KR20170066089A - 금속 나노구조체의 제조방법 및 상기 제조방법에 따라 제조되는 금속 나노구조체를 포함하는 표면증강라만산란 분광용 기판 - Google Patents
금속 나노구조체의 제조방법 및 상기 제조방법에 따라 제조되는 금속 나노구조체를 포함하는 표면증강라만산란 분광용 기판 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 금속 나노구조체의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 다공성 나노 템플레이트를 기판으로 준비하는 제1단계; 상기 기판 상에 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance: SPR)을 나타내는 금속을 증착시키는 제2단계; 및 상기 제2단계 후, 기판을 제거함으로써 금속 나노구조체를 수득하는 제3단계;를 포함하고, 상기 다공성 나노 템플레이트는, 알루미늄 박막층 및 상기 박막층 상부에 형성되는 다공성 양극산화 알루미늄 피막층으로 이루어진 통상의 양극산화 알루미늄(Anodized Aluminum Oxide : AAO) 템플레이트이거나, 상기 양극산화 알루미늄 템플레이트를 에칭하여 양극산화 알루미늄 피막층 또는 알루미늄 박막층이 제거된 템플레이트인 것을 특징으로 하는, 금속 나노구조체의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 금속 나노구조체의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 양극산화 알루미늄 템플레이트 또는 에칭 처리로 일부 구성이 제거된 양극산화 알루미늄 템플레이트를 기판으로 사용하여 상기 기판에 표면 플라즈몬 공명을 나타내는 금속을 증착함으로써, 균일한 형상은 물론이고, 직경 및 조밀도가 조절된 금속 나노구조체를 제조하는 것을 특징으로 하는 금속 나노구조체의 제조방법에 관한 것이다.
최근 전자소자의 고집적화, 소형화 추세에 따라 나노구조체 및 그 제조방법에 대한 연구가 매우 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 나노구조체는 구조체를 형성하는 물질의 크기가 수 나노미터에서 수백 나노미터 정도의 크기를 가질 때, 이전 bulk한 크기에서는 볼 수 없었던 우수한 특성을 가지는데, 특히 광학적 현상으로 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance: SPR) 현상 혹은 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized Surface Plasmon Resonance: LSPR) 현상을 나타낸다. 이는, 금, 은 및 구리와 같은 음의 유전상수를 가지는 전자방출이 비교적 쉬운 금속의 크기가 나노 단위로 작아지면서 두께나 형상에 따라 나타나는 현상으로 금속 내 전자들의 집단적인 진동인 플라즈몬에 의해 입사되는 빛에 비해 관측되는 빛이 증폭되는 현상이다.
이와 같은 빛의 증폭 현상은 고효율의 광센서, 디스플레이, 태양전지, 고민감 바이오센서 및 표면 증강 라만 분광법(Surface enhanced raman spectroscopy)의 기판으로 활용될 수 있고, 이에 대한 연구가 진행되고 있다.
특히, 표면 증강 라만 분광의 경우는 금속 나노구조체를 활용함에 따라 분자의 고유한 진동 및 회전 에너지 상태에 따라 산란광을 방출하는 라만산란 신호를 통해 분자의 고유한 성질을 보다 용이하게 측정할 수 있도록 한다. 즉, 금속 나노구조체를 활용한 표면 증강 라만 분광의 경우는, 금속 나노구조체의 표면 플라즈몬 공명 현상에 의해 라만산란 신호를 10의 9승에서 15승까지 증폭시켜 수초 내지 수분 이내에 라만 산란을 측정 가능하도록 함에 따라 종래 라만 분광법이 갖고 있던 약한 라만 신호, 낮은 재현성 및 측정 시 오래 시간이 걸리는 문제점들을 보완하고 있다.
