the two-dimensional circular nanodisk.

다음으로, 상기 2차원 원형 나노디스크를 반응용액에 아스코르브산(ascorbic acid)를 첨가하고 금이온을 첨가하여 과성장 공정을 수행하여 육각형의 2차원 나노 금 구조체를 제조하였다. Next, the two-dimensional circular nanodisk was subjected to an overgrowth process by adding ascorbic acid to the reaction solution and adding gold ions to prepare a hexagonal two-dimensional nano gold structure.

다음으로, 요오드화 이온(50mM)의 존재 하에서, 분산된 금 나노 입자 5mL, 50mM cetyltrimethylammonium bromide(CTAB) 20mL, 0.1M 수산화나트륨 340mL, 2mM 질산은 용액을 바이알에 첨가하고, 10mM 아스코르브산 426mL를 첨가한 후, 용액을 70℃로 1시간 동안 유지시켜 은 박막을 형성하였다.Next, in the presence of iodide ions (50mM), 5mL of dispersed gold nanoparticles, 20mL of 50mM cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), 340mL of 0.1M sodium hydroxide, and 2mM silver nitrate solution were added to the vial, and 426mL of 10mM ascorbic acid was added. , the solution was maintained at 70°C for 1 hour to form a silver thin film.

다음으로, 2mM H2PtCl6 수용액 540mL를 상기 혼합 용액에 첨가하고, 혼합물을 70℃ 에서 약 3시간 동안 갈바닉 치환 반응시켜 금 나노 입자의 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제1 백금층을 형성하였다.Next, 540 mL of 2mM H 2 PtCl 6 aqueous solution was added to the mixed solution, and the mixture was subjected to a galvanic substitution reaction at 70°C for about 3 hours to form a first platinum layer with a closed loop structure at the edge area of the gold nanoparticles.

다음으로, 금속 나노입자 안정제로 0.05M cetyltrimethylammonium bromide(CTAB) 수용액 2ml에 에칭 및 금 전구체로2 mM HAuCl4 수용액 100㎕를 첨가한 수용액에, 증류수 5ml에 분산된 상기 제1 백금층이 형성된 금 나노 입자를300㎕ 첨가한 후, 50℃의 온도에서 30분간 에칭하여 단일 프레임구조체를 형성하였다.Next, gold nanoparticles with the first platinum layer formed were dispersed in 5 ml of distilled water, etched in 2 ml of 0.05 M cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) aqueous solution as a metal nanoparticle stabilizer, and 100 ㎕ of 2 mM HAuCl4 aqueous solution as a gold precursor. After adding 300㎕, etching was performed at a temperature of 50°C for 30 minutes to form a single frame structure.

다음으로, 금속 나노입자 안정제로 0.05M cetyltrimethylammonium chloride(CTAC) 수용액 2ml 에 10mM 아스코르브산 4.5 ㎕, 전구체로 2 mM AgNO3 45㎕, 금 전구체로2 mM HAuCl4 수용액 45㎕ 을 50°C 온도에서 60분간 평면 성장하여 판상형 금 나노링 구조체를 형성하였다. Next, 4.5 ㎕ of 10mM ascorbic acid in 2ml of 0.05M cetyltrimethylammonium chloride (CTAC) aqueous solution as a metal nanoparticle stabilizer, 45 ㎕ of 2mM AgNO 3 as a precursor, and 45 ㎕ of 2mM HAuCl 4 aqueous solution as a gold precursor were mixed at 60°C at a temperature of 50°C. A plate-like gold nanoring structure was formed by planar growth for a few minutes.

다음으로, 상기 제1 백금층과 동일한 방법으로 내부 가장자리 영역에 제2 백금층을 형성하고 외부 가장자리 영역에 제3백금층을 형성하였다.Next, a second platinum layer was formed in the inner edge region and a third platinum layer was formed in the outer edge region in the same manner as the first platinum layer.

다음으로, 단일 프레임 구조체 형성 방법과 동일한 방법으로 에칭하여 백금 삼중 프레임 구조체를 형성하였다.Next, a platinum triple frame structure was formed by etching using the same method as the single frame structure formation method.

다음으로, 상기 삼중 프레임 구조를 포함하는 용액 상에 질산은 용액을 첨가하여, 은 박막을 형성한 후, 2 mM HAuCl4 수용액 100 ㎕ 및 5.3 mM 아스코르브산 250㎕를 첨가하여 제2 금 박막을 성장시켜, 삼중 프레임 나노 입자를 제조하였다.Next, a silver nitrate solution was added to the solution containing the triple frame structure to form a silver thin film, and then 100 μl of a 2 mM HAuCl 4 aqueous solution and 250 μl of 5.3 mM ascorbic acid were added to grow a second gold thin film. , triple frame nanoparticles were prepared.

제조예2Manufacturing example 2

먼저, 140 nm직경의 금으로 구성된 2차원 삼각형 나노 프리즘을 준비하였다. First, a two-dimensional triangular nanoprism made of gold with a diameter of 140 nm was prepared.

다음으로, 상기 삼각형 형상의 평면형 나노 프리즘을 금 3가 이온을 금 1가 이온으로 형성시키고, 상기 금 1가 이온이 금 원자를 산화시켜서 선택적 에칭하여 2차원 원형 나노디스크를 제조하였다.Next, the trivalent gold ion was formed into a gold monovalent ion in the trivalent planar nanoprism, and the gold monovalent ion oxidized the gold atom and selectively etched the two-dimensional circular nanodisk.

다음으로, 상기 2차원 원형 나노디스크를 반응용액에 아스코르브산(ascorbic acid)를 첨가하고 금이온을 첨가하여 과성장 공정을 수행하여 육각형의 2차원 나노 금 구조체를 제조하였다. Next, the two-dimensional circular nanodisk was subjected to an overgrowth process by adding ascorbic acid to the reaction solution and adding gold ions to prepare a hexagonal two-dimensional nano gold structure.

다음으로, 요오드화 이온(50mM)의 존재 하에서, 분산된 금 나노 입자 5mL, 50mM cetyltrimethylammonium bromide(CTAB) 20mL, 0.1M 수산화나트륨 340mL, 2mM 질산은 용액을 바이알에 첨가하고, 10mM 아스코르브산 426mL를 첨가한 후, 용액을 70℃로 1시간 동안 유지시켜 은 박막을 형성하였다.Next, in the presence of iodide ions (50mM), 5mL of dispersed gold nanoparticles, 20mL of 50mM cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), 340mL of 0.1M sodium hydroxide, and 2mM silver nitrate solution were added to the vial, and 426mL of 10mM ascorbic acid was added. , the solution was maintained at 70°C for 1 hour to form a silver thin film.

다음으로, 2mM H2PtCl6 수용액 540mL를 상기 혼합 용액에 첨가하고, 혼합물을 70℃ 에서 약 3시간 동안 갈바닉 치환 반응시켜 금 나노 입자의 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제1 백금층을 형성하였다.Next, 540 mL of 2mM H 2 PtCl 6 aqueous solution was added to the mixed solution, and the mixture was subjected to a galvanic substitution reaction at 70°C for about 3 hours to form a first platinum layer with a closed loop structure at the edge area of the gold nanoparticles.

