2025. 7. 5. 오전 1:13:45
연세대 노영훈 교수팀, DNA 나노입자로 정밀 암세포 표적 광열치료 플랫폼 제시
출처: 한겨레 ( 한국 / 한국어 )
나노입자
"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
나노입자는 크기가 1~100 나노미터(nm) 범위의 물질로, 벌크 재료와는 다른 특성을 나타낸다. 국제표준화기구(ISO)에서는 세 방향의 외부 크기가 모두 나노미터 단위이고, 가장 긴 축과 가장 짧은 축의 길이 차이가 크지 않은 물체로 정의한다. 나노클러스터, 나노분말, 나노결정 등과 관련되며, 콜로이드와는 다른 개념이다. 나노입자는 1970~80년대 "초미립자"라는 용어로 연구가 시작되었으며, 고대부터 장인들이 활용해왔다. 나노입자는 다양한 형태와 구조를 가지며, 핵 생성과 성장 과정을 통해 합성된다. 이러한 특성으로 인해, 고분자 강화, 액체 특성 조절, 광촉매 반응, 도로 포장, 생의학, 자외선 차단제 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 나노입자는 독특한 특성으로 인해 의학적, 환경적 위험을 제기할 수 있으며, 다양한 특성 분석 방법이 사용된다.
더 읽어볼만한 페이지
2. 정의
나노입자의 크기에 대한 정의는 다양하지만, 일반적으로 크기가 1에서 100 nm 범위인 입자를 가리킨다. 이는 벌크(bulk) 상태의 재료와는 구별되는 새로운 특성이 일반적으로 이 크기 범위에서 나타나기 때문이다. 투명도나 탁도, 한외여과, 안정적인 분산 등 일부 특성의 경우, 500 nm만큼 큰 입자에서도 나노입자의 특징적인 변화가 관찰되기도 한다. 따라서 경우에 따라서는 이처럼 더 넓은 크기 범위까지 나노입자로 간주하기도 한다. IUPAC이나 ISO 등 국제 기구나 학계에서는 보다 엄밀한 정의를 제시하고 있다.
2. 1. 국제 순수 및 응용 화학 연합 (IUPAC)
2012년 생물학적으로 관련된 폴리머에 대한 용어 제안에서 IUPAC은 나노입자를 "크기가 1 × 10−9 m에서 1 × 10−7 m 범위인 임의의 모양의 입자"로 정의하였다. 이는 1nm에서 100nm 사이의 크기를 의미한다. 이 정의는 1997년 IUPAC에서 제시한 정의에서 발전된 것이다.같은 2012년 출판물에서 IUPAC은 두 치수가 100nm 미만인 튜브와 섬유를 포함하도록 용어를 확장하였다.
2. 2. 국제표준화기구 (ISO)
국제표준화기구(ISO)의 기술 명세서 ISO/TS 80004에서는 나노입자를 다음과 같이 정의한다. 나노입자는 세 방향의 외부 크기가 모두 나노미터(nm) 규모인 물체이다. 또한, 가장 긴 축과 가장 짧은 축의 길이 차이가 크지 않아야 하는데, ISO는 일반적으로 이 길이 비율이 3배 미만일 때 유의미한 차이가 없는 것으로 간주한다.2. 3. 일반적인 사용
2012년 생물학적으로 관련된 폴리머에 대한 용어 제안에서 IUPAC은 나노입자를 "크기가 1 × 10−9 m에서 1 × 10−7 m 범위인 임의의 모양의 입자"로 정의하였다. 이 정의는 1997년 IUPAC에서 제시한 정의에서 발전된 것이다. 같은 2012년 출판물에서 IUPAC은 두 치수가 100 nm 미만인 튜브와 섬유를 포함하도록 용어를 확장하였다.국제표준화기구(ISO) 기술 명세서 ISO/TS 80004에 따르면, 나노입자는 모든 세 방향의 외부 크기가 나노미터 크기이며, 가장 긴 축과 가장 짧은 축의 길이 차이가 크지 않은 물체로, 일반적으로 유의미한 차이는 최소 3배 이상의 비율을 의미한다.
나노 크기는 일반적으로 1~100 nm 범위로 이해되는데, 이는 벌크 재료와 구별되는 새로운 특성이 일반적으로 이 크기 범위에서 나타나기 때문이다. 투명도나 탁도, 한외여과, 안정적인 분산 등 일부 특성의 경우, 500 nm만큼 큰 입자에서도 나노입자의 특징적인 상당한 변화가 관찰된다. 따라서 이 용어는 때때로 그 크기 범위까지 확장되기도 한다.
나노클러스터는 적어도 한 차원이 1~10 nm이고 크기 분포가 좁은 나노입자의 응집체이다. 나노분말은 초미세 입자, 나노입자 또는 나노클러스터의 응집체이다. 나노미터 크기의 단결정 또는 단일 자구 초미세 입자는 종종 나노결정이라고 한다.
콜로이드와 나노입자라는 용어는 서로 바꿔 사용할 수 없다. 콜로이드는 한 상의 입자가 다른 상에 분산되거나 현탁된 혼합물이다. 이 용어는 입자가 원자 크기보다 크지만 브라운 운동을 나타낼 만큼 충분히 작은 경우에만 적용되며, 중요한 크기 범위(또는 입자 직경)는 일반적으로 나노미터(10−9 m)에서 마이크로미터(10−6 m)까지이다. 콜로이드는 나노입자보다 큰 입자를 포함할 수 있으며, 나노입자는 분말 또는 고체 매트릭스와 같이 비콜로이드 형태로 존재할 수 있다.
2. 4. 관련 개념
나노입자와 관련된 몇 가지 유사한 개념들이 있으며, 각각의 정의와 차이점은 다음과 같다.- 나노클러스터(Nanoclustereng): 적어도 한 차원이 1nm에서 10nm 사이이고 크기 분포가 좁은 나노입자의 응집체를 의미한다.
- 나노분말(Nanopowdereng): 초미세 입자, 나노입자 또는 나노클러스터가 뭉쳐진 형태의 분말이다.
- 나노결정(Nanocrystaleng): 나노미터 크기를 가진 단결정 또는 단일 자구 초미세 입자를 지칭할 때 사용된다.
콜로이드(Colloideng)와 나노입자는 종종 혼용되기도 하지만, 엄밀히 말하면 다른 개념이다. 콜로이드는 한 상(phase)의 입자가 다른 상에 분산되거나 현탁된 상태의 혼합물을 의미한다. 콜로이드 입자는 원자 크기보다는 크지만 브라운 운동을 나타낼 만큼 충분히 작아야 하며, 일반적으로 그 크기(직경)는 나노미터(10−9 m)에서 마이크로미터(10−6 m) 범위에 해당한다. 따라서 콜로이드는 나노입자보다 더 큰 입자를 포함할 수 있다. 반대로 나노입자는 콜로이드 상태가 아닌 분말 형태나 고체 매트릭스 안에 분산된 형태로도 존재할 수 있으므로, 두 용어는 동일한 의미로 사용될 수 없다.
3. 역사
나노입자는 우주, 지구의 지질학적, 기상학적 과정 등 다양한 자연 현상을 통해 생성되며, 바이러스와 같은 생물학적 형태로도 존재한다. 인류는 고대부터 나노입자의 존재를 인지하지 못한 채 유리나 도자기 제작 등에 이를 활용해왔다. 예를 들어 고대 로마의 리쿠르구스 컵이나 메소포타미아의 금속 광택 도자기는 나노입자를 활용한 대표적인 유물이다.