그러나 상기와 같은 빛의 증폭 현상을 나타내는 금속 나노구조체의 제조는 ion&E-beam 또는 나노 임프린트 리소그래피와 같은 공정에 의해 제조됨에 따라 다양한 기반 설비 필요에 의해 제작비용이 상승하고, 대면적의 기재 상에 금속 나노입자의 균일한 흡착이 용이하지 않음은 물론, 금속 나노입자의 크기 제어 또한 용이하지 않은 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 점에 착안하여 안출한 것으로서, 양극산화 알루미늄 템플레이트 또는 에칭 처리로 일부 구성이 제거된 양극산화 알루미늄 템플레이트를 기판으로 하여 상기 기판 상에 표면 플라즈몬 공명을 나타내는 금속을 증착함으로써, 균일한 금속 나노구조체를 제조하는 방법을 개발하고, 상기 방법에 의해 제조되는 금속 나노구조체는 형상, 크기 및 조밀도를 조절할 수 있음은 물론이고, 이에 따라 표면 플라즈몬 공명 효율이 향상되어 라만 산란 증폭율이 증대됨을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명은 금속 나노구조체의 제조방법을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
또한 본 발명은 상기 금속 나노구조체의 제조방법에 따라 제조되는 금속 나노구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면증강라만산란(SERS; Surface-Enhanced Raman Scattering) 분광용 기판을 제공하는 것을 또 다른 해결과제로 한다.
상기 본 발명의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면,
다공성 나노 템플레이트를 기판으로 준비하는 제1단계;
상기 기판 상에 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance: SPR)을 나타내는 금속을 증착시키는 제2단계; 및
상기 제2단계 후, 기판을 제거함으로써 금속 나노구조체를 수득하는 제3단계;를 포함하고,
상기 다공성 나노 템플레이트는, 알루미늄 박막층 및 상기 박막층 상부에 형성되는 다공성 양극산화 알루미늄 피막층으로 이루어진 통상의 양극산화 알루미늄(Anodized Aluminum Oxide : AAO) 템플레이트이거나, 상기 양극산화 알루미늄 템플레이트를 에칭하여 양극산화 알루미늄 피막층 또는 알루미늄 박막층이 제거된 템플레이트인 것을 특징으로 하는, 금속 나노구조체의 제조방법을 제공한다.
또한 상기 본 발명의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면,
상기 금속 나노구조체의 제조방법에 따라 제조되는 금속 나노구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면증강라만산란(SERS; Surface-Enhanced Raman Scattering) 분광용 기판을 제공한다.
본 발명, 금속 나노구조체의 제조방법은 양극산화 알루미늄 템플레이트 또는 전처리된 양극산화 알루미늄 템플레이트를 금속이 증착되는 기판으로 사용함에 따라, 균일한 금속 나노구조체를 보다 용이하게 제조할 수 있도록 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 기판으로 사용되는 양극산화 알루미늄 템플레이트 또는 전처리된 양극산화 알루미늄 템플레이트의 기공 크기를 조절함으로써 제조되는 금속 나노구조체의 형상, 크기 및 조밀도를 조절할 수 있도록 하고, 이에 따라 표면 플라즈몬 공명 효율을 향상시킨다.
또한, 본 발명에 따라 제조되는 금속 나노구조체는 기판으로 양극산화 알루미늄 템플레이트를 사용함에 따라 제조의 용이성은 물론이고, 금속 나노구조체를 용이하게 대면적화할 수 있고, 표면 플라즈몬 공명 효율이 향상됨에 따라, 고효율의 광센서, 디스플레이, 태양전지 및 고민감 바이오센서에 사용될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 금속 나노구조체는 표면증강라만 분광법(Surface enhanced raman spectroscopy)의 기판으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 (a) Cone, (b) Embossing 및 (c) Wave 형상의 금속 나노구조체의 제조과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 Cone((a), (b)), Embossing((c), (d)) 및 Wave((e), (f)) 형상 금 나노구조체의 정면 및 45°기울여 측정된 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 실시예 2 및 실시예 4의 금 나노구조체 SEM 사진과((a) 및 (b)), 실시예 4의 AFM 및 전자기장 분석 시뮬레이션 결과((c) 및 (d))를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 금속 나노구조체의 라만 신호 증폭률을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 Cone((a), (b)), Embossing((c), (d)) 및 Wave((e), (f)) 형상 금 나노구조체의 정면 및 45°기울여 측정된 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 실시예 2 및 실시예 4의 금 나노구조체 SEM 사진과((a) 및 (b)), 실시예 4의 AFM 및 전자기장 분석 시뮬레이션 결과((c) 및 (d))를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 금속 나노구조체의 라만 신호 증폭률을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 다공성 나노 템플레이트를 기판으로 준비하는 제1단계; 상기 기판 상에 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance: SPR)을 나타내는 금속을 증착시키는 제2단계; 및 상기 제2단계 후, 기판을 제거함으로써 금속 나노구조체를 수득하는 제3단계;를 포함하고, 상기 다공성 나노 템플레이트는, 알루미늄 박막층 및 상기 박막층 상부에 형성되는 다공성 양극산화 알루미늄 피막층으로 이루어진 통상의 양극산화 알루미늄(Anodized Aluminum Oxide : AAO) 템플레이트이거나, 상기 양극산화 알루미늄 템플레이트를 에칭하여 양극산화 알루미늄 피막층 또는 알루미늄 박막층이 제거된 템플레이트인 것을 특징으로 하는, 금속 나노구조체의 제조방법이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 (a) Cone, (b) Embossing 및 (c) Wave 형상의 금속 나노구조체의 제조과정을 나타낸 모식도이다.