다음으로, 금속 나노입자 안정제로 0.05M cetyltrimethylammonium bromide(CTAB) 수용액 2ml에 에칭 및 금 전구체로2 mM HAuCl4 수용액 100㎕를 첨가한 수용액에, 증류수 5ml에 분산된 상기 제1 백금층이 형성된 금 나노 입자를300㎕ 첨가한 후, 50℃의 온도에서 30분간 에칭하여 단일 프레임구조체를 형성였다.Next, gold nanoparticles with the first platinum layer formed dispersed in 5 ml of distilled water in an aqueous solution in which 2 ml of 0.05 M cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) aqueous solution as a metal nanoparticle stabilizer was etched and 100 ㎕ of 2 mM HAuCl4 aqueous solution as a gold precursor was added. After adding 300㎕, etching was performed at a temperature of 50°C for 30 minutes to form a single frame structure.

다음으로, 금속 나노입자 안정제로 0.05M cetyltrimethylammonium chloride(CTAC) 수용액 2ml 에 10mM 아스코르브산 4.5 ㎕, 전구체로 2 mM AgNO3 45㎕, 금 전구체로2 mM HAuCl4 수용액 45㎕ 을 50°C 온도에서 60분간 평면 성장하여 판상형 금 나노링 구조체를 형성하였다.Next, 4.5 ㎕ of 10mM ascorbic acid in 2 ml of 0.05M cetyltrimethylammonium chloride (CTAC) aqueous solution as a metal nanoparticle stabilizer, 45 ㎕ of 2mM AgNO 3 as a precursor, and 45 ㎕ of 2mM HAuCl 4 aqueous solution as a gold precursor were mixed at 60°C at a temperature of 50°C. A plate-like gold nanoring structure was formed by planar growth for a few minutes.

다음으로, 상기 제1 백금층과 동일한 방법으로 상기 판상형 금 나노링 구조체의 내부 가장자리 영역에 제2 백금층을 형성하고 외부 가장자리 영역에 제3백금층을 형성하였다.Next, a second platinum layer was formed on the inner edge region of the plate-shaped gold nanoring structure and a third platinum layer was formed on the outer edge region in the same manner as the first platinum layer.

다음으로, 금속 나노입자 안정제로 0.05M cetyltrimethylammonium chloride(CTAC) 수용액 2ml 에 10mM 아스코르브산 4.5 ㎕, 전구체로 2 mM AgNO3 45㎕, 금 전구체로2 mM HAuCl4 수용액 45㎕ 을 50°C 온도에서 60분간 평면 성장하여 판상형 금 나노링 구조체를 형성하였다.Next, 4.5 ㎕ of 10mM ascorbic acid in 2ml of 0.05M cetyltrimethylammonium chloride (CTAC) aqueous solution as a metal nanoparticle stabilizer, 45㎕ of 2mM AgNO3 as a precursor, and 45㎕ of 2mM HAuCl4 aqueous solution as a gold precursor were placed on a flat surface at 50°C for 60 minutes. It grew to form a plate-like gold nanoring structure.

다음으로, 상기 제1 백금층과 동일한 방법으로 외부 가장자리 영역에 제4백금층을 형성하였다.Next, a fourth platinum layer was formed in the outer edge region in the same manner as the first platinum layer.

다음으로, 단일 프레임 구조체 형성 방법과 동일한 방법으로 에칭하여 사중 프레임 구조체를 형성하였다.Next, a quadruple frame structure was formed by etching using the same method as the single frame structure formation method.

다음으로, 상기 사중 프레임 구조를 포함하는 용액 상에 질산은 용액을 첨가하여, 은 박막을 형성한 후, 2 mM HAuCl4 수용액 100 ㎕ 및 5.3 mM 아스코르브산 250㎕를 첨가하여 제2 금 박막을 성장시켜, 사중 프레임 나노 입자를 제조하였다.Next, a silver nitrate solution was added to the solution containing the quadruple frame structure to form a silver thin film, and then 100 ㎕ of a 2 mM HAuCl 4 aqueous solution and 250 ㎕ of 5.3 mM ascorbic acid were added to grow a second gold thin film. , quadruple frame nanoparticles were prepared.

실험예Experiment example

도 3내지 도7을 참조하여 상기 제조예에 의해 제조된 삼중 나노링 구조체의 실험예에 대해 설명한다. Referring to FIGS. 3 to 7, an experimental example of the triple nanoring structure manufactured according to the above manufacturing example will be described.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 삼중 나노링 구조체의 합성 과정에 대한 모식도 및 합성된 나노 입자의 전자 현미경 이미지이다. Figure 3 is a schematic diagram of the synthesis process of a triple nanoring structure according to an embodiment of the present invention and an electron microscope image of the synthesized nanoparticles.

상기 도 3A는 삼중 나노링 구조체의 합성 과정에 대한 모식도이고 상기 도 3B내지 도3I는 합성된 삼중 나노링 구조체의 전자 현미경 이미지이고, 상기 도3J는 각각의 삼중 나노링 구조체의 합성 과정에서 형성되는 구조체들의 국소 표면 플라스몬 공명(localized surface plasmon resonance, 이하 LSPR로 한다.)을 확인 할 수 있는 그래프이다. Figure 3A is a schematic diagram of the synthesis process of the triple nanoring structure, Figures 3B to 3I are electron microscope images of the synthesized triple nanoring structure, and Figure 3J is a schematic diagram of the synthesis process of each triple nanoring structure. This is a graph that allows you to check the localized surface plasmon resonance (LSPR) of the structures.

상기 도 3B내지 도3G는 삼중 나노링 구조체 제조과정에서 형성되는 단일 프레임(도 3B), 판상형 나노링 구조체(도 3C, 도3D), 삼중 나노링 구조체(도3E, 도3F, 도3G)의 모양과 크기에서 균일성이 높은 것을 확인 할 수 있다. Figures 3B to 3G show a single frame (Figure 3B), a plate-shaped nanoring structure (Figure 3C, Figure 3D), and a triple nanoring structure (Figure 3E, Figure 3F, Figure 3G) formed during the manufacturing process of the triple nanoring structure. It can be seen that there is high uniformity in shape and size.

또한 상기 도 3H는 상기 삼중 나노링 구조체의 두께가 50nm 내지 59nm 인 것을 확인 할 수 있다. Additionally, Figure 3H shows that the triple nanoring structure has a thickness of 50 nm to 59 nm.

또한, 상기 도3G 내지 도3H는 투과 주사 전자 현미경 이미지(TEM)이며, 상기 삼중 나노링 구조체가 금속 브릿지로 상호 연결된 것을 나타낼 수 있고, 상기 2개의 원형 나노갭 영역을 가지고, 3개의 프레임을 가진 것을 확인 할 수 있다. In addition, Figures 3G to 3H are transmission scanning electron microscope images (TEM), which can show that the triple nanoring structure is interconnected by a metal bridge, has the two circular nanogap regions, and has three frames. You can check that.

또한, 상기 도3I의 이미지 매핑데이터를 확인하면 코어의 백금이 금 나노 입자로 균일하게 코팅된 것을 확인 할 수 있으며, 이때, 상기 Ag, Au 및 Pt의 원자 분율은 각각 6%, 61% 및 33%일 수 있다. In addition, by checking the image mapping data of Figure 3I, it can be seen that the platinum of the core is uniformly coated with gold nanoparticles, and at this time, the atomic fractions of Ag, Au, and Pt are 6%, 61%, and 33%, respectively. It may be %.