나노입자에 대한 과학적 접근은 19세기 마이클 패러데이가 1857년 금 나노입자의 광학적 특성을 처음으로 기술하면서 시작되었다. 이후의 연구에서는 금이나 은 박편을 유리 위에 놓고 약 500°C 이하로 가열하면 박막의 연속성이 깨지면서 투과율 증가, 반사율 감소, 전기 저항률 급증 등 나노 크기 물질의 독특한 성질이 나타난다는 점이 밝혀졌다. 20세기 후반에는 미국과 일본을 중심으로 '초미립자(ultrafine particleeng)'라는 이름으로 나노입자에 대한 심도 있는 기초 연구가 진행되었다. 1990년대 미국에서 국가나노기술이니셔티브(National Nanotechnology Initiative)가 추진되면서 '나노입자(nanoparticleeng)'라는 용어가 학계와 산업계 전반에 걸쳐 보편적으로 사용되기 시작했다.
3. 1. 자연 발생
나노입자는 많은 우주론적 과정, 지질학적 과정, 기상학적 과정, 그리고 생물학적 과정을 통해 자연적으로 생성된다. 질량이 아닌 개수로 따졌을 때 상당한 비율의 행성간 먼지는 매년 수천 톤의 비율로 여전히 지구에 떨어지고 있으며, 그 크기는 나노입자 범위에 있다. 그리고 대기 중 먼지 입자들도 마찬가지이다. 많은 바이러스의 직경은 나노입자 범위에 있다.3. 2. 산업화 이전 기술
나노입자는 고대부터 장인들에 의해 사용되었지만, 그 성질에 대해서는 알지 못했다. 유리 제작자와 도공들은 고전 시대에 나노입자를 사용했는데, 대표적인 예로는 고대 로마의 이색성 유리 컵(4세기 CE)과 메소포타미아의 금속 광택 도자기(9세기 CE)가 있다. 특히 금속 광택 도자기는 유리 유약에 분산된 은과 구리 나노입자를 특징으로 한다.3. 3. 19세기
마이클 패러데이는 1857년에 발표한 그의 논문에서 나노미터 크기 금속의 광학적 특성에 대한 최초의 과학적 설명을 제시했다. 이후 연구에서는 금이나 은으로 된 얇은 박편을 유리 위에 놓고 낮은 적색열(약 500°C) 이하의 온도로 가열하면, 금속 박막의 연속성이 깨지면서 주목할 만한 특성 변화가 일어난다는 점을 지적했다. 이 변화로 인해 백색광이 더 자유롭게 투과되고 반사율은 감소하며, 전기 저항률은 매우 크게 증가하는 현상이 관찰되었다.3. 4. 20세기
1970년대와 80년대, 미국에서는 클래스-고란 그란크비스트와 로버트 A. 부르만에 의해, 그리고 일본에서는 ERATO 프로젝트 내에서 나노입자에 대한 최초의 심도 있는 기초 연구가 진행되었다. 이 시기 연구자들은 현재의 나노입자를 "초미립자(ultrafine particle)"라는 용어로 지칭했다.그러나 1990년대 미국에서 국가나노기술이니셔티브(National Nanotechnology Initiative)가 시작되면서 용어 사용에 변화가 생겼다. 이 국가적 규모의 계획을 계기로 "나노입자(nanoparticle)"라는 용어가 학계와 산업계에서 더 보편적으로 사용되기 시작했다. 예를 들어, 과거 초미립자의 크기 분포 연구를 발표했던 연구자가 20년 후 동일한 주제에 대해 발표한 논문에서는 '나노입자'라는 용어를 사용한 것을 볼 수 있다. 이는 나노기술 분야의 발전과 함께 관련 용어 역시 시대에 따라 변화해왔음을 보여주는 사례이다.
4. 형태 및 구조
나노클러스터는 적어도 한 차원이 1nm에서 10nm 사이이고 크기 분포가 좁은 나노입자의 응집체이다. 나노분말은 초미세 입자, 나노입자 또는 나노클러스터의 응집체를 의미한다. 나노미터 크기의 단결정 또는 단일 자구 초미세 입자는 종종 나노결정이라고 불린다.
콜로이드와 나노입자라는 용어는 동일한 의미로 사용되지 않는다. 콜로이드는 한 상의 입자가 다른 상에 분산되거나 현탁된 혼합물을 말한다. 이 용어는 입자가 원자 크기보다 크지만 브라운 운동을 나타낼 만큼 충분히 작은 경우에만 적용되며, 일반적으로 입자 직경이 나노미터(10−9 m)에서 마이크로미터(10−6 m) 범위에 해당한다. 콜로이드는 나노입자보다 큰 입자를 포함할 수 있으며, 나노입자는 분말이나 고체 매트릭스와 같이 비콜로이드 형태로 존재할 수도 있다.
4. 1. 변형
나노입자는 다양한 모양으로 존재하며, 나노구(nanosphere), 나노막대(nanorod), 나노체인(magnetoelastic filament), 십면체 나노입자(Fiveling), 나노별(nanostar), 나노꽃(nanoflower), 나노초(nanoreef), 나노섬모(Whisker (metallurgy)), 나노섬유(nanofiber), 나노상자(nanobox) 등 많은 이름이 붙여져 있다.
나노입자의 모양은 재료의 고유한 결정 습성(crystal habit)에 의해 결정될 수도 있고, 코팅 첨가제에 의한 특정 면의 결정 성장(crystal growth) 억제, 전구체 제조 과정에서의 에멀젼(emulsion) 방울과 미셀(micelle)의 모양, 주변 고체 매트릭스의 기공 모양 등 생성 환경의 영향을 받을 수도 있다. 일부 나노입자 응용 분야에서는 특정 크기 또는 크기 범위뿐만 아니라 특정 모양이 필요하다.
비정질 입자는 일반적으로 미세구조의 등방성(isotropy) 때문에 구형을 취한다.
반고체 및 연성 나노입자가 생산되어 왔다. 반고체 성질의 원형 나노입자는 리포솜이다. 다양한 종류의 리포솜 나노입자가 현재 항암제 및 백신 전달 시스템으로 임상적으로 사용되고 있다.
생체 고분자를 나노 크기의 구성 요소로 분해하는 것은 향상된 생체 적합성 및 생분해성을 가진 나노입자를 생산하는 잠재적인 방법으로 간주된다. 가장 일반적인 예는 목재 펄프로부터 나노셀룰로오스를 생산하는 것이다.[10] 다른 예로는 나노리그닌, 나노키틴 또는 나노전분이 있다.[11]
한쪽은 친수성이고 다른 쪽은 소수성인 나노입자는 자누스 입자라고 하며, 특히 에멀젼을 안정화하는 데 효과적이다. 이들은 물/기름 계면에서 자가 조립될 수 있으며 피커링 안정제 역할을 한다.
N-이소프로필 아크릴아마이드 하이드로겔 코어 쉘로 만들어진 하이드로겔 나노입자는 내부적으로 친화성 미끼로 염색될 수 있다. 이러한 친화성 미끼는 나노입자가 원치 않는 단백질을 분리하고 제거하는 동시에 표적 분석물을 증강시키도록 한다.