이를 참고하면, 본 발명에 있어서 제 1 단계는, 금속이 증착될 수 있는 기판을 준비하는 단계로, 다공성 나노 템플레이트를 기판으로 준비하는 단계이다.
이때 상기 다공성 나노 템플레이트는, 도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 알루미늄 박막층 및 상기 박막층 상부에 형성되는 다공성 양극산화 알루미늄 피막층으로 이루어진 통상의 양극산화 알루미늄(Anodized Aluminum Oxide : AAO) 템플레이트(10)이거나, 상기 양극산화 알루미늄 템플레이트(10)를 에칭하여 양극산화 알루미늄 피막층 또는 알루미늄 박막층이 제거된 템플레이트인 것을 특징으로 한다.
상세하게는, 에칭에 의하여 상기 양극산화 알루미늄 템플레이트(10)로부터 일부가 제거된 템플레이트는, 도 1(b)의 다공성 양극산화 알루미늄 피막층이 제거된 템플레이트(20)이거나 또는 도 1(c)의 비산화된 알루미늄 박막층이 제거된 템플레이트(30)이다.
다음으로 본 발명에 있어서 제 2 단계는, 상기 기판 상에 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance:SPR)을 나타내는 금속을 증착시키는 단계이다.
상세하게는 양극산화 알루미늄 템플레이트(10)를 기판으로 사용하는 도 1(a)와 같이, 템플레이트의 기공에 표면 플라즈몬 공명을 나타내는 금속을 증착(11)시키거나, 상기 양극산화 알루미늄 템플레이트가 에칭되어 도 1(b) 및 도 1(c)와 같이 양극산화 알루미늄 피막층이 제거된 템플레이트(20) 및 비산화된 알루미늄 박막층이 제거된 템플레이트(30)의 표면에 각각 표면 플라즈몬 공명을 나타내는 금속을 증착(21 및 31)시키는 단계이다.
보다 상세하게는 상기 금속의 증착은 열 기상 증착(thermal evaporation deposition)법에 의한 것으로서, 상기 각각의 기판의 표면 또는 기공에 표면 플라즈몬 공명을 나타내는 금속을 열 기상 증착기를 이용하여 진공 상태에서 0.6 ~ 0.7 V 및 85 ~ 109A에서 30 ~ 40분 동안 열처리함으로써 상기 금속을 증착시키는 것을 특징으로 한다.
이때 증착되는 상기 금속은, 금, 은, 동, 알루미늄, 백금, 팔라듐, 니켈, 아연 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나이다.
상기 금속은 음의 유전상수를 가지고 전자방출이 비교적 쉬운 금속으로, 나노 크기가 되면 금속 내 자유 전자의 집단적인 진동인 플라즈몬에 의해 입사되는 빛이 가지는 특정 에너지의 전자기장과의 공명으로 금속 표면의 자유 전자들이 집단적으로 진동하는 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance) 또는 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized Surface Plasmon Resonance) 특성을 나타내며, 이에 따라 빛을 증폭시키는 것을 특징으로 한다.