또한, 상기 도3J의 나노구조의 형태 변화는 자외선(UV)-가시광선(vis)-근적외선(NIR) 분광기를 통해 모니터링하였다.In addition, the change in shape of the nanostructure of Figure 3J was monitored through ultraviolet (UV)-visible (vis)-near infrared (NIR) spectroscopy.

이때, 상기 도3J을 참조하면, 백금과 금의 합금 나노링은 UV-vis-NIR 스펙트럼 영역에서 백금의 플라즈몬 비활성 특성으로 인해 LSPR 밴드가 없는 것을 확인 할 수 있다.At this time, referring to FIG. 3J, it can be seen that the platinum and gold alloy nanoring has no LSPR band due to the plasmon inactivity of platinum in the UV-vis-NIR spectrum region.

또한, 상기 백금 단일 프레임에 금 나노 입자가 평면 성장된 판상형 금 나노링 구조체는 531, 603 및 858 nm에서 세 가지 LSPR 모드가 관찰되었으며, 각각 면외 쌍극자, 면내 사중극자 및 면내 쌍극자 모드에서 시작되었다.In addition, three LSPR modes were observed at 531, 603, and 858 nm in the plate-like gold nanoring structure in which gold nanoparticles were grown in a planar manner on the platinum single frame, originating from out-of-plane dipole, in-plane quadrupole, and in-plane dipole modes, respectively.

또한, 상기 판상형 나노링 구조체의 가장자리를 따라 백금이 증착된 경우, 평면 내 쌍극자 모드와 평면 외 쌍극자 모드는 각각 858nm에서 1077nm로, 531nm에서 565nm로 적색 편이되었으며 평면 내 사중 극자 모드가 사라진 것을 확인 할 수 있다.In addition, when platinum was deposited along the edge of the plate-like nanoring structure, the in-plane dipole mode and the out-of-plane dipole mode were red-shifted from 858 nm to 1077 nm and 531 nm to 565 nm, respectively, and it was confirmed that the in-plane quadrupole mode disappeared. You can.

이것은 금이 백금층이 형성된 판상형 나노링 구조체로 변환될 때 금 결정의 손실에 의해 의한 것이다. This is due to the loss of gold crystals when gold is converted into a plate-like nanoring structure with a platinum layer formed.

또한, 백금층이 형성된 판상형 나노링 구조체의 내부 금을 에칭한 후, 남아있는 소량의 금은 LSPR 밴드를 유발시키지 못한다.Additionally, after etching the gold inside the plate-shaped nanoring structure with the platinum layer formed, the small amount of gold remaining does not cause an LSPR band.

이때, 상기 삼중 나노 프레임의 금 잔류물의 양은 백금 표면에서 표면 자유 전자의 집합적 진동을 생성하기에 충분하지 않다.At this time, the amount of gold residue in the triple nanoframe is not sufficient to generate collective vibration of surface free electrons on the platinum surface.

또한, 상기 삼중 나노 프레임에서 금이 박막층이 형성된 경우, 500이상 1200nm이하의 넓은 스펙트럼 창 범위에 걸쳐 광대역의 LSPR밴드가 나타납니다.Additionally, when a gold thin film layer is formed in the triple nanoframe, a broadband LSPR band appears over a wide spectral window range of 500 to 1200 nm.

도 4 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백금 단일 나노 프레임 상에 금 성장을 조절한 금 디스크 합성과정에 대한 모식도 및 전자 현미경 이미지이다. Figure 4 is a schematic diagram and electron microscope image of a gold disk synthesis process in which gold growth is controlled on a platinum single nanoframe according to an embodiment of the present invention.

상기 도 4A는 백금 단일 나노 프레임 상에 금 성장을 조절한 금 디스크 합성과정에 대한 모식도이고, 상기 도4B, 도4G, 도4H ,I,J,K 는 전자 현미경 이미지이다.Figure 4A is a schematic diagram of the gold disk synthesis process in which gold growth is controlled on a platinum single nanoframe, and Figures 4B, 4G, 4H, I, J, and K are electron microscope images.

또한, 상기 도4C,D는 중심 성장한 금 나노링의 실험 결과 데이터이고, 도4E,F는 판상형 금 나노링 구조체의 실험 결과 데이터이고, 상기 도4L는 각각의 삼중 나노링 구조체의 합성 과정에서 형성되는 구조체들의 국소 표면 플라스몬 공명(localized surface plasmon resonance, 이하 LSPR로 한다.)을 확인 할 수 있는 그래프이다.In addition, Figures 4C and D show experimental result data of the center-grown gold nanoring, Figures 4E and F show experimental result data of the plate-like gold nanoring structure, and Figure 4L shows the data obtained during the synthesis of each triple nanoring structure. This is a graph that allows you to check the localized surface plasmon resonance (LSPR) of the structures.

상기 도 4A를 참조하면, 백금 단일 프레임 구조체에서 금의 성장 방법은 동심 성장 또는 평면 성장 두 가지 다른 방법으로 수행될 수 있다. Referring to FIG. 4A, gold growth in the platinum single frame structure can be performed in two different ways: concentric growth or planar growth.

상기 금 의 성장 패턴을 자세히 분석하기 위해 SEM, AFM(Atomic Force Spectroscopy) 및 XRD(X-ray diffraction) 분석을 수행하였다.To analyze the gold growth pattern in detail, SEM, AFM (Atomic Force Spectroscopy), and XRD (X-ray diffraction) analysis were performed.

상기 도4B 및 도4G 를 참조하면 상기 백금 단일 구조체상에 금 이 형성된 SEM 이미지를 통해 나노링이 다른 성장 방법에 의해 제조된 것을 확인 할 수 있다. Referring to Figures 4B and 4G, it can be confirmed through SEM images of gold formed on the platinum single structure that the nanoring was manufactured by a different growth method.

구체적으로, 상기 도4B 는 표면이 고르지 않은 동심 성장(concentric growth) 패턴으로 백금 단일 프레임 상에 금 나노입자가 나노링 형태로의 표면에 균일하게 증착 된 것을 확인 할 수 있고, 대조적으로, 도4G는 상기 평면 성장(faceted growth) 패턴에서 상기 백금 단일 프레임상에 금 원자는 평평한 상단과 평평한 바닥이 있는 육각형 외부 모양을 유지하는 나노링이 제조된 것을 확인 할 수 있다. Specifically, in Figure 4B, it can be seen that gold nanoparticles were uniformly deposited on the surface in the form of nanorings on a platinum single frame with a concentric growth pattern with an uneven surface, and in contrast, Figure 4G It can be seen that in the faceted growth pattern, a nanoring was manufactured on the platinum single frame in which the gold atoms maintain a hexagonal external shape with a flat top and a flat bottom.

또한, 상기 도4 C 및 4E AFM 데이터로서 평면 성장 모드의 판상형 금나노링 구조체는 다른 경우(동심 성장)보다 더 평평한 표면을 가지며 높이가 더 낮은 측면 방향에서 우선적인 금 성장이 되는 것을 나타낼 수 있다.In addition, the AFM data of FIGS. 4C and 4E indicate that the plate-like gold nanoring structure in the planar growth mode has a flatter surface and preferential gold growth in the lateral direction with a lower height than in other cases (concentric growth). .