5. 핵 생성 및 성장
나노입자 합성은 크게 핵 생성과 성장의 두 단계로 이루어진다. 핵생성은 용액이나 기체 상태의 전구체 물질로부터 매우 작은 고체 입자인 핵(nucleus)이 처음 형성되는 과정을 의미한다. 이렇게 생성된 핵은 이후 주변 물질을 흡수하며 점차 크기가 커지는 성장 단계를 거쳐 최종적인 나노입자로 완성된다.[12]
핵 생성 과정은 최종적으로 만들어지는 나노입자의 크기, 모양, 분포(균일성) 등 중요한 특성을 결정하는 핵심 단계이다.[13] 핵이 어떻게, 얼마나 빨리 생성되는지에 따라 나노입자의 최종 모습이 달라지기 때문에, 핵 생성 방식과 속도를 조절하는 것은 원하는 특성을 가진 나노입자를 합성하는 데 매우 중요하다. 핵 생성은 발생하는 위치에 따라 균일 핵 생성과 불균일 핵 생성으로 나눌 수 있으며, 생성 속도는 입자 크기의 균일성에 직접적인 영향을 미친다.[13]
나노입자의 핵 생성과 성장 과정을 설명하기 위해 여러 이론과 모델이 제시되었다. 초기 이론으로는 고전 핵 생성 이론(CNT)이 있으며, 이를 바탕으로 LaMer는 핵 생성과 초기 성장 단계를 설명하는 모델을 제시했다.[15][16] 또한, 입자 성장 과정에서 나타나는 오스트발트 숙성 현상이나[20], 보다 복잡한 반응 시스템을 설명하기 위한 Finke-Watzky(F-W)의 2단계 자기촉매 모델 등도 중요한 이론으로 연구되고 있다.[14][21] 이러한 핵 생성 및 성장 메커니즘에 대한 깊이 있는 이해는 특정 용도에 맞는 맞춤형 나노입자를 설계하고 합성하는 기술의 기초가 된다.
5. 1. 핵 생성의 영향
핵생성은 나노입자 합성의 기초를 이루며, 초기 핵은 최종 나노입자의 크기와 모양을 결정하는 주형 역할을 한다. 핵 생성 과정은 나노입자의 장기적인 안정성에도 영향을 미친다.[12] 핵 생성은 크게 두 가지 방식으로 나눌 수 있다. 균일 핵 생성은 모상(母相) 전체에 걸쳐 핵이 균일하게 형성되는 경우로 비교적 드물게 나타난다. 반면 불균일 핵 생성은 용기의 표면, 불순물, 기타 결함이 있는 특정 영역에서 핵이 형성되는 경우이다.[13]핵 생성의 속도는 나노입자의 특성에 중요한 영향을 미친다. 핵 생성이 빠르게 일어나면 결정들이 거의 동시에 형성되어 크기가 균일한 단분산성 나노입자를 얻을 가능성이 높아진다. 반대로 핵 생성 속도가 느리면 다양한 시점에서 결정이 생성되어 크기가 제각각인 다분산성 나노입자 집단이 형성될 수 있다. 따라서 핵 생성 속도를 조절하면 나노입자의 크기 분포(분산성)와 상(phase)을 제어하는 데 도움이 된다.[13]
핵 생성은 나노입자의 크기와 최종 모양에도 직접적인 영향을 준다. 고체 입자가 형성되는 초기 단계에서, 입자는 특정 임계 반지름 이상으로 성장해야 안정적으로 존재할 수 있으며, 이 크기에 도달하지 못하면 다시 액체 상태로 용해될 수 있다.[30] 또한, 핵 생성 조건에 따라 구형, 정육면체형, 바늘 모양, 벌레 모양 등 다양한 형태의 나노입자를 만들 수 있다.[31] 이러한 핵 생성 과정은 주로 반응 시간과 온도, 액상의 과포화 정도, 그리고 전체 합성 환경과 같은 요인들에 의해 제어될 수 있다.[32]
나노입자 내에서의 핵 생성 및 성장 과정은 핵 생성 자체, 오스트발트 숙성, 또는 자기촉매 모델과 같은 두 단계 메커니즘으로 설명되기도 한다.[14] 나노입자 형성에 대한 초기 이론 중 하나는 1927년에 제시된 고전 핵 생성 이론(CNT, Classical Nucleation Theory)이다.[15] 1950년, 빅토르 라머(Viktor LaMer)는 CNT를 기반으로 나노입자 성장 모델을 제시했다. 라머 모델은 세 단계로 구성된다. 첫째, 용액 내 자유 단량체 농도가 급격히 증가한다. 둘째, 단량체가 빠르게 핵을 형성하며 입자가 폭발적으로 성장한다. 셋째, 단량체가 입자 표면으로 확산되면서 입자 성장이 조절된다.[16] 이 모델은 핵상의 성장은 자발적으로 일어나지만, 전구체가 핵 표면으로 확산되는 속도에 의해 제한된다는 점을 설명한다. 그러나 라머 모델은 현대의 복잡한 나노입자 합성 시스템에서 관찰되는 핵 생성의 동역학을 완전히 설명하는 데는 한계가 있다는 지적이 있다.[17][18][19]
5. 2. 핵 생성
핵생성은 나노입자 합성의 기초를 이루는 과정이다. 합성 초기에 형성되는 핵은 최종 나노입자의 크기와 모양을 결정하는 주형 역할을 하며, 나노입자의 장기적인 안정성에도 영향을 미친다.[12] 핵 생성은 발생하는 위치에 따라 두 가지로 나뉜다. 균일 핵 생성은 모상(母相) 전체에 걸쳐 핵이 균일하게 형성되는 경우로, 비교적 드물게 일어난다. 반면 불균일 핵 생성은 용기의 표면이나 용액 내 불순물, 기타 결함이 있는 부분에서 주로 발생한다.[13] 핵 생성 속도는 최종 생성물의 특성에 중요한 영향을 미친다. 핵 생성이 빠르게 일어나면 결정들이 거의 동시에 형성되어 크기가 균일한 단분산성 나노입자를 얻을 수 있다. 반대로 핵 생성 속도가 느리면 다양한 크기의 결정들이 만들어져 다분산성 나노입자 집단이 형성될 수 있다. 따라서 핵 생성 과정을 제어함으로써 나노입자의 크기, 분산성 및 상(phase)을 조절하는 것이 가능하다.나노입자가 형성될 때 핵 생성 및 성장 과정은 여러 모델로 설명될 수 있는데,[14] 그중 초기 이론은 1927년에 제시된 고전 핵 생성 이론(Classical Nucleation Theory, CNT)이다.[15] 당시 과학자들은 입자 크기의 변화가 오직 급격한 핵 생성 단계만으로 설명될 수 있다고 생각했다. 이후 1950년, 빅토르 라머(Viktor LaMer)는 CNT를 기반으로 나노입자 성장 모델을 제시했는데, 이를 LaMer 모델이라고 부른다. LaMer 모델은 나노입자 형성을 세 단계로 설명한다.[16]