상기 표면 플라즈몬 공명 특성을 갖는 금속에 있어서 바람직하게는 본 발명의 금속은 금인 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명에 있어서 제 3 단계는, 기판을 제거함으로써 금속 나노구조체를 수득하는 단계이다.
상세하게는, 상기 금속이 증착된 기판으로 부터 기판을 제거함으로써 균일한 나노 구조를 갖는 금속 나노구조체를 제조하는 단계로, 본 발명은 상기 제 1 단계에서 기판으로 사용하는 템플레이트를 도 1의 (10), (20) 및 (30)과 같이 다르게 하고, 상기 다른 형상의 기판에 표면 플라즈몬 공명 특성을 갖는 금속을 증착함에 따라, 상기 기판을 제거하는 제 3 단계에서 수득되는 금속 나노구조체는 상기 기판의 형상에 따라 Cone, Embossing 및 Wave의 형상인 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 금속 나노구조체는, 도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 기판이 양극산화 알루미늄 템플레이트(10)인 경우 Cone 형상이고, 상기 기판이 양극산화 알루미늄 템플레이트로부터 양극산화 알루미늄 피막층이 제거된 템플레이트(20)인 경우 Embossing 형상이며, 상기 기판이 양극산화 알루미늄 템플레이트로부터 알루미늄 박막층이 제거된 템플레이트(30)인 경우 Wave 형상이다.
또한 상기 제조된 금속 나노구조체는 30 ~ 100nm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하며, 이는 상기 금속 나노구조체 제조 시 사용된 다공성 나노 템플레이트의 기공 크기에 의해 조절된다.
또한 상기 제조된 금속 나노구조체는 다공성 템플레이트의 기공 크기에 의해 금속 나노구조체 사이의 조밀도가 조절됨에 따라 다공성 나노 템플레이트의 기공 크기가 작을수록 제조되는 금속 나노구조체 사이의 조밀도가 증가된다.
상기와 같이 본 발명의 금속 나노구조체 제조방법에 따르면, 열 기상 증착법과, 다공성 나노 템플레이트 기판의 형상에 따라 Cone, Embossing 및 Wave의 형상으로 금속 나노구조체를 용이하게 제조할 수 있음은 물론이고, 상기 제조되는 금속 나노구조체의 직경 및 조밀도를 조절할 수 있음에 따라, 상기 금속에 의해 발생되는 표면 플라즈몬 공명의 효율을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 다른 일 측면으로, 상기 제조방법에 따라 제조되는 표면 플라즈몬 공명 효율을 향상시킨 금속 나노구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면증강라만산란(SERS; Surface-Enhanced Raman Scattering) 분광용 기판을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
<실시예>
금속 나노구조체 제조
금속 나노구조체 제조에 있어서 양극산화 알루미늄(Anodized Aluminum Oxide: AAO) 템플레이트로, 넥스트론 사(한국)로부터 구매한 60nm의 기공 크기와 40㎛의 깊이를 갖는 AAO/Al 템플릿과, 넥스트론 사(한국)로부터 구매한 40nm의 기공 크기와 40㎛의 깊이를 갖는 AAO/Al 템플릿을 각각 5mm×5mm 크기로 잘라 사용하였다.
<실시예 1> Cone 형상의 금 나노구조체의 제조(60nm 기공 AAO 사용)
도 1(a)는 Cone 형상의 금속 나노구조체의 제조과정을 나타낸 모식도이다.
이를 참고하면, 먼저, 상기 60nm의 기공을 갖는 AAO/Al 템플릿(5mm×5mm)을 기판(10)으로 하여 AAO층에 Au 0.49g을 열 기상 증착기를 이용하여 진공상태에서 0.65V 및 95A의 조건으로 증착(11)한 후, 상기 Au가 증착된 면을 고체 왁스를 이용하여 슬라이드 글라스에 접착시켰다. 다음으로, 상기 글라스를 NaOH 2M 용액에 24시간 이상 담궈 남은 AAO/Al과 이물질을 제거한 후, 세척 및 건조함으로써, 약 35nm의 직경을 갖는 Cone 형상의 금 나노구조체를 제조(12)하였다.
<실시예 2> Embossing 형상의 금 나노구조체의 제조(60nm 기공 AAO 사용)
도 1(b)는 Embossing 형상의 금속 나노구조체의 제조과정을 나타낸 모식도이다.