또한, 상기 도4F는 XRD 데이터로서 판상형 금나노링 구조체는 두 가지 독특한 회절 피크({111} 및 {222})와 동심 성장 패턴을 가진 나노링은(도4F) 추가 피크를 보였습니다({111}, {200}, {220} 및 {222}).In addition, Figure 4F shows XRD data. The plate-shaped gold nanoring structure showed two unique diffraction peaks ({111} and {222}) and the nanoring with a concentric growth pattern (Figure 4F) showed an additional peak ({111} , {200}, {220} and {222}).

이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 판상형 금 나노링 구조체의 성장 패턴 메커니즘을 자세히 조사하기 위해, pH를 변화시키고 할로겐화 이온을 평면 성장 차단제로 사용하여 환원 속도를 제어했다.At this time, in order to investigate in detail the growth pattern mechanism of the plate-shaped gold nanoring structure according to an embodiment of the present invention, the pH was changed and the reduction rate was controlled by using a halide ion as a planar growth blocker.

이때, 상기 I- 또는 Br- 이온의 존재에서 판상형 금 나노링 구조체는 pH에 관계없이 동심원 성장 패턴을 선호할 수 있다.At this time, in the presence of the I- or Br- ions, the plate-shaped gold nanoring structure may prefer a concentric growth pattern regardless of pH.

그러나 Cl-이 존재하는 경우, 반응은 pH 3내지7에서 평면 성장 패턴으로 진행될 수 있다. However, in the presence of Cl-, the reaction can proceed in a planar growth pattern at pH 3 to 7.

또한, 판상형 금 나노링 구조체의 전체 표면에 에피택셜 은(Ag) UPD(underpotential deposition) 층이 형성되어 특정 평면(예: {100} 및 {111})이 유지될 수 있다. Additionally, an epitaxial silver (Ag) UPD (underpotential deposition) layer is formed on the entire surface of the plate-like gold nanoring structure, so that specific planes (eg, {100} and {111}) can be maintained.

이때, 상기 금의 성장 패턴에 대한 은층의 영향을 더 증명하기 위해 3가 금 이온(Au3+)의 양을 고정하면서 Au3+ 및 Ag+ 이온의 비율을 제어하였다.At this time, in order to further prove the influence of the silver layer on the gold growth pattern, the ratio of Au 3+ and Ag + ions was controlled while fixing the amount of trivalent gold ions (Au 3+ ).

상기 금(Au)과 은(Ag)의 비율이 20에서 1로 감소함에 따라(즉, Ag+ 증가), 판상형 금 나노링 구조체의 표면 형태는 거친 표면에서 평평한 표면으로 변경될 수 있다. As the ratio of gold (Au) and silver (Ag) decreases from 20 to 1 (i.e., Ag+ increases), the surface shape of the plate-like gold nanoring structure can change from a rough surface to a flat surface.

이때, 상기 반응 용액 내 은(Ag+)이온의 양이 증가할수록, 에피택셜 성장이 있는 Ag UPD 층이 전체 표면을 완전히 덮고 있어 금(Au)이 균일하게 성장할 수 있다. At this time, as the amount of silver (Ag + ) ions in the reaction solution increases, the Ag UPD layer with epitaxial growth completely covers the entire surface, allowing gold (Au) to grow uniformly.

또한, 도4H내지 도4K를 참조하면, 상기 반응 용액에서 금 이온(Au3+)의 양을 조정하여 평면 성장 패턴을 가진 판상형 금 나노링 구조체의 형태 진화를 모니터링할 수 있다.Additionally, referring to Figures 4H to 4K, the shape evolution of the plate-like gold nanoring structure with a planar growth pattern can be monitored by adjusting the amount of gold ions (Au 3+ ) in the reaction solution.

이때, 도4H는 상기 백금 단일 프레임 구조체의 직경이 139 ± 6 nm이고, 내부 공동이 95 ± 5 nm 이고 높이가 20 ± 3 nm인 것을 확인 할 수 있다.At this time, Figure 4H shows that the diameter of the platinum single frame structure is 139 ± 6 nm, the internal cavity is 95 ± 5 nm, and the height is 20 ± 3 nm.

이때, 상기 백금을 감사는 금의 양이 증가함에 따라 나노 링의 외부 직경은 139 ± 6에서 171 ± 6 nm 로 증가하고, 높이는 20 ± 3에서 53 ± 4 nm로 증가하고 내부 공동의 직경은 95 ± 5 nm 에서 41 ± 4 nm로 감소한 것을 확인 할 수 있다. At this time, as the amount of gold containing the platinum increases, the outer diameter of the nanoring increases from 139 ± 6 to 171 ± 6 nm, the height increases from 20 ± 3 to 53 ± 4 nm, and the diameter of the inner cavity increases from 95 ± 6 nm. It can be seen that it has decreased from ±5 nm to 41 ±4 nm.

또한, 금이 측면 방향으로 성장하여 가장자리가 뚜렷하게 발달하는 반면, 동심원 성장 패턴은 울퉁불퉁한 표면으로 이어진다. Additionally, while cracks grow laterally, resulting in well-defined edges, a concentric growth pattern leads to a bumpy surface.

또한, 도4L에 도시된 바와 같이, 상기 나노링의 형태와 해당하는 면내 쌍극자 모드의 변화는 951 nm에서 855nm 또는 833 nm로 청색 이동한 반면 평면 외 쌍극자 모드는 520 nm에서 529 nm 또는 547 nm로 적색 이동한 것을 확인 할 수 있다.Additionally, as shown in Figure 4L, the change in the shape of the nanoring and the corresponding in-plane dipole mode blue-shifted from 951 nm to 855 nm or 833 nm, while the out-of-plane dipole mode shifted from 520 nm to 529 nm or 547 nm. You can see that it has shifted to red.

또한, 평면 내 사중극자 모드는 평평한 테라스가 발달함에 따라 600nm 및 591 nm에서 나타나기 시작했습니다.Additionally, in-plane quadrupole modes began to appear at 600 nm and 591 nm as flat terraces developed.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백금 삼중 프레임 구조체 및 금 성장을 조절한 삼중 나노링 구조체의 전자 현미경 이미지 및 나노 갭과 파장을 확인할 수 있는 그래프이다.Figure 5 is a graph showing the electron microscope image, nano gap, and wavelength of the platinum triple frame structure and the triple nanoring structure with controlled gold growth according to an embodiment of the present invention.

도5A는 백금 단일 프레임 구조체의 SEM이미지이고, 상기 도5D는 백금 단일 프레임 구조체의 중공의 크기 및 갭의 거리를 나타내는 데이터이다. Figure 5A is an SEM image of a platinum single frame structure, and Figure 5D is data showing the hollow size and gap distance of the platinum single frame structure.

도5B는 얇은 삼중 나노링 구조체의 SEM이미지이고, 상기 도5E는 얇은 두께의 삼중 나노링 구조체의 중공 크기 및 갭의 거리를 나타내는 데이터이다.Figure 5B is an SEM image of a thin triple nanoring structure, and Figure 5E is data showing the hollow size and gap distance of the thin triple nanoring structure.

도5C는 두꺼운 삼중 나노링 구조체의 SEM이미지이고, 상기 도5F는 두꺼운 삼중 나노링 구조체의 중공 크기 및 갭의 거리를 나타내는 데이터이다.Figure 5C is an SEM image of a thick triple nanoring structure, and Figure 5F is data showing the hollow size and gap distance of the thick triple nanoring structure.