# 용액 내 단량체(monomer) 농도가 과포화 상태에 도달할 때까지 급격히 증가한다.
# 과포화 상태에 이르면 단량체들이 폭발적으로 핵을 형성한다. (핵 생성 단계)
# 핵 생성이 멈춘 후, 남아있는 단량체가 이미 형성된 핵 표면으로 확산하여 입자가 성장한다. (성장 단계)
LaMer 모델은 핵상의 성장이 자발적으로 일어나지만, 핵 표면으로 전구체(precursor) 물질이 확산하는 속도에 의해 제한된다는 점을 설명한다. 그러나 LaMer 모델은 모든 나노입자 합성 시스템, 특히 현대의 복잡한 시스템에서 관찰되는 핵 생성 동역학을 완벽하게 설명하지는 못한다는 한계가 있다.[17][18][19]
5. 3. 오스트발트 숙성
오스트발트 숙성은 작은 입자가 용해되고 용해된 분자가 큰 입자의 표면에 침착됨으로써 큰 입자가 작은 입자를 희생하여 성장하는 과정이다. 이 과정은 작은 입자가 큰 입자보다 더 높은 표면 에너지를 가지고 있기 때문에 발생한다.[20] 오스트발트 숙성은 나노입자의 크기 분포를 불균일하게 만들고 원하는 특성을 해칠 수 있으므로, 나노입자 합성 과정에서는 일반적으로 바람직하지 않은 현상으로 간주된다.5. 4. 2단계 메커니즘 - 자가촉매 모델
나노입자 내에서의 핵생성 및 성장 과정은 핵 생성, 오스트발트 숙성 또는 두 단계 메커니즘-자기촉매 모델로 설명할 수 있다.[14]1997년, Finke와 Watzky는 나노입자의 핵생성 및 성장을 위한 새로운 속도론적 모델을 제안했다. 이 2단계 모델은 과포화 상태에서 멀리 떨어진 곳에서 일정한 느린 핵생성이 일어난 후, 나노입자의 분산도가 크게 결정되는 자기촉매 성장이 뒤따른다는 것을 시사했다. 이 Finke-Watzky(F-W) 2단계 모델은 크기, 모양 및 분산도 제어에 중점을 둔 나노입자 설계에 대한 보다 확실한 기전적 기반을 제공한다.[21] [22]
이 모델은 2004년부터 2008년 사이에 3단계 및 두 가지 4단계 모델로 확장되었다. 여기서, 두 개의 더 작은 입자가 모여 더 큰 입자를 형성할 수 있는 작은 입자 응집을 설명하기 위해 추가 단계가 포함되었다.[23] 다음으로, 작은 입자가 더 큰 입자와 응집되는 것을 설명하기 위해 네 번째 단계(또 다른 자기촉매 단계)가 추가되었다.[24][25][26] 마지막으로 2014년에는 큰 입자에서 원자 수준의 표면 성장을 설명하는 대안적인 네 번째 단계가 고려되었다.[27]
5. 5. 핵 생성 속도 측정
고전 핵 생성 이론에서는 핵 생성 속도가 구동력에 해당한다고 설명한다.[28] 핵 생성 속도를 측정하는 방법에는 다음과 같은 것들이 있다.- 유도 시간 방법: 핵 생성은 확률적으로 일어나는데, 이 특성을 이용하는 방법이다. 일정한 과포화 상태에서 결정이 처음 감지되기까지 걸리는 시간, 즉 유도 시간을 분석하여 핵 생성 속도를 결정한다.[28]
- 확률 분포 모델: 과냉각 상태의 액체를 연구할 때 사용하는 방법과 비슷하다. 특정 시간 안에 적어도 하나의 핵이 발견될 확률을 계산하여 핵 생성 속도를 알아낸다.
- 다중 스케일 계산 모델링: 2019년 기준으로, 핵 생성의 초기 단계와 관련 속도를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 모델링하는 방법이다. 여기에는 개선된 동역학 속도 방정식 모델이나 상장 이론을 이용한 밀도 함수 연구 등이 포함된다.[29]
6. 특성
나노입자를 기존 제품에 첨가하면 얇은 층을 형성하면서 여러 가지 특성을 나타내는데, 이 특성을 이용해 기존 제품의 성능을 향상시키거나 새로운 기능을 부여할 수 있다. 예를 들어, 나노 입자를 입힌 마루는 잘 긁히지 않고, 주방 용품이나 화장실 타일 등에 입히면 얼룩이나 긁힘이 잘 생기지 않는다. 많은 제품들이 은나노 입자를 사용했다고 홍보하는 이유도 여기에 있다. 은 나노 입자는 항균성을 가지고 있어 제품 표면에 코팅하면 곰팡이 번식을 억제하는 효과를 낸다. 이처럼 나노미터 크기 단위의 미립자가 가지는 특이한 물리적, 화학적 성질을 이해하면 매우 다양한 분야에 응용할 수 있다.[69]
최근에는 컴퓨터 저장 매체의 기억 용량을 현재의 10배 이상으로 늘릴 수 있는 나노슈퍼구조체가 개발되었다. 3차원 네트워크 나노 슈퍼구조체는 1mm3 안에 100조 개의 자성 나노입자가 집적되어 있어 차세대 초고집적 저장 매체로 응용될 가능성을 보여준다. 나노 슈퍼 구조체는 일반 나노 입자에 비해 약 25배 증폭된 자기적 성질을 나타내는 특성이 있다. 이를 하드 디스크에 적용하면 손목시계 크기의 메모리에 신문 1,280장, 600메가바이트 용량의 영화 2,700편, 500쪽짜리 책 100만 권 분량의 정보를 담을 수 있을 것으로 기대된다. 나노 슈퍼구조체는 자성 메모리 매체뿐 아니라 광메모리 분야, 자성 반도체 트랜지스터 소재, MRI 조영제 개발 등에도 응용될 수 있다.
나노입자는 크기와 구조에 따라 다양하게 불린다. 나노클러스터는 적어도 한 차원이 1~10 나노미터이고 크기 분포가 좁은 나노입자의 응집체이며, 나노분말은 이러한 초미세 입자, 나노입자 또는 나노클러스터의 응집체를 의미한다. 나노미터 크기의 단결정 또는 단일 자구 초미세 입자는 나노결정이라고도 한다.
콜로이드와 나노입자라는 용어는 서로 바꿔 사용할 수 없다. 콜로이드는 한 상(phase)의 입자가 다른 상에 분산되거나 현탁된 혼합물을 의미한다. 이 용어는 입자가 원자 크기보다는 크지만 브라운 운동을 나타낼 만큼 충분히 작은 경우에만 적용되며, 중요한 크기 범위(또는 입자 직경)는 일반적으로 나노미터(10−9 m)에서 마이크로미터(10−6 m)까지이다. 콜로이드는 나노입자보다 큰 입자를 포함할 수 있으며, 나노입자는 분말 형태나 고체 매트릭스 안에 분산된 형태 등 비(非)콜로이드 형태로도 존재할 수 있다.
나노입자는 매우 다양한 모양으로 존재한다. 구형의 나노구(nanosphere), 막대 모양의 나노막대(nanorod), 사슬처럼 연결된 나노체인(magnetoelastic filament), 오각쌍뿔 구조의 십면체 나노입자(Fiveling), 별 모양의 나노별(nanostar), 꽃 모양의 나노꽃(nanoflower), 산호초 모양의 나노초(nanoreef), 수염 모양의 나노섬모(Whisker (metallurgy)), 섬유 형태의 나노섬유(nanofiber), 상자 모양의 나노상자(nanobox) 등이 그 예이다.
나노입자의 모양은 재료 고유의 결정 습성(crystal habit)에 의해 결정되기도 하고, 합성 과정에서 특정 결정면의 결정 성장(crystal growth)을 억제하는 코팅 첨가제의 사용, 전구체 제조 시 형성되는 에멀젼(emulsion) 방울이나 미셀(micelle)의 모양, 또는 나노입자가 생성되는 주변 고체 매트릭스의 기공 모양 등 생성 환경의 영향을 받아 결정될 수도 있다. 일부 나노입자 응용 분야에서는 특정 크기 또는 크기 범위뿐만 아니라 특정한 모양이 요구되기도 한다.
비정질 입자는 일반적으로 미세구조가 등방성(isotropy)을 가지므로 구형을 띤다. 반고체 및 연성 나노입자도 생산되고 있는데, 대표적인 예로 반고체 성질의 원형 나노입자인 리포솜이 있다. 다양한 종류의 리포솜 나노입자는 현재 항암제 및 백신 전달 시스템으로 임상적으로 사용되고 있다.
생체 고분자를 나노 크기의 구성 요소로 분해하여 나노입자를 만드는 방법은 생체 적합성과 생분해성을 향상시키는 잠재적인 방법으로 주목받고 있다. 가장 흔한 예는 목재 펄프로부터 나노셀룰로오스를 생산하는 것이다.[10] 다른 예로는 나노리그닌, 나노키틴, 나노전분 등이 있다.[11]
한쪽은 친수성이고 다른 쪽은 소수성인 성질을 동시에 갖는 나노입자는 자누스 입자라고 하며, 특히 에멀젼을 안정화하는 데 효과적이다. 이들은 물과 기름의 계면에서 자가 조립되어 피커링 안정제 역할을 할 수 있다.
