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1. 반도체 나노입자의 UV-vis 분광학적 특성
1.1. 실험 개요
실험 개요는 다음과 같다. 본 실험에서는 CdS 및 ZnS 나노입자를 역미셀 방법으로 합성하고, UV-vis 분광기를 이용하여 합성된 나노입자들의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 이를 통해 나노입자의 크기를 간접적으로 계산하였다.
역미셀 용액 제조 시에는 AOT 계면활성제를 사용하였는데, AOT 분자의 친수성 부분과 소수성 부분의 작용으로 인해 역미셀이 형성된다. 반응 시 산소가 있으면 Cd2+ 농도가 떨어질 수 있으므로, 질소를 20분간 주입하여 산소를 제거하였다.
UV-vis 분광기로 측정한 흡광도 데이터를 바탕으로 tauc plot을 작성하여 나노입자의 band gap 에너지를 구하였고, 이를 이용하여 Brus 방정식으로 나노입자의 크기를 간접적으로 계산하였다.
1.2. CdS와 ZnS 나노입자 합성
CdS와 ZnS 나노입자 합성은 역미셀 방법을 통해 이루어졌다. 역미셀 용액을 제조할 때 AOT 계면활성제를 넣어주었는데, 이는 계면활성제의 친수성 부분과 소수성 부분의 작용으로 역미셀이 만들어지기 때문이다. 이후 질소를 20분간 가해주었는데, 그 이유는 1M Cd(NO3)2·4H2O 용액에 포함된 Cd2+ 농도가 매우 낮아(5×10-4M) 산소가 있을 경우 농도가 떨어질 수 있기 때문이다. 따라서 질소를 가하여 산소를 제거함으로써 Cd2+ 농도를 유지할 수 있었다.
역미셀 용액을 이용하여 CdS와 ZnS 나노입자를 각각 합성하였다. 이때 계면활성제의 친수성 부분과 소수성 부분의 상호작용으로 형성된 역미셀 내부에서 나노입자가 성장하게 된다. 역미셀 용액 제조 시 사용한 계면활성제의 투입량에 따라 w=5와 w=10의 두 종류의 나노입자를 합성하였다.
1.3. UV-vis 흡수 스펙트럼 분석
UV-vis 흡수 스펙트럼 분석은 CdS 및 ZnS 나노입자의 광학적 특성을 파악하는 핵심 부분이다. 실험에서는 UV-vis 분광기를 사용하여 합성된 나노입자들의 흡수 스펙트럼을 측정하였다.
측정된 흡수 스펙트럼을 통해 나노입자들의 특성을 분석할 수 있다. 우선 CdS와 ZnS 나노입자의 흡수 피크 위치를 확인할 수 있는데, 이는 각 물질의 고유한 밴드갭 에너지를 반영한다. CdS 나노입자의 경우 약 450 nm 부근에서, ZnS 나노입자는 약 325 nm 부근에서 강한 흡수 피크가 관찰되었다. 이는 각각 CdS와 ZnS의 벌크 물질 밴드갭 에너지인 2.53 eV와 3.68 eV와 잘 부합한다.
또한 흡수 스펙트럼의 모양과 세기를 통해 나노입자의 크기 분포를 유추할 수 있다. 일반적으로 나노입자의 크기가 작을수록 청색 ...
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