도5G,H는 각각의 삼중 나노링 구조체의 합성 과정에서 형성되는 구조체들의 국소 표면 플라스몬 공명(localized surface plasmon resonance, 이하 LSPR로 한다.)을 확인 할 수 있는 그래프이다.Figures 5G and H are graphs showing the localized surface plasmon resonance (LSPR) of the structures formed during the synthesis of each triple nanoring structure.

도5I는 상기 삼중 나노링 구조체의 내부 나노링들이 갖는 3개의 독특한 표면 플라즈몬 공명 모드를 표면 전하 분포도 계산을 통하여 나타낸 데이터이다. Figure 5I is data showing the three unique surface plasmon resonance modes of the internal nanorings of the triple nanoring structure through surface charge distribution calculation.

상기 반응 용액에서 Au3+의 양을 정밀하게 제어하여 상기 삼중 나노링 구조체의 두께를 조절할 수 있다. The thickness of the triple nanoring structure can be adjusted by precisely controlling the amount of Au 3+ in the reaction solution.

도5A는 백금 단일 프레임 구조체의 중공 크기가 40 ± 7 nm, 상기 내부 프레임과 제1외부 프레임의 거리가 30 ± 5 nm, 상기 제1 외부 프레임과 제2외부 프레임의 거리가 16 ± 4 nm 거리를 갖는 것을 확인 할 수 있다. Figure 5A shows that the hollow size of the platinum single frame structure is 40 ± 7 nm, the distance between the inner frame and the first outer frame is 30 ± 5 nm, and the distance between the first outer frame and the second outer frame is 16 ± 4 nm. It can be confirmed that it has .

상기 백금 프레임 주변의 금 코팅 양이 증가함에 따라 금 박막의 두께가 증가하는데, 상기 중공의 크기는 25 ± 5 nm로 감소하였고, 상기 제1 외부 프레임과 제2외부 프레임의 거리가 11 ± 2 nm로 감소하였다. As the amount of gold coating around the platinum frame increases, the thickness of the gold thin film increases, the size of the hollow decreases to 25 ± 5 nm, and the distance between the first and second outer frames decreases to 11 ± 2 nm. decreased to .

상기 도5G를 참조하면, 삼중 나노링 구조체는 크기와 모양 모두에서 높은 수준의 균질성을 가지므로 해당 LSPR을 체계적으로 조사할 수 있으며, 백금 고리를 감싸고 있는 금의 양이 증가함에 따라 1040 nm를 중심으로 하는 하나의 광대역이 나타나기 시작하여 결국 1277 nm의 대역으로 변화하는 것을 확인 할 수 있다. Referring to Figure 5G, the triple nanoring structure has a high level of homogeneity in both size and shape, allowing the corresponding LSPR to be systematically investigated, centered at 1040 nm as the amount of gold surrounding the platinum ring increases. It can be seen that a single broadband band begins to appear and eventually changes to a band of 1277 nm.

이때, 관찰 스펙트럼 창을 최대 1600 nm까지 확장하기 위해 D2O에서 측정되었다. At this time, measurements were made in D2O to extend the observation spectral window up to 1600 nm.

또한, 광범위한 LSPR 기능을 이해하기 위해 유한 요소 방법(FEM)을 사용하여 전자기 시뮬레이션을 수행했다.Additionally, electromagnetic simulations were performed using finite element method (FEM) to understand the broad LSPR functionality.

이론적으로 계산된 UV-vis-NIR 스펙트럼(도5H) 및 전하 분포 맵 나노링(도5I) 사이의 복잡한 커플링에서 3가지 별개의 기능이 발생할 수 있다. Three distinct features may arise from the complex coupling between the theoretically calculated UV-vis-NIR spectrum (Figure 5H) and the charge distribution map of the nanoring (Figure 5I).

상기 실험 스펙트럼과 계산된 스펙트럼 사이의 불일치는 계산에서 고려된 단일 모양과 비교하여 물리적 치수를 기반으로 한 삼중 나노링 구조체의 다분산성(polydispersity)에 의한다.The discrepancy between the experimental and calculated spectra is due to the polydispersity of the triple nanoring structure based on its physical dimensions compared to the single shape considered in the calculations.

도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백금 삼중 프레임 구조체의 표면증강라만산란 특징을 분석한 결과이다. Figure 6 shows the results of analyzing the surface-enhanced Raman scattering characteristics of a platinum triple frame structure according to an embodiment of the present invention.

도6A, D, G, J은 삼중 나노링 구조체의 근거리 초점 기능을 체계적으로 이해하기 위해 비교를 위해 금 이중 나노링 구조체를 샘플로 준비하였다.Figures 6A, D, G, and J show a gold double nanoring structure prepared as a sample for comparison to systematically understand the near-field focusing function of the triple nanoring structure.

상기 금 이중 나노링 구조체는 구성하는 나노링의 수를 제외하고는 크기와 모양이 삼중 나노링 구조체와 유사하다.The gold double nanoring structure is similar in size and shape to the triple nanoring structure except for the number of nanorings.

이때, 하나의 샘플에는 2개의 금 나노링이 있으며 직경은 30nm이고 갭 내 거리로 210nm로 고정되었다.At this time, one sample had two gold nanorings, the diameter was 30 nm, and the distance within the gap was fixed at 210 nm.

이중 나노링 구조체의 LSPR 검사결과는 조사된 스펙트럼 창에서 스펙트럼 기능을 나타내지 않은 것을 확인 할 수 있다.It can be confirmed that the LSPR test results of the double nanoring structure do not show spectral features in the investigated spectral window.

도6B, E, H, K는 삼중 나노링 구조체의 근거리 초점 기능을 체계적으로 이해하기 위해 비교를 위해 금 이중 나노링 구조체를 또다른 샘플로 준비하였다.In Figure 6B, E, H, and K, the gold double nanoring structure was prepared as another sample for comparison to systematically understand the near-focusing function of the triple nanoring structure.

상기 샘플은 2개의 금 나노링을 가지고 있으며 직경은 14nm이고 갭 내 거리는 150nm로 고정되었다. The sample had two gold nanorings, the diameter was 14 nm, and the distance within the gap was fixed at 150 nm.

상기 이중 나노링 구조체의 LSPR 프로파일은 832 nm에서 밴드를 나타냈다.The LSPR profile of the double nanoring structure showed a band at 832 nm.

이때, 상기 2-napthalenethiol을 분석물로 사용하고 785nm 여기의 레이저를 사용하였고, (179μW) 서로 다른 기하학적 구조를 갖는 각각의 나노링을 커버 유리 기판에 분산시키고, 단일 입자의 표면증강라만산란(SERS)를 측정하면서 광학 현미경을 사용하여 각각의 나노링을 모니터링하였다.At this time, the 2-napthalenethiol was used as the analyte and a laser with 785 nm excitation was used (179 μW), each nanoring with a different geometric structure was dispersed on a cover glass substrate, and surface-enhanced Raman scattering (SERS) of a single particle was used. ) were monitored using an optical microscope while measuring each nanoring.