N-이소프로필 아크릴아마이드 하이드로겔 코어-쉘 구조로 만들어진 하이드로겔 나노입자는 내부에 특정 분자(친화성 미끼)를 넣어 염색할 수 있다. 이러한 친화성 미끼는 나노입자가 원치 않는 단백질을 분리하고 제거하는 동시에 분석하고자 하는 표적 물질을 증강시키는 역할을 한다.
나노입자 형태의 물질은 벌크(bulk) 상태의 물질과는 매우 다른 특성을 보인다. 이러한 차이는 주로 원자보다 작은 입자들(전자, 양성자, 광자 등)이 나노미터 크기의 좁은 공간에 갇히는 효과(공간적 제한)와 이들 입자 주변의 전기장 변화에서 비롯된다. 또한, 부피에 비해 표면적이 매우 넓어지는 큰 표면적 대 부피 비율도 나노입자의 독특한 특성을 결정하는 중요한 요인이다.[9] 이러한 근본적인 차이점들은 나노입자의 기계적, 전기적, 자기적, 광학적, 열적 성질 등 다양한 특성에 영향을 미치며, 이는 각각의 하위 섹션에서 더 자세히 설명된다.
6. 1. 특성 제어
핵생성은 나노입자 합성의 기초를 이루며, 초기 핵 생성 단계는 최종 나노입자의 특성에 큰 영향을 미친다. 생성된 초기 핵은 나노입자 자체의 주형 역할을 하여 최종 크기와 모양을 결정하고, 장기적인 안정성에도 영향을 준다.[12]핵 생성은 특히 나노입자의 크기 결정에 매우 중요하다. 고체가 형성되는 초기 단계에서 입자가 특정 임계 반지름 이상으로 커지지 않으면, 다시 액체 상태로 용해될 수 있다.[30] 또한, 구형, 정육면체형, 바늘 모양, 벌레 모양 등 나노입자의 최종적인 형태 역시 핵 생성 단계에서 결정된다.[31]
핵 생성 방식은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 균일 핵 생성은 핵이 모상(母相, parent phase) 전체에 걸쳐 균일하게 형성되는 경우로, 실제로는 비교적 드물게 발생한다. 반면 불균일 핵 생성은 용기의 표면, 불순물 입자, 또는 기타 결함이 있는 특정 지점에서 우선적으로 핵이 형성되는 방식이다.[13]
핵 생성 속도는 최종적으로 얻어지는 나노입자 집단의 특성을 좌우한다. 핵 생성이 빠르게 진행되면 많은 결정 핵이 거의 동시에 형성되어 크기가 균일한 단분산성(monodisperse) 나노입자 집단을 얻을 가능성이 높아진다. 반대로 핵 생성 속도가 느리면 핵 생성 시점이 제각각 달라져 다양한 크기의 입자가 섞인 다분산성(polydisperse) 집단이 형성될 수 있다. 따라서 핵 생성 과정을 제어하면 나노입자의 크기, 크기 분포(분산성), 결정 구조(상) 등을 원하는 대로 조절하는 것이 가능하다.[13] 이러한 핵 생성 과정은 주로 반응 시간과 온도, 용액 내 전구체의 농도(과포화도), 그리고 전체적인 합성 환경 조건 등을 조절하여 제어할 수 있다.[32]
나노입자가 형성될 때 핵이 만들어지고 성장하는 전체 과정은 단순 핵 생성 이론, 오스트발트 숙성 과정, 또는 핵 생성과 성장이 결합된 두 단계 메커니즘(자기촉매 모델 등)으로 설명되기도 한다.[14]
6. 2. 큰 표면적 대 부피 비율
나노입자 형태의 물질은 마이크로미터 크기로 나누어진 경우에도 벌크 물질의 특성과는 매우 다르다. 이러한 차이는 여러 요인에서 비롯되는데, 특히 나노입자의 큰 표면적 대 부피 비율이 중요한 역할을 한다.[9] 부피에 비해 표면적이 상대적으로 매우 넓어지기 때문에, 표면에서 일어나는 현상들이 물질 전체의 특성에 큰 영향을 미치게 된다.또한, 이러한 차이는 원자보다 작은 입자들(전자, 양성자, 광자 등)의 공간적 제한과 이들 입자 주변의 전기장에서도 기인한다.
나노입자가 다른 물질(매질) 속에 분산되어 있을 때는 각 입자 표면 근처에 있는 매질의 이온이나 분자들이 계면층을 형성한다. 이 계면층은 나노입자 고유의 화학적, 물리적 특성을 가리거나 변화시킬 수 있으며, 사실상 나노입자의 일부로 간주될 수 있을 정도로 중요한 영향을 미친다. 큰 표면적 때문에 계면층의 영향력은 더욱 커진다.
6. 3. 계면층
서로 다른 매질에 나노입자가 흩어져 있을 때, 각 입자 표면 주변에는 매질의 이온이나 분자들이 달라붙어 얇은 층을 형성하는데, 이를 계면층이라고 한다. 이 계면층은 원자 몇 개 정도의 두께로 매우 얇지만, 나노입자 본래의 화학적, 물리적 특성을 가리거나 변화시킬 수 있다. 따라서 계면층은 사실상 나노입자의 일부로 여겨지기도 한다.나노입자가 용매 속에서 가라앉거나 뜨지 않고 현탁액 상태를 유지할 수 있는 것도 입자 표면과 용매 사이의 강한 상호작용 덕분인데, 이는 계면층의 형성과 밀접한 관련이 있다. 이러한 상호작용이 없다면 밀도 차이 때문에 입자는 가라앉거나 뜨게 된다.
6. 4. 용매 친화도
나노입자의 현탁액은 입자 표면과 용매 사이의 상호작용이 강하기 때문에 안정적으로 존재할 수 있다. 이러한 상호작용은 나노입자와 용매 간의 밀도 차이를 극복하게 만들어, 입자가 가라앉거나 뜨는 것을 방지한다.
나노입자가 특정 용매와 같은 매질에 분산될 때, 입자 표면 근처의 매질(용매)을 구성하는 이온이나 분자들이 계면층을 형성한다. 이 계면층은 나노입자 본래의 화학적, 물리적 특성을 가리거나 변화시킬 수 있으며, 사실상 나노입자의 일부로 간주될 수 있다.
또한, 나노입자는 종종 표면에 다른 물질로 코팅되기도 한다. 이 코팅은 비록 분자 한 층 두께일지라도 나노입자의 화학 반응성, 촉매 활성, 그리고 현탁액에서의 안정성과 같은 특성을 크게 바꿀 수 있다.
6. 5. 코팅
나노입자는 종종 입자의 재료와 주변 환경과는 다른 물질로 코팅되거나 코팅을 형성한다. 이러한 코팅은 단일 분자 두께처럼 매우 얇더라도 나노입자의 화학 반응성, 촉매 활성, 현탁액에서의 안정성 등과 같은 특성을 근본적으로 바꿀 수 있다.나노입자를 기존 제품 표면에 코팅하면 여러 유용한 특성을 부여할 수 있다. 예를 들어, 나노입자로 코팅된 마루는 긁힘에 강해지고, 주방 용품이나 화장실 타일은 얼룩이나 긁힘이 잘 생기지 않게 된다.[69] 은나노 입자 코팅은 항균성을 부여하여 곰팡이 번식을 억제하는 효과가 있어 다양한 제품에 활용된다.[69]
특수한 예로, N-이소프로필 아크릴아마이드 하이드로겔 코어 쉘 구조의 나노입자는 내부에 특정 물질(친화성 미끼)을 넣어 염색할 수 있다. 이를 통해 원치 않는 단백질을 분리 및 제거하면서 동시에 분석하고자 하는 표적 물질을 강화하는 데 사용될 수 있다.