이를 참고하면, 먼저 상기 기공 크기가 60nm인 AAO/Al 템플릿(5mm×5mm)(10)의 Al면을 고체 왁스로 슬라이드 글라스에 접착시킨 후 이를 60℃의 인산 1M과 크롬산 1M의 혼합용액에 담궈 30분 동안 에칭하였다. 이에 따라, 상기 AAO/Al 템플릿으로부터 AAO가 제거된 Al층 템플릿(20)을 제조하였다.
다음으로, 상기 제조된 Al층 템플릿(20)을 기판으로 하여, 열 기상 증착기를 이용하여 진공상태에서 0.65V 및 95A의 조건으로 Au 0.49g을 증착(21)한 후, 아세톤으로 Al면을 접착한 고체 왁스를 녹여내어 슬라이드 글라스로 부터 Au가 증착된 Al기판을 분리하였다.
이 후, 상기 Au가 증착된 Al 기판에 있어서 Au가 증착된 면을 고체 왁스로 다른 슬라이드 글라스에 접착 시킨 다음, NaOH 2M 용액에 24시간 이상 담궈 Al층과 이물질을 제거하고 세척 및 건조함으로써, 약 90nm의 직경을 갖는 Embossing 형상의 금 나노구조체를 제조(22)하였다.
<실시예 3> Wave 형상의 금 나노구조체의 제조(60nm 기공 AAO 사용)
도 1(c)는 Wave 형상의 금속 나노구조체의 제조과정을 나타낸 모식도이다.
이를 참고하면, 먼저 상기 기공 크기가 60nm인 AAO/Al 템플릿(5mm×5mm)(10)의 AAO면을 고체 왁스로 슬라이드 글라스에 접착시킨 후 이를 0.1M 염화구리 수용액과 35wt% 염산의 혼합용액에 담궈 30분 동안 에칭하였다. 이에 따라, 상기 AAO/Al 템플릿으로부터 Al이 제거된 AAO층 템플릿(30)을 제조하였다.
다음으로, 상기 제조된 AAO층 템플릿(30)을 기판으로 하여, 열 기상 증착기를 이용하여 진공상태에서 0.65V 및 95A의 조건으로 Au 0.49g을 증착(31)한 후, 아세톤으로 AAO면을 접착한 고체 왁스를 녹여내어 슬라이드 글라스로 부터 Au가 증착된 AAO 기판을 분리하였다.
이 후, 상기 Au가 증착된 AAO 기판에 있어서 Au가 증착된 면을 고체 왁스로 다른 슬라이드 글라스에 접착 시킨 다음, NaOH 2M 용액에 24시간 이상 담궈 AAO층과 이물질을 제거하고 세척 및 건조함으로써, 약 35nm의 직경을 갖는 Wave 형상의 금 나노구조체를 제조(32)하였다.
<실시예 4> Embossing 형상의 금 나노구조체의 제조(40nm 기공 AAO 사용)
AAO/Al 템플릿(5mm×5mm)(10)의 기공 크기가 40nm인 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법에 의하여, 약 60nm의 직경을 갖는 Embossing 형상의 금 나노구조체를 제조(22)하였다.
<분석예>
금 나노구조체 형상 분석
상기 제조한 금 나노구조체의 형상을 확인하기 위하여, 동일한 기공 및 깊이를 갖는 AAO/Al 템플릿을 이용하여 제조한 실시예 1 내지 실시예 3에 대해 SEM 분석을 실시하였다.
도 2는 실시예 1 내지 실시예 3의 금 나노구조체에 대한 SEM 사진을 나타낸 것이다.
이를 참고하면, 실시예 1 내지 실시예 3의 금 나노구조체는 각각 Cone, Embossing 및 Wave로 다른 형상의 나노 구조를 가지며 균일하게 존재함을 확인할 수 있었다.
AAO 기공 크기에 따른 금 나노구조체의 플라즈모닉 공명 현상 분석
AAO 기공 크기에 따른 금 나노구조체의 플라즈모닉 공명 현상 변화를 알아보기 위하여, AAO 기공 크기 조건만을 달리하여 제조한 금 나노구조체인 실시예 2 및 실시예 4에 대한 SEM 분석을 실시한 후, 상기 실시예 4에 대한 AFM 및 전자기장 분석 시물레이션을 통해 표면 플라즈모닉 공명 현상과 기공 크기와의 관계를 분석하였다.