상기 도면6A 및 6D, 6B 및 6E, 6C 및 6F을 참조하면, 상기 표면증강라만산란(SERS) 측정 후, 동일한 샘플을 SEM으로 분석하여 관찰된 신호가 단일 입자에서 나온 것임을 확인할 수 있다.Referring to Figures 6A and 6D, 6B and 6E, 6C and 6F, after the surface enhanced Raman scattering (SERS) measurement, the same sample was analyzed by SEM to confirm that the observed signal came from a single particle.

상기 도면6G를 참조하면, 상기 삼중 나노링 구조체의 대표적인 단일 입자 표면증강라만산란(SERS) 신호를 얻었고 도6H, 도6I의 금 이중 나노링 구조체의 표면증강라만산란(SERS) 신호와 비교하였다.Referring to Figure 6G, a representative single particle surface-enhanced Raman scattering (SERS) signal of the triple nanoring structure was obtained and compared with the surface-enhanced Raman scattering (SERS) signal of the gold double nanoring structure of Figures 6H and 6I.

이때, 삼중 나노링 구조체는 금 이중 나노링 구조체보다 약 4~7배 더 높은 표면증강라만산란(SERS) 신호를 나타낸다.At this time, the triple nanoring structure exhibits a surface-enhanced Raman scattering (SERS) signal that is approximately 4 to 7 times higher than that of the gold double nanoring structure.

이때, 상기 도6J, 도6K 및 도6L의 시뮬레이션된 근거리 초점 맵은 니어필드 포커싱은 중간 나노링 없이는 관찰되지 않았으며, 이는 중간 링이 3개의 나노링 사이의 LSPR 커플링을 최대화하기 위해 "갭 컨트롤러"로 작용함을 확인 할 수 있다.At this time, the simulated near-field focus maps of Figures 6J, 6K, and 6L show that near-field focusing was not observed without the middle nanoring, which indicates that the middle ring is "gap" to maximize LSPR coupling between the three nanorings. It can be confirmed that it acts as a “controller”.

이때, 상기 도6J및 도6K를 비교하면 외부 링이 존재가 빛을 흡수하고 근거리 초점을 강화하는 데 중요한 역할을 할 수 있다.At this time, comparing Figures 6J and 6K, the presence of the outer ring can play an important role in absorbing light and enhancing near focus.

도6M에서, 30개의 개별 삼중 나노링 구조체를 측정한 결과 모두 그림 4M과 같이 일관되고 재현 가능한 단일 입자 표면증강라만산란(SERS) 신호를 나타내는 것을 확인 할 수 있다.In Figure 6M, it can be seen that the results of measuring 30 individual triple nanoring structures all show consistent and reproducible single particle surface-enhanced Raman scattering (SERS) signals, as shown in Figure 4M.

도6N 에서, 삼중 나노링 구조체의 측정된 평균 향상 계수(약 1.3 × 109)는 이중 나노링(각각 1.1 × 108 및 1.8 × 107)보다 큰 것을 확인 할 수 있다.In Figure 6N, it can be seen that the measured average enhancement coefficient of the triple nanoring structure (about 1.3 × 10 9 ) is larger than that of the double nanoring (1.1 × 108 and 1.8 × 10 7 , respectively).

이때, 상기 두 개의 원형 나노갭 영역이 있는 삼중 나노링 구조체가 입사 전자기장을 효과적으로 집중시킬 수 있고, 전기 근접장은 내부 프레임인 원형 나노갭 영역에서 크게 향상될 수 있습니다.At this time, the triple nanoring structure with the two circular nanogap regions can effectively focus the incident electromagnetic field, and the electric near field can be greatly improved in the circular nanogap region, which is the inner frame.

또한, 외부, 중간 및 코어 링 사이에서 흡수된 분석물은 엄청난 라만 향상을 일으킬 수 있다.Additionally, analytes absorbed between the outer, middle and core rings can cause tremendous Raman enhancement.

또한, XPS 데이터에서 볼 수 있듯이 삼중 나노링 구조체의 표면은 금에 의해 덮여 있으며 상기 삼중 나노링 구조체의 구조적 고유성으로 인해 높은 라만 향상 값을 얻을 수 있으며 확대된 핫스팟 영역을 도출할 수 있다. (ca .총 면적의 30%).In addition, as can be seen from the XPS data, the surface of the triple nanoring structure is covered with gold, and due to the structural uniqueness of the triple nanoring structure, high Raman enhancement values can be obtained and an enlarged hotspot area can be derived. (ca .30% of total area).

또한, TEM-EDS 매핑과 XPS 분석에서 볼 수 있듯이 은(Ag)의 표면 노출이 매우 적다는 점을 감안할 때 미량의 은(Ag)로 인한 기여는 거의 무시할 수 있다.Additionally, given that the surface exposure of silver (Ag) is very small, as can be seen from TEM-EDS mapping and XPS analysis, the contribution due to trace amounts of silver (Ag) can be almost ignored.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백금 사중 프레임 구조체의 합성과정에 대한 모식도 및 전자현미경 이미지이다. Figure 7 is a schematic diagram and an electron microscope image of the synthesis process of a platinum quadruple frame structure according to an embodiment of the present invention.

상기 도7은 사중 나노링 구조체로 확장가능성을 확인 할 수 있다.Figure 7 shows the possibility of expansion into a quadruple nanoring structure.

상기 사중 나노링 구조체는 삼중 나노링 구조체의 합성과 비교하여 "금의 평면 성장"의 반복에 따라 합성 경로를 분명히 보여줄 수 있다.Compared to the synthesis of the triple nanoring structure, the quadruple nanoring structure can clearly show a synthetic route based on repetition of “in-plane growth of gold”.

상기 도 7을 참조하면, 작은 직경(75 ± 7 nm)의 백금 단일 프레임을 시작 물질로 하여 금의 평면 성장 후, 선택적 백금 성장을 적용했다. Referring to FIG. 7, after planar growth of gold using a single platinum frame with a small diameter (75 ± 7 nm) as a starting material, selective platinum growth was applied.

그리고, 금의 평면 성장을 다시 실시하였고, 백금의 선택적 성장한 후 마지막으로 금의 선택적 에칭하여 백금 사중 프레임 구조체를 제조하는 것을 확인 할 수있다. Then, planar growth of gold was performed again, selective growth of platinum was performed, and finally, it was confirmed that a platinum quadruple frame structure was manufactured by selectively etching the gold.

상기 도7B, 도7D를 참조하면, 확대 및 저배율 SEM 이미지에서 볼 수 있듯이 금속 다리와 연결된 4개 프레임이 얽힌 나노링을 확인 할 수 있다. Referring to Figures 7B and 7D, as can be seen in the magnified and low-magnification SEM images, a nanoring in which four frames connected to a metal bridge are entangled can be confirmed.

이때, 특징은 4개 프레임이 얽힌 나노링 은 3개의 프레임이 얽힌 나노링에 비해 더 두꺼운 가장 바깥쪽 링을 형성할 수 있다. At this time, the characteristic is that a nanoring with four frames entangled can form a thicker outermost ring than a nanoring with three frames entangled.

또한, 도7A 의 개략도에서 볼 수 있듯이 나노링의 두께는 성장이 진행됨에 따라 지속적으로 증가하는 것을 확인 할 수 있다. In addition, as can be seen in the schematic diagram of Figure 7A, the thickness of the nanoring continues to increase as growth progresses.