6. 6. 표면 확산
나노입자 형태의 물질은 마이크로미터 크기로 나누어진 경우에도 벌크 물질의 특성과는 매우 다르다. 이러한 차이는 주로 원자보다 작은 입자(전자, 양성자, 광자 등)의 공간적 제한과 이들 입자 주변의 전기장에서 비롯된다. 또한, 큰 표면적 대 부피 비율도 나노입자의 특성에 중요한 영향을 미치는 요소이다.[9]높은 표면적 덕분에 나노입자 형태의 물질에서는 열, 분자, 이온 등이 매우 빠른 속도로 입자 안팎으로 확산될 수 있다. 작은 입자 직경은 또한 전체 물질이 확산과 관련하여 매우 짧은 시간 안에 균일한 평형 상태에 도달하도록 돕는다. 이러한 특성 때문에 소결과 같이 확산에 의존하는 많은 공정이 더 낮은 온도와 더 짧은 시간 내에 일어날 수 있으며, 이는 촉매 작용 등에서 중요한 이점으로 작용할 수 있다.
6. 7. 강자성 및 강유전성 효과
나노입자의 작은 크기는 자기적 및 전기적 특성에 영향을 미친다. 마이크로미터 범위의 강자성체 입자는 자화 상태의 안정성 덕분에 자기 기록 매체에 널리 사용된다. 그러나 이러한 입자도 크기가 10nm보다 작으면 불안정하며, 상온에서 열에너지의 영향으로 자화 상태가 변하거나 반전될 수 있으므로 해당 용도에는 적합하지 않다.6. 8. 기계적 성질
나노입자 형태의 물질은 마이크로미터 크기로 나누어진 경우에도 벌크 물질의 특성과는 매우 다른 기계적 성질을 보인다. 이러한 차이는 주로 원자보다 작은 입자(전자, 양성자, 광자 등)의 공간적 제한과 이들 주변의 전기장 효과, 그리고 큰 표면적 대 부피 비율 때문이다.[9]나노결정에서는 공공 농도가 감소하여 전위의 이동에 부정적인 영향을 미칠 수 있는데, 이는 전위의 상승 과정에 공공의 이동이 필요하기 때문이다. 또한, 곡률 반지름이 작은 나노입자는 표면 응력으로 인해 매우 높은 내부 압력을 가지게 된다.[33] 이 압력은 입자 크기에 반비례하는 격자 변형을 유발하며,[34] 이는 재료의 가공 경화에서처럼 전위의 이동을 방해하는 것으로 알려져 있다.[35] 예를 들어, 금 나노입자는 벌크 금보다 상당히 단단하다.[36] 더 나아가, 나노입자의 높은 표면적 대 부피 비율은 전위가 입자 표면과 상호 작용할 가능성을 높인다. 이는 전위원의 특성에 영향을 미치고, 전위가 증식되기 전에 입자에서 빠져나갈 수 있게 하여 전위 밀도와 그에 따른 소성 변형의 정도를 감소시킨다.[37][38]
나노 스케일에서 기계적 특성을 측정하는 데에는 고유한 어려움이 따른다. 만능 재료 시험기와 같은 기존의 방법을 사용할 수 없기 때문이다. 이에 따라 나노 압입과 같은 새로운 기술이 개발되어 기존의 전자 현미경 및 주사 탐침 현미경 방법을 보완하고 있다.[39] 원자간력 현미경(AFM)을 사용하여 나노 압입을 수행하면 경도, 탄성 계수, 그리고 나노입자와 기판 사이의 접착력을 측정할 수 있다.[40] 입자 변형은 시료 위에 놓인 캔틸레버 팁의 처짐으로 측정하며, 결과적으로 얻어지는 힘-변위 곡선을 사용하여 탄성 계수를 계산할 수 있다.[41] 그러나 AFM으로 측정한 나노입자의 탄성 계수에 입자 크기와 압입 깊이가 영향을 미치는지 여부는 아직 불분명하다.[41]
접착력과 마찰력은 나노 제작, 윤활, 장치 설계, 콜로이드 안정화 및 약물 전달 등 다양한 분야에서 중요한 고려 사항이다.[40] 주변 환경 조건에서는 모세관력이 접착력에 대한 주요 기여 요인이 된다.[42] AFM 팁을 나노입자로 간주하여 캔틸레버 처짐으로부터 접착력과 마찰력을 얻을 수 있지만, 이 방법은 팁의 재료와 기하학적 모양에 의해 제한된다.[43] 콜로이드 프로브 기법은 AFM 팁에 나노입자를 부착하여 크기, 모양 및 재료를 제어함으로써 이러한 문제를 해결하려 하지만,[44] 1 마이크로미터보다 작은 단일 나노입자를 AFM 힘 센서에 부착하는 것은 여전히 어려운 과제이다.[44]
또 다른 기술로는 ''in situ'' TEM이 있으며, 이는 외부 자극에 대한 나노 구조의 반응을 실시간으로 고해상도 이미징하여 제공한다. 예를 들어, TEM의 ''in situ'' 힘 프로브 홀더를 사용하여 쌍정 나노입자를 압축하고 항복 강도를 특성화한 연구가 있다.[45] 일반적으로 나노입자의 기계적 특성 측정은 나노입자의 균일한 분산, 하중의 정확한 적용, 최소한의 입자 변형, 적절한 보정 및 계산 모델을 포함한 많은 요인의 영향을 받는다.[40]
벌크 재료와 마찬가지로 나노입자의 특성은 재료에 따라 다르다. 구형 고분자 나노입자의 경우, 유리 전이 온도와 결정도가 변형에 영향을 미치고 벌크 재료와 비교할 때 탄성 계수를 변화시킬 수 있다.[40] 그러나 탄성 계수의 크기 의존적 거동이 모든 고분자 나노입자에 걸쳐 일반화될 수 있는 것은 아니다.[40] 결정질 금속 나노입자의 경우, 전위가 나노입자의 기계적 특성에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌는데, 이는 전위가 결정질 나노입자에는 존재하지 않는다는 기존의 견해와는 모순된다.[40]
6. 9. 녹는점 감소
나노입자 형태의 물질은 벌크(bulk) 형태일 때보다 녹는점이 낮아지는 경향을 보인다. 예를 들어, 크기가 2.5nm인 금 나노입자는 약 300°C에서 녹지만, 벌크 상태의 금은 1064°C에서 녹는다.6. 10. 양자역학 효과
나노입자 형태의 물질은 마이크로미터 크기로 나누어진 경우에도 벌크 물질의 특성과는 매우 다르다. 이러한 차이는 주로 원자보다 작은 입자(전자, 양성자, 광자 등)의 공간적 제한과 이들 입자 주변의 전기장 때문에 발생한다. 또한, 큰 표면적 대 부피 비율도 중요한 요인이다.[9]양자역학 효과는 나노 크기의 물체에서 뚜렷하게 나타난다. 여기에는 반도체 입자의 양자 구속, 일부 금속 입자의 국소 표면 플라즈몬, 그리고 자성체의 초상자성 등이 포함된다. 양자점은 일반적으로 10nm 이하 크기의 반도체 나노입자로, 양자화된 전자 에너지 준위를 갖는다.