도 3(a) 및 (b)는 각각 실시예 2 및 실시예 4의 SEM 사진을 나타낸 것이고, 도 3(c) 및 (d)는 실시예 4의 AFM 및 전자기장 분석 시뮬레이션 사진을 나타낸 것이다.
도 3(a) 및 (b)를 참고하면, 60nm 기공의 AAO에 의해 제조된 실시예 2의 금 나노구조체 경우는 90nm 직경의 균일한 Embossing 형상의 나노 구조를 나타내고, 40nm 기공의 AAO에 의해 제조된 실시예 4의 금 나노구조체 경우는 약 60nm의 직경을 갖는 균일한 Embossing 형상의 나노 구조를 나타냄을 확인할 수 있었다. 이에 따라, AAO 기공 크기를 조절함으로써 제조되는 나노구조체의 직경 크기를 조절할 수 있을 것으로 판단된다.
또한 도 3(d)의 상기 실시예 4에 대한 전자기장 분석 시뮬레이션 사진을 참고하면, 붉은 색에 가까운 색을 띄는 부분은 전자기장이 크게 증폭된 부분으로 이 위치는 도 3(c)의 실시예 4에 대한 AFM에서 나노구조체와 나노구조체 사이에 해당함을 확인할 수 있었다.
이에 따라, AAO의 기공 크기를 작게 할수록 생성되는 나노구조체들 사이가 더 조밀해져 표면 플라즈모닉 공명 현상이 나타나는 부분이 증대될 것으로 판단된다.
금 나노구조체 형상에 따른 라만 신호 증폭률 분석
상기 실시예 1 내지 실시예 4로 부터 제조된 금 나노구조체의 형상에 따른 라만 신호 증폭률 변화를 알아보기 위하여, 로다민 6G(1uM, 1uL)를 이용하여 532nm의 레이저 파장에서 실시예 1 내지 실시예 4 각각에 대한 라만 신호를 측정하였다.
또한, AAO/Al 템플릿을 이용하여 제조한 금 나노 구조체의 라만 신호 증폭률 효율을 알아보기 위하여, 대조군으로, Au film을 사용하여 상기와 동일한 조건으로 라만 신호를 측정하였다.
도 4는 실시예 1 내지 실시예 4에 대한 라만 스펙트럼을 나타낸 것이다.
이를 참고하면, AAO/Al 템플릿을 이용하여 제조한 금 나노구조체(실시예 1 내지 실시예4)의 라만 신호는 대조군인 Au film과 비교하여 모두 증폭된 것을 확인할 수 있었다.
또한, AAO/Al 템플릿을 이용하여 제조한 금 나노 구조체인 실시예 1 내지 실시예 4 중에서는 실시예 4의 라만 신호 강도가 가장 크게 나타남을 확인할 수 있었다.
이는, 상기 실시예 4에 대한 AFM 및 전자기장 분석 시뮬레이션 결과로 부터 확인할 수 있는 바와 같이 상기 실시예 4는, 상기 실시예 1 내지 실시예 3과 비교하여 보다 작은 기공의 AAO/Al 템플레이트에 의하여 제조됨에 따라 생성되는 나노 구조체들 사이가 더 조밀해져 표면 플라즈모닉 공명 현상이 증대되고 이에 따라 라만 신호 증폭률이 가장 크게 나타나는 것으로 판단된다.
또한, 상기 실시예 1 내지 실시예 3을 통한 금 나노구조체의 형상에 따른 라만 신호 증폭률을 비교하면, Cone(실시예 1)> Embossing(실시예 2)> Wave(실시예 3)의 순으로 나타남을 확인할 수 있었다.