또한, 다른 모양의 나노링(예: 삼각형 삼중 나노링 및 테트라나노링)에 보편적으로 적용할 수 있습니다.Additionally, it is universally applicable to nanorings of different shapes (e.g., triangular triple nanorings and tetrananorings).

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 내부 프레임
20: 제 1 외부 프레임
30: 제 2 외부 프레임
10: Inner frame
20: first external frame
30: second outer frame

Claims (17)

폐루프 구조의 내부 프레임;
상기 내부 프레임을 둘러싸는 폐루프 구조를 갖는 제1외부 프레임;
상기 제1외부 프레임을 둘러싸는 폐루프 구조를 갖는 제2외부 프레임;및
상기 내부 프레임, 상기 제1외부 프레임 및 상기 제2외부 프레임의 표면을 덮고 있는 금 박막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중 나노링 구조체.
Internal frame of closed loop structure;
a first outer frame having a closed loop structure surrounding the inner frame;
a second outer frame having a closed loop structure surrounding the first outer frame; and
A triple nanoring structure comprising a gold thin film layer covering surfaces of the inner frame, the first outer frame, and the second outer frame.
제1항에 있어서,
상기 내부 프레임과 제1외부 프레임은 적어도 하나의 금 브릿지에 의해 연결된 것을 특징으로 하고, 상기 제1외부 프레임과 제2외부 프레임은 적어도 하나의 금 브릿지에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 삼중 나노링 구조체.
According to paragraph 1,
A triple nanoring structure, wherein the internal frame and the first external frame are connected by at least one gold bridge, and the first external frame and the second external frame are connected by at least one gold bridge.
제1항에 있어서,
상기 내부 프레임, 제1외부 프레임 및 제2외부 프레임은 백금으로 구성된 것을 특징으로 하는 삼중 나노링 구조체.
According to paragraph 1,
A triple nanoring structure, wherein the inner frame, the first outer frame, and the second outer frame are made of platinum.
제1항에 있어서,
상기 내부 프레임과 제1외부 프레임 사이 및 상기 제1외부 프레임과 제2외부 프레임 사이에는 나노 갭을 가지며, 상기 프레임 상에 위치된 금 박막층의 동심 성장(concentric growth)정도를 조절하여 상기 나노 갭의 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 삼중 나노링 구조체.
According to paragraph 1,
There is a nano gap between the inner frame and the first outer frame and between the first outer frame and the second outer frame, and the degree of concentric growth of the gold thin film layer located on the frame is adjusted to adjust the degree of concentric growth of the nano gap. Triple nanoring structure characterized by adjustable distance.
제4항에 있어서,
상기 삼중 나노링 구조체의 전자기장(electromagnetic field)세기 및 분포는 상기 나노 갭의 거리에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 삼중 나노링 구조체.
According to paragraph 4,
A triple nanoring structure, wherein the electromagnetic field intensity and distribution of the triple nanoring structure are controlled by the distance of the nano gap.
제1항에 있어서,
상기 삼중 나노링 구조체는 대칭적인 기하구조를 가지고, 상기 대칭적인 기하구조를 통하여 모든 방향의 근적외선 파장의 빛에 대해서 라만산란이 가능한 것을 특징으로 하는 삼중 나노링 구조체.
According to paragraph 1,
The triple nanoring structure has a symmetrical geometry, and is capable of Raman scattering of light of near-infrared wavelengths in all directions through the symmetrical geometry.
제1항의 삼중 나노링 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면증강라만산란용 기판.A substrate for surface-enhanced Raman scattering, comprising the triple nanoring structure of claim 1. 폐루프 구조의 내부 프레임;
상기 내부 프레임을 둘러싸는 폐루프 구조를 갖는 제1외부 프레임;
상기 제1외부 프레임을 둘러싸는 폐루프 구조를 갖는 제2외부 프레임;
상기 제2외부 프레임을 둘러싸는 폐루프 구조를 갖는 제3외부 프레임;및
상기 내부 프레임, 상기 제1외부 프레임, 상기 제2외부 프레임 및 상기 제3외부 프레임의 표면을 덮고 있는 금 박막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 사중 나노 링 구조체.
Internal frame of closed loop structure;
a first outer frame having a closed loop structure surrounding the inner frame;
a second outer frame having a closed loop structure surrounding the first outer frame;
a third outer frame having a closed loop structure surrounding the second outer frame; and
A quadruple nano ring structure comprising a gold thin film layer covering surfaces of the inner frame, the first outer frame, the second outer frame, and the third outer frame.
제8항에 있어서,
상기 내부 프레임과 제1외부 프레임은 적어도 하나의 금 브릿지에 의해 연결되고, 상기 제1외부 프레임과 제2외부 프레임은 적어도 하나의 금 브릿지에 의해 연결되고, 및 상기 제2외부 프레임과 제3외부 프레임은 적어도 하나의 금 브릿지에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 사중 나노링 구조체.
According to clause 8,
The inner frame and the first outer frame are connected by at least one gold bridge, the first outer frame and the second outer frame are connected by at least one gold bridge, and the second outer frame and the third outer frame are connected by at least one gold bridge. The frame is a quadruple nanoring structure characterized in that it is connected by at least one gold bridge.
제8항에 있어서,
상기 내부 프레임, 제1외부 프레임, 제2외부 프레임 및 제3외부 프레임은 백금으로 구성된 것을 특징으로 하는 사중 나노링 구조체.
According to clause 8,
A quadruple nanoring structure, wherein the inner frame, the first outer frame, the second outer frame, and the third outer frame are made of platinum.
2차원 금 나노 구조체를 준비하는 단계;
상기 2차원 금 나노 구조체의 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제1백금층을 형성하는 단계;
상기 제1백금층이 형성된 2차원 금 나노 구조체 내부의 금을 제거하여 백금 단일 프레임 구조체를 형성하는 단계;
상기 백금 단일 프레임 구조체의 내부경계면의 안쪽 방향 및 외부경계면의 바깥쪽 방향으로 금 나노 입자를 평면 성장(faceted growth)하여 판상형 금 나노링을 형성하는 단계;
상기 판상형 금 나노링의 내부 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제2백금층 및 외부 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제3백금층을 형성하는 단계;
상기 제2백금층 및 상기 제3백금층이 형성된 판상형 금 나노링 내부의 금을 제거하되 내부에 금 브릿지가 위치되고 내부 프레임, 상기 내부 프레임을 둘러싸는 제1외부 프레임 및 상기 제1외부 프레임을 둘러싸는 제 2 외부 프레임을 구비하는 백금 삼중 프레임 구조체를 형성하는 단계;및
상기 백금 삼중 프레임 구조체의 표면을 덮도록 금 박막층을 형성하여 삼중 나노링 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중 나노링 구조체 제조방법.
Preparing a two-dimensional gold nanostructure;
Forming a first platinum layer with a closed loop structure at an edge area of the two-dimensional gold nanostructure;
forming a platinum single frame structure by removing gold inside the two-dimensional gold nanostructure on which the first platinum layer is formed;
Forming a plate-shaped gold nanoring by faceted growing gold nanoparticles in an inner direction of the inner boundary surface and an outer direction of the outer boundary surface of the platinum single frame structure;
forming a second platinum layer with a closed-loop structure on the inner edge region of the plate-shaped gold nanoring and a third platinum layer with a closed-loop structure on the outer edge region;