양자 효과는 금 또는 실리콘 나노분말 및 나노입자 현탁액이 짙은 붉은색에서 검은색을 띠는 원인이 된다. 태양 복사 흡수는 연속적인 박막 재료보다 나노입자로 구성된 재료에서 훨씬 높게 나타난다. 태양광 발전(PV) 및 태양열 에너지 응용 분야 모두에서 입자의 크기, 모양, 재료를 조절하여 태양 흡수를 제어할 수 있다.
코어-쉘(core-shell) 구조의 나노입자는 전기 공명과 자기 공명을 동시에 가질 수 있으며, 공명을 적절히 설계하면 일반 금속 나노입자와 비교하여 완전히 새로운 특성을 나타낸다. 두 가지 다른 금속으로 코어-쉘 구조를 만들면 코어와 쉘 사이의 에너지 교환이 가능해지는데, 이는 주로 상향 변환(upconversion) 및 하향 변환(downconversion) 나노입자에서 관찰되며 방출 파장 스펙트럼의 변화를 일으킨다. 유전체 층을 도입한 플라즈모닉 코어(금속)-쉘(유전체) 나노입자는 산란을 증가시켜 광 흡수를 향상시킨다. 최근에는 금속 코어-유전체 쉘 나노입자가 태양전지 앞에 위치할 때, 실리콘 기판에서 향상된 전방 산란을 가지면서 후방 산란은 거의 없는(영(0) 후방 산란) 특성을 보이는 것이 확인되었다.
6. 11. 규칙적인 패킹
크기가 충분히 균일한 나노입자는 자발적으로 규칙적인 배열을 이루어 콜로이드 결정을 형성할 수 있다. 이러한 배열은 광결정에서 관찰되는 것과 같은 독특한 물리적 특성을 나타낼 수 있다.7. 생산
인공 나노입자는 금속, 유전체, 반도체를 포함한 모든 고체 또는 액체 물질로 만들 수 있다. 나노입자는 내부적으로 균질하거나 불균질할 수 있으며, 예를 들어 코어-쉘 구조를 가질 수 있다.[46]
나노입자를 생성하는 방법에는 기체 응축, 마모, 화학적 침전, 이온 주입, 열분해, 수열 합성 및 생물학적 합성 등 여러 가지가 있다.[47]
7. 1. 기계적 방법
나노입자를 만드는 방법 중 하나로 기계적인 힘을 이용하는 방식이 있다. 여기에는 재료를 마모시키는 방법[47]이나 더 작은 크기로 부수는 분쇄법 등이 포함된다.[48][49][50]7. 1. 1. 분쇄법
쉽게 부서지는 거시적 또는 미시적 규모의 고체 재료 덩어리를 기계적인 힘으로 잘게 부수어 나노미터 크기로 만드는 방법이다. 주로 ball mill|볼밀eng, planetary ball mill|행성 볼밀eng 또는 jet mill|제트밀eng과 같은 분쇄 장비를 사용하여 나노미터 크기 범위의 입자가 충분히 생성될 때까지 분쇄한다.[48][49][50] 이 방식은 비교적 초기부터 사용되어 왔지만 몇 가지 한계점을 가지고 있다.우선, 원하는 나노입자를 얻는 양, 즉 수율이 낮다. 또한, 분쇄 과정에서 가해지는 강한 힘 때문에 재료 본래의 성질이 변형될 수 있어 모든 재료에 적용하기는 어렵다. 만들어지는 입자의 크기도 균일하지 않아서, 원하는 크기의 나노입자만을 선별하는 분급(classification) 공정이 추가로 필요하다는 단점이 있다. 분쇄 후 생성된 분말에서는 air classification|공기 분류eng 등의 방법을 사용하여 나노입자를 분리 및 추출할 수 있다.[48][49][50]
7. 2. 생체 고분자 분해
생체 고분자를 나노 크기의 구성 요소로 분해하여 나노입자를 만드는 것은 생체 적합성과 생분해성이 향상된 나노입자를 생산하는 잠재적인 방법으로 여겨진다. 가장 흔한 예로는 목재 펄프에서 나노셀룰로오스를 만드는 것이 있다.[10] 이 외에도 리그닌으로 나노리그닌, 키틴으로 나노키틴, 전분으로 나노전분 등을 만들 수 있다.[11]셀룰로오스, 리그닌, 키틴, 전분(녹말)과 같은 생체 고분자는 개별 나노미터 크기의 구성 요소로 분해되어, 비등방성 섬유나 바늘 모양의 나노입자를 얻을 수 있다. 생체 고분자를 분해하는 방법으로는 화학적 산화나 효소 처리를 병행한 기계적 분해 방법, 또는 산을 이용한 가수분해 방법 등이 사용된다.
7. 3. 열분해
기체(예: 메탄) 또는 에어로졸과 같은 적절한 전구체 물질을 연소시키거나 열분해하여 고체 상태의 나노입자로 만드는 방법이다. 이는 탄화수소나 다른 유기 증기를 태워 그을음을 생성하는 과정과 원리가 유사하다.다만, 일반적인 열분해 방식은 원하는 단일 나노입자보다는 입자들이 서로 뭉쳐진 응집체나 응괴체를 형성하는 경우가 많다는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 전구체 액체를 고압 상태에서 작은 구멍(오리피스)을 통해 강하게 분사하는 초음파 노즐 분무 열분해와 같은 개선된 방법이 사용되기도 한다.
7. 4. 플라즈마 응축
순수한 금속, 산화물, 탄화물, 및 질화물[51] 나노입자는 열 플라즈마를 이용하여 고체 전구체를 기화시킨 후, 적절한 기체 또는 액체에서 팽창시키거나 급랭하여 증기를 응축시키는 방식으로 생성할 수 있다. 이때 사용되는 플라즈마는 직류 제트, 아크 방전, 또는 고주파(RF) 유도 방식으로 생성될 수 있다. 열 플라즈마는 10,000 K에 달하는 매우 높은 온도를 가지므로, 끓는점이 매우 높은 물질이라도 나노 분말 형태로 합성하는 것이 가능하다. 금속 와이어의 경우, 폭발선법을 이용하여 기화시킬 수도 있다.고주파(RF) 유도 플라즈마 토치는 유도 코일이 만드는 전자기장을 통해 플라즈마에 에너지를 전달하는 방식이다. 이 방식은 플라즈마 기체가 전극에 직접 닿지 않기 때문에 오염 가능성이 적고, 불활성, 환원성, 산화성 기체뿐만 아니라 부식성이 있는 기체 환경에서도 플라즈마 토치를 작동시킬 수 있다는 장점이 있다. 작동 주파수는 일반적으로 200 kHz에서 40 MHz 사이이다. 실험실 규모의 장비는 약 30~50 kW의 전력으로 작동하며, 대규모 산업용 장비는 최대 1 MW 수준의 전력으로 시험 운용된 바 있다. 다만, 플라즈마 내부에 주입된 원료 입자가 머무르는 시간이 매우 짧기 때문에, 입자를 완전히 증발시키려면 충분히 작은 크기의 입자를 사용해야 한다.
