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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

최현지 (부산대학교, 부산대학교 대학원)

지도교수
윤석영
발행연도
2016
저작권
부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수19

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

초록· 키워드

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표면 증강 라만 산란 (surface-enhanced Raman scattering, SERS)은 단분자 수준의 물질까지 검출이 가능한 고감도 측정 기술로 최근 많은 각광을 받고 있다. 이 SERS 효과에 기초한 검출 기술은 감도가 뛰어나고 여러 개의 시료를 동시에 검출 할 수 있는 장점으로 차세대 분석법으로 많은 연구가 되고 있다. 기존의 라만 산란은 입사된 빛의 에너지가 변하는 비탄성 산란으로 빛을 특정 분자체에 가하면 분자체 고유의 진동전이에 의해 조사된 빛과는 파장이 약간 다른 빛이 발생하는 현상을 일컫는다. 이러한 라만 산란에 기초한 라만 분광학은 분자 고유의 진동 에너지 모드들을 보여줌으로써, 물질의 화학적 성분을 밝혀 낼 수 있다. 하지만 빛을 받아 실제적으로 산란 시키는 라만 산란 효율이 매우 작고 재현성이 낮기 때문에 라만 신호 자체를 검출하는데 큰 어려움이 있다는 단점이 있다.
이러한 문제를 극복할 수 있는 방법 중의 하나로 1974년 Fleishmann 등에 의해 앞서 말한 SERS기술이 보고되었다. 도체인 금속 나노입자에 존재하는 수많은 자유 전자들이 외부에서 빛 에너지를 받았을 때, 국부 표면 플라즈몬 공명 (localized surface plasmon resonance, LSPR) 특성이 나타나 독특한 광학적 성질을 가진다. LSPR은 금속 나노 입자 표면과 공기, 물 등의 유전체 사이에 빛이 입사되면 빛이 가지는 특정 에너지의 전자기장과의 공명으로 인하여 금속 표면의 자유 전자들이 집단적으로 진동하는 현상을 말한다. 입사되는 빛의 진동수와 표면 플라즈몬의 집단 운동의 진동수가 같을 경우, 이 표면 플라즈몬 공명으로 알려진 자유 전자의 집단적 진동을 유도하는 핫스팟 (hot-spot)에서의 강한 전자기장 증강 현상으로 인해 금속 나노입자 표면에 흡착된 분석 물질의 라만 신호를 증폭시킨다고 알려져 있다. 이러한 이유로 금속 나노입자는 높은 SERS 감도를 나타내지만 보통 기판에 부착 시 응집현상이 발생되어 감도가 떨어지거나 불균일한 신호를 얻을 수밖에 없다. 그러므로 기판에 부착된 입자의 응집현상을 제어하려면, 입자의 제조 외에도 추가적으로 나노입자의 고밀도 패킹 및 규칙적인 배열 공정이 필요하며, 이는 비용, 시간 및 노동력이 부가적으로 소요된다. 따라서 본 연구에서는, 효율적인 SERS 측정을 위해 추가공정이 필요하지 않은 센서 기판을 제조하여, 규칙적이고 감도가 높은 측정 성능 향상을 기대하였다.