The gold inside the plate-shaped gold nanoring on which the second platinum layer and the third platinum layer are formed is removed, and a gold bridge is located inside, and an inner frame, a first outer frame surrounding the inner frame, and the first outer frame are formed. forming a platinum triple frame structure having a surrounding second outer frame; and
A method for manufacturing a triple nanoring structure, comprising forming a gold thin film layer to cover the surface of the platinum triple frame structure to form a triple nanoring structure.
제11항에 있어서,
상기 2차원 금 나노 구조체를 준비하는 단계는,
금으로 구성된 2차원 삼각형 나노 프리즘을 준비하는 단계;
상기 2차원 삼각형 나노 프리즘을 선택적 에칭 공정을 수행하여 2차원 원형 나노디스크를 제조하는 단계;및
상기 2차원 원형 나노디스크를 과성장 공정을 수행하여 원형 또는 육각형의 2차원 나노 금 구조체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중 나노링 구조체 제조방법.
According to clause 11,
The step of preparing the two-dimensional gold nanostructure is,
Preparing a two-dimensional triangular nanoprism made of gold;
manufacturing a two-dimensional circular nanodisk by performing a selective etching process on the two-dimensional triangular nanoprism; and
A method for manufacturing a triple nanoring structure, comprising the step of performing an overgrowth process on the two-dimensional circular nanodisk to produce a circular or hexagonal two-dimensional nano gold structure.
제11항에 있어서,
상기 제1백금층을 형성하는 단계와 제 2 백금층 및 제 3 백금층을 형성하는 단계에서,
상기 2차원 금 나노 구조체 또는 상기 판상형 금 나노링 상에 은 박막을 백금 이온과 갈바닉 치환 반응시켜 형성된 것을 특징으로 하는 삼중 나노링 구조체 제조방법.
According to clause 11,
In the step of forming the first platinum layer and the step of forming the second platinum layer and the third platinum layer,
A method of manufacturing a triple nanoring structure, characterized in that it is formed by galvanic substitution reaction of a silver thin film with platinum ions on the two-dimensional gold nanostructure or the plate-shaped gold nanoring.
제11항에 있어서,
상기 판상형 금 나노링을 형성하는 단계에서,
상기 판상형 금 나노링은 백금 단일 프레임 구조체의 모양을 유지하면서 내부에 원형 중공이 형성된 것을 특징으로 하는 삼중 나노링 구조체 제조방법.
According to clause 11,
In the step of forming the plate-shaped gold nanoring,
A method of manufacturing a triple nanoring structure, wherein the plate-shaped gold nanoring maintains the shape of the platinum single frame structure and has a circular hollow inside.
제11항에 있어서,
상기 삼중 나노링 구조체를 형성하는 단계에서,
상기 삼중 나노링 구조체는 상기 백금 삼중 프레임 구조체의 표면상에 동심 성장(concentric growth)을 수행하여 형성되는 것을 특징으로 하는 삼중 나노링 구조체 제조방법.
According to clause 11,
In the step of forming the triple nanoring structure,
A method of manufacturing a triple nanoring structure, characterized in that the triple nanoring structure is formed by performing concentric growth on the surface of the platinum triple frame structure.
2차원 금 나노 구조체를 준비하는 단계;
상기 2차원 금 나노 구조체의 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제1백금층을 형성하는 단계;
상기 제1백금층이 형성된 2차원 금 나노 구조체 내부의 금(Au)을 제거하여 백금 단일 프레임 구조체를 형성하는 단계;
상기 백금 단일 프레임 구조체의 내부경계면의 안쪽 방향 및 외부경계면의 바깥쪽 방향으로 금 나노 입자를 평면 성장(faceted growth)하여 판상형 금 나노링을 형성하는 단계;
상기 판상형 금 나노링의 내부 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제2백금층 및 외부 가장자리 영역에 폐루프 구조의 제3백금층을 형성하는 단계;
상기 제2백금층 및 제3백금층이 형성된 판상형 금 나노링의 내부경계면의 안쪽 방향 및 외부경계면의 바깥쪽 방향으로 금 나노 입자를 평면 성장(faceted growth)하여 판상형 금 나노 플레이트를 형성하는 단계;
상기 판상형 금 나노 플레이트의 가장자리 영역의 폐루프 구조의 제4백금층을 형성하는 단계;
상기 제4백금층이 형성된 판상형 금 나노링 내부의 금을 제거하되 내부에 금 브릿지가 위치되고 내부 프레임, 상기 내부 프레임을 둘러싸는 제1외부 프레임 및 상기 제1외부 프레임을 둘러싸는 제2외부 프레임, 상기 제2외부 프레임을 둘러싸는 제3외부 프레임을 구비하는 백금 사중 프레임 구조체를 형성하는 단계;및
상기 백금 사중 프레임 구조체의 표면을 덮도록 금 박막층을 형성하여 사중 나노링 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사중 나노 링 구조체 제조방법.
Preparing a two-dimensional gold nanostructure;
Forming a first platinum layer with a closed loop structure at an edge area of the two-dimensional gold nanostructure;
forming a platinum single frame structure by removing gold (Au) inside the two-dimensional gold nanostructure on which the first platinum layer is formed;
Forming a plate-shaped gold nanoring by faceted growing gold nanoparticles in an inner direction of the inner boundary surface and an outer direction of the outer boundary surface of the platinum single frame structure;
forming a second platinum layer with a closed-loop structure on the inner edge region of the plate-shaped gold nanoring and a third platinum layer with a closed-loop structure on the outer edge region;
Forming a plate-shaped gold nanoplate by faceted growing gold nanoparticles in an inner direction of the inner boundary surface and an outer direction of the outer boundary surface of the plate-shaped gold nanoring on which the second platinum layer and the third platinum layer are formed;
forming a fourth platinum layer having a closed loop structure at an edge region of the plate-shaped gold nanoplate;
The gold inside the plate-shaped gold nanoring on which the fourth platinum layer is formed is removed, and a gold bridge is located inside, an inner frame, a first outer frame surrounding the inner frame, and a second outer frame surrounding the first outer frame. , forming a platinum quadruple frame structure having a third outer frame surrounding the second outer frame; and
A method for manufacturing a quadruple nanoring structure, comprising the step of forming a quadruple nanoring structure by forming a gold thin film layer to cover the surface of the platinum quadruple frame structure.
제16항에 있어서,
상기 2차원 금 나노 구조체를 준비하는 단계는,
금으로 구성된 2차원 삼각형 나노 프리즘을 준비하는 단계;
상기 2차원 삼각형 나노 프리즘을 선택적 에칭 공정을 수행하여 2차원 원형 나노디스크를 제조하는 단계;및
상기 2차원 원형 나노디스크를 과성장 공정을 수행하여 원형 또는 육각형의 2차원 나노 금 구조체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사중 나노링 구조체 제조방법.
According to clause 16,
The step of preparing the two-dimensional gold nanostructure is,
Preparing a two-dimensional triangular nanoprism made of gold;
manufacturing a two-dimensional circular nanodisk by performing a selective etching process on the two-dimensional triangular nanoprism; and
A method for manufacturing a quadruple nanoring structure, comprising the step of performing an overgrowth process on the two-dimensional circular nanodisk to produce a circular or hexagonal two-dimensional nano gold structure.
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