상기 결과로 부터, 금 나노구조체는 형상 및 제조 시 사용되는 AAO/Al 템플레이트의 기공 크기에 따라 표면 플라즈모닉 공명 현상 효율이 달라지는 것으로 판단된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 이해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
Claims (6)
- 다공성 나노 템플레이트를 기판으로 준비하는 제1단계;
상기 기판 상에 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance: SPR)을 나타내는 금속을 증착시키는 제2단계; 및
상기 제2단계 후, 기판을 제거함으로써 금속 나노구조체를 수득하는 제3단계;를 포함하고,
상기 다공성 나노 템플레이트는, 알루미늄 박막층 및 상기 박막층 상부에 형성되는 다공성 양극산화 알루미늄 피막층으로 이루어진 통상의 양극산화 알루미늄(Anodized Aluminum Oxide : AAO) 템플레이트이거나, 상기 양극산화 알루미늄 템플레이트를 에칭하여 양극산화 알루미늄 피막층 또는 알루미늄 박막층이 제거된 템플레이트인 것을 특징으로 하는, 금속 나노구조체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 나노구조체는, 상기 기판이 양극산화 알루미늄 템플레이트인 경우 Cone 형상이고, 상기 기판이 양극산화 알루미늄 템플레이트로부터 양극산화 알루미늄 피막층이 제거된 템플레이트인 경우 Embossing 형상이며, 상기 기판이 양극산화 알루미늄 템플레이트로부터 알루미늄 박막층이 제거된 템플레이트인 경우 Wave 형상인 것을 특징으로 하는, 금속 나노구조체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속은, 금, 은, 동, 알루미늄, 백금, 팔라듐, 니켈, 아연 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 금속 나노구조체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 단계는, 기판의 표면 또는 기공에 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance: SPR)을 나타내는 금속을 열 기상 증착기(thermal evaporation)를 이용하여 0.6 ~ 0.7V 및 85 ~ 109A에서 30 ~ 40분 동안 열처리함으로써 증착시키는 것을 특징으로 하는, 금속 나노구조체의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 나노구조체는 30 ~ 100nm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는, 금속 나노구조체의 제조방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따라 제조되는 금속 나노구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면증강라만산란(SERS; Surface-Enhanced Raman Scattering) 분광용 기판.
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|---|---|---|---|---|
| CN109856116A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-06-07 | 吉林大学 | 一种利用表面增强拉曼散射原位监测化学反应的分级纳米锥阵列及其制备方法 |
| KR20190070124A (ko) * | 2017-12-12 | 2019-06-20 | 충남대학교산학협력단 | 광조사에 의한 플라즈모닉 태양열-수증기 생성용 흡수체의 제조방법 |
| CN113720826A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-30 | 南通大学 | 基于v型腔阵列表面的可控电镀法在制备高灵敏sers基底中的应用 |
| CN114606466A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-06-10 | 北京工业大学 | 一种改善低成本可集成且大规模制备金属纳米颗粒方法 |
| KR20230028831A (ko) * | 2021-08-23 | 2023-03-03 | 한국생산기술연구원 | 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판 |
| KR20230028950A (ko) * | 2021-08-23 | 2023-03-03 | 한국생산기술연구원 | 병원체의 고감도 검출을 위한 분리막 일체형 표면증강라만산란 기판 및 이의 제조방법 |
-
2015
- 2015-12-04 KR KR1020150172672A patent/KR20170066089A/ko unknown
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190070124A (ko) * | 2017-12-12 | 2019-06-20 | 충남대학교산학협력단 | 광조사에 의한 플라즈모닉 태양열-수증기 생성용 흡수체의 제조방법 |
| CN109856116A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-06-07 | 吉林大学 | 一种利用表面增强拉曼散射原位监测化学反应的分级纳米锥阵列及其制备方法 |
| KR20230028831A (ko) * | 2021-08-23 | 2023-03-03 | 한국생산기술연구원 | 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판 |
| KR20230028950A (ko) * | 2021-08-23 | 2023-03-03 | 한국생산기술연구원 | 병원체의 고감도 검출을 위한 분리막 일체형 표면증강라만산란 기판 및 이의 제조방법 |
| CN113720826A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-30 | 南通大学 | 基于v型腔阵列表面的可控电镀法在制备高灵敏sers基底中的应用 |
| CN113720826B (zh) * | 2021-08-30 | 2024-05-10 | 南通大学 | 基于v型腔阵列表面的可控电镀法在制备高灵敏sers基底中的应用 |
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