목차

제 1 장 서 론
제 2 장 이론적 배경
2. 1. 라만 분광법의 원리
2. 2. 표면 플라즈몬 공명 현상(Surface Plasmon Resonance)
2. 3. 표면 증강 라만 산란(Surface-enhanced Raman scattering)
2. 4. 금속-유기 구조체(Metal-organic framework, MOF)
제 3 장 실험방법
3. 1. 실리카 코어 금 위성입자 (SiO2@Au)의 합성 및 응용에 관한 연구
3. 1. 1 SiO2@Au 나노입자의 합성
3. 1. 2. 라만 신호 측정
3. 2. Ag@SiO2@Au 나노입자의 합성 및 응용에 관한 연구
3. 2. 1 Ag@SiO2@Au 나노입자의 합성
3. 2. 2. 라만 신호 측정
3. 3. 금속 나노입자가 고밀도로 분산된 다공성 금속-유기 구조체의 합성 및 응용에 관한 연구
3. 3. 1. ZIF-8 입자의 합성
3. 3. 2. Ag 나노입자의 합성
3. 3. 3. ZIF-8 입자 내부에 Ag 나노입자 도입
3. 3. 4. 흡착량 측정
3. 4. 분석방법
제 4 장 실험결과
4. 1. 실리카 코어 금 위성입자 (SiO2@Au)의 합성 및 응용에 관한 연구
4. 1. 1. SiO2@Au 나노입자 합성 및 구조 분석
4. 1. 2. 반응 시간에 따른 입자 합성
4. 1. 3. Au 입자 크기 별 흡광도 분석 및 라만 증강 분석
4. 1. 4. 라만 신호 검출 한계 (Limit of detection, LOD) 측정
4. 2. Ag@SiO2@Au 나노입자의 합성 및 응용에 관한 연구
4. 2. 1. Ag@SiO2@Au 나노입자 합성 및 구조 분석
4. 2. 2. Au 입자 크기 별 흡광도 분석 및 라만 증강 분석
4. 2. 3. 입자 구조 별 흡광도 분석 및 라만 증강 분석
4. 2. 4. SiO2층 두께 별 흡광도 분석 및 라만 증랑 분석
4. 2. 5. 라만 신호 검출 한계 (Limit of detection, LOD) 측정
4. 3. 금속 나노입자가 고밀도로 분산된 다공성 금속-유기 구조체의 합성 및 응용에 관한 연구
4. 3. 1. Ag@ZIF-8의 합성 및 흡광도 분석
4. 3. 2. Ag@ZIF-8 입자의 결정 및 기공 구조 분석
4. 3. 3. Ag 나노입자의 분산에 따른 흡광도 및 라만 신호 증강
4. 3. 4. 라만 신호 검출 한계 (Limit of detection, LOD) 측정
제 5 장 결론
참고문헌
Abstract
-List of Tables
Table 1. BET values for pure ZIF-8 and Ag@ZIF-8 crystals.
-List of figures
Figure 1. Illustration of Rayleigh and Raman scattering.
Figure 2. Quantum mechanical Raman scattering process.
Figure 3. Schematic diagram of surface plasmon propagating along a metal ? dielectric interface.
Figure 4. Illustration of propagation plasmons (a) and localized surface plasmon resonance(LSPR) (b).
Figure 5. Comprehension of Surface-enhanced Raman spectroscopy using electromagnetic enhancement effect.
Figure 6. Illustration of synthesis and crystal structure of MIL-101.
Figure 7. A schematic illustration of the synthesis of silica-core gold-satellite nanoparticles (SGNPs).
Figure 8. TEM images of as-prepared SGNPs under various reaction conditions: (a) 0, (b) 3, (c) 5, (d) 10 min reduction at 80℃ and prepared by using (f) only glucose solution and (h) only growth solution with seed solution at 80℃ for 10 min.
Figure 9. TEM images of SGNPs prepared by various growth solution concentrations; (a) 1mL, (b) 2.5 mL and (c) 3 mL under the constant amount of glucose. The others synthesized by various amount of reductant (d) 1.5 mL (e) 3 mL of 5 mM glucose solution under the contant amount of growth solution and (f) the nanoparticles prepared with 4mL glucose solution. (g) Their corresponding UV spectra.
Figure 10. SEM images of SERS substrates prepared by using the SGNPs showing maximum absorption peak (λmax) at (a) 577 nm, (b) 607 nm, (c) 636 nm and (d) 663 nm and their corresponding SERS spectra of benzenethiol molecules.
Figure 11. Intensity of the Raman peak at 1507 cm-1 of various concentrated R6G molecules(log C) with or without SGNPs substrates.
Figure 12. Schematic illustration and transmission electron microscope image of the synthesis of Ag@SiO2@Au NPs.
Figure 13. Transmission electron microscope image of Ag@SiO2@Au NPs prepared by various growth solution concentration; (a) seed nanoparticle solution, (b) 3 mL (R1), (c) 6mL (R2), (d) 11 mL (R3) of growth solution under the constant of reductant and (e) their corresponding UV-vis absorbance.
Figure 14. SERS spectra of benzenethiol resulting from Ag NPs, Ag@SiO2, Ag@SiO2,@Au seed and Ag@SiO2,@AuNPs after Au reduction (R1, R2, R3).
Figure 15. Transmission electron microscope image of (a) SiO2@Au NPs, (b) Ag@SiO2@Au NPs prepared by the constant reduction condition, (c) their corresponding UV-vis absorbance.
Figure 16. SERS spectra of benzenethiol resulting from SiO2@Au NPs, Ag@SiO2@Au NPs.
Figure 17. Transmission electron microscope image of Ag@SiO2@Au NPs prepared by (a) 5 nm, (b) 8 nm and (c) 15 nm thickness SiO2 shell with the constant reduction condition and (d) their corresponding UV-vis absorbance.
Figure 18. SERS spectra of benzenethiol resulting from Ag@SiO2@Au NPs prepared by 5 nm, 8 nm and 15 nm thickness SiO2 shell with the constant reduction condition.
Figure 19. SERS intensities at 1507cm-1 as a function of the concentration (log C) of R6G molecules adsorbed from Ag NPs, Ag@SiO2@Au NPs.
Figure 20. Schematic diagram of the fabrication of metal nanoparticles embedded zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) (a) and their transmission electron microscope images; pure ZIF-8 (b) metal NPs embedded ZIF-8 ⓒ.
Figure 21. Transmission electron microscope images of (a) pure ZIF-8, (b) hybrid nanoparticles prepared by encapsulating (b) PVP stabilized AgNP (W-AgNP) (W-Ag@ZIF-8), (c) PVP capped AgNP with free PVP ligands (A-AgNP) (A-Ag@ZIF-8) and (d) their corresponding UV-vis absorbance.
Figure 22. XRD patterns of pure ZIF-8 and ZIF-8 composites incorporated with W-AgNPs and A-AgNPs.
Figure 23. N2 sorption isotherm (a), pore size distribution (b) of pure ZIF-8 and ZIF-8 composites incorporated with W-AgNPs and A-AgNPs.
Figure 24. Transmission electron microscope images of W-Ag@ZIF-8 under different synthetic conditions for the control of spatial distribution of encapsulated AgNPs within ZIF-8. W-Ag@ZIF-8 prepared by changing adding time of Ag NPs and precursor concentrations. (e) Their corresponding UV-vis absorbance.
Figure 25. SERS spectra of Ag NPs with phthalic acid and Ag@ZIF-8 composites adsorbed phthalic acid.
Figure 26. SERS intensities at 1039cm-1 as a function of the concentration (M) of phthalic acid molecules adsorbed from Ag NPs, pure ZIF-8, Ag@ZIF-8.

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