7. 5. 불활성 기체 응축
불활성 기체 증착은 금속 나노입자를 생산하는 데 자주 사용되는 방법이다. 이 방식은 진공 챔버 내부에 소량의 불활성 기체를 채우고 금속을 증발시키는 과정을 포함한다. 이렇게 생성된 과포화 상태의 금속 증기가 응축되면서 나노미터 크기의 입자가 만들어진다. 이 입자들은 불활성 기체 흐름을 따라 이동하여 특정 기판에 증착되거나 현장에서 연구될 수 있다.초기 연구에서는 주로 열 증발 방식에 기반을 두었다. 하지만 금속 증기를 생성하기 위해 마그네트론 스퍼터링 기법을 사용하면 더 높은 수율을 달성할 수 있다. 이 방법은 사용하는 금속 타겟을 적절히 선택하여 합금 나노입자를 만드는 데 쉽게 적용될 수 있다. 또한, 생성된 입자가 다른 종류의 금속 증기를 통과하도록 하는 순차적 성장 방식을 이용하면, 코어-쉘(CS) 구조의 나노입자 성장이 가능하다.[46]
7. 6. 방사선 분해법
나노입자는 방사선 화학을 이용하여 생성할 수도 있다. 감마선으로부터의 방사선 분해는 용액 내에서 강한 활성 라디칼을 생성한다. 이 비교적 간단한 기술은 최소한의 화학 물질을 사용하며, 여기에는 물, 수용성 금속염, 라디칼 스캐빈저(종종 2차 알코올), 계면활성제(유기 캡핑제)가 포함된다. 이 방법을 사용하기 위해서는 104 그레이 정도의 높은 감마선량이 필요하다.방사선 분해 과정에서 환원 라디칼은 금속 이온을 0가 상태로 환원시킨다. 동시에 스캐빈저 화학 물질은 산화 라디칼과 우선적으로 반응하여 금속이 다시 산화되는 것을 막는다. 0가 상태가 된 금속 원자들은 서로 뭉쳐 나노입자를 형성하게 된다. 이때 화학적 계면활성제가 입자 형성 과정에서 입자 표면을 둘러싸 성장을 조절하는 역할을 한다. 계면활성제가 충분한 농도로 존재하면, 분자들이 입자에 달라붙어 입자가 분해되거나 다른 입자들과 뭉치는 것을 방지한다. 방사선 분해법은 전구체 농도와 감마선량을 조절하여 생성되는 나노입자의 크기와 모양을 제어할 수 있다는 장점이 있다.
7. 7. 습식 화학
나노입자를 생성하는 방법 중 하나는 용액 화학에서 적절한 화합물 용액을 섞거나 다른 방식으로 처리하여 원하는 물질의 불용성 침전물을 형성하는 "습식" 화학 공정이다.[47] 이렇게 생성되는 나노입자의 크기는 시약의 농도와 용액의 온도를 조절하고, 액체의 점도와 확산 속도에 영향을 미치는 적절한 불활성 물질을 첨가하여 제어할 수 있다. 동일한 공정이라도 조건을 다르게 하면 에어로젤이나 다른 다공성 네트워크와 같은 다양한 나노 구조를 만들 수도 있다.이렇게 만들어진 나노입자는 증발, 침강, 원심 분리, 세척, 여과 등의 방법을 조합하여 용매나 반응 부산물로부터 분리한다. 또는 나노입자를 특정 고체 기판 표면에 증착해야 할 경우, 초기 용액을 기판에 담그거나 스핀 코팅 방식으로 코팅한 후, 그 표면 위에서 직접 반응을 일으키기도 한다.
무전해 도금은 비용이 많이 드는 스핀 코팅, 전착, 물리 기상 증착 없이도 표면에 나노입자를 성장시킬 수 있는 독특한 기회를 제공한다. 이 공정을 통해 콜로이드 현탁액 형태의 촉매 금속 또는 금속 산화물을 증착할 수 있으며, 생성된 나노입자 현탁액은 콜로이드의 한 예이다. 대표적인 예로는 금속 알콕사이드나 염화물의 가수분해를 통해 금속 산화물 또는 수산화물 나노입자를 만드는 과정이 있다.
습식 화학 공정은 비용이 저렴하고 편리하며, 나노입자의 화학적 조성을 세밀하게 제어할 수 있다는 장점이 있다. 유기 염료나 희토류 금속과 같은 소량의 도펀트도 시약 용액에 첨가하여 최종 생성물에 균일하게 분산시킬 수 있다.
나노입자의 안정성, 용해도, 화학적 또는 생물학적 활성 등 많은 특성은 표면을 다양한 물질로 코팅하는 '''기능화''' 과정을 통해 크게 바뀔 수 있다. 기능화된 나노물질 기반 촉매는 여러 유기 반응의 촉매로 활용될 수 있다. 예를 들어, 그래핀 입자 현탁액은 갈산기로 기능화하여 안정화할 수 있다.
생물학적 응용을 위해서는 표면 코팅은 극성이어야 수용성을 높이고 나노입자 응집을 막을 수 있다. 혈청이나 세포 표면에서 고도로 하전된 코팅은 비특이적 결합을 촉진하는 반면, 폴리에틸렌 글리콜(PEG)과 같이 말단에 하이드록실기나 메톡시기가 있는 코팅은 비특이적 상호작용을 격퇴한다. 나노입자 표면에 티올기를 고정하거나 티오머로 코팅함으로써 높은 (점막) 접착성과 세포 흡수 증강 특성을 도입할 수 있다.[52]
나노입자는 신체 내 특정 부위로 유도하는 주소 태그 역할을 하는 생체 분자에 연결될 수 있다. 이를 통해 세포 내 특정 소기관이나 살아있는 세포 내 개별 단백질 또는 RNA 분자의 움직임을 특이적으로 추적하도록 유도한다. 일반적인 주소 태그로는 단일클론 항체, 앱타머, 스트렙타비딘, 펩타이드 등이 사용된다. 이러한 표적화 물질은 이상적으로 나노입자에 공유 결합되어야 하며 나노입자당 제어된 수로 존재해야 한다. 여러 표적 그룹을 가진 다가(multivalent) 나노입자는 수용체를 클러스터링하여 세포 신호 전달 경로를 활성화하고 더 강력한 고정을 제공할 수 있다. 반면, 단일 결합 부위를 가진 단가(monovalent) 나노입자는 클러스터링을 피하므로 개별 단백질의 거동을 추적하는 데 선호된다.
기능화된 나노입자 촉매의 촉매 활성과 소결 속도는 나노입자의 수 밀도와 상관관계가 있다는 것이 밝혀졌다.[53] 적혈구의 것을 모방한 코팅은 나노입자가 면역 체계를 회피하는 데 도움이 될 수 있다.
7. 8. 이온 주입
나노입자를 생성하는 방법 중 하나로 이온 주입이 있으며, 이 외에도 기체 응축, 마모, 화학적 침전, 열분해, 수열 합성 및 생물학적 합성 등 여러 가지 방법이 존재한다.[47]7. 9. 기능화
나노입자의 안정성, 용해도, 화학적 또는 생물학적 활성 등 많은 특성은 표면을 다양한 물질로 코팅하는 과정인 기능화(functionalization)를 통해 크게 변화될 수 있다. 기능화된 나노물질 기반 촉매는 여러 유기 반응의 촉매로 사용될 수 있다.예를 들어, 그래핀 입자 현탁액은 갈산기로 기능화하여 안정성을 높일 수 있다.
생물학적 응용을 위해서는 나노입자의 표면 코팅이 극성을 띠어야 수용성을 높이고 입자끼리 뭉치는 응집 현상을 막을 수 있다. 혈청이나 세포 표면에서 전하를 많이 띤 코팅은 원치 않는 비특이적 결합을 유발할 수 있는 반면, 말단에 하이드록실기나 메톡시기가 연결된 폴리에틸렌 글리콜(PEG)은 이러한 비특이적 상호작용을 줄이는 효과가 있다. 나노입자 표면에 티올기를 부착하거나 티오머(thiomer)로 코팅하면 점막 등에 잘 달라붙는 접착성과 세포 흡수율을 높이는 특성을 부여할 수 있다.[52]
나노입자는 특정 생체 분자와 결합하여 나노입자-생체 분자 접합체를 형성할 수 있는데, 이 생체 분자는 나노입자를 체내 특정 부위로 안내하는 주소 태그 역할을 한다. 이를 통해 나노입자를 세포 내 특정 소기관으로 보내거나, 살아있는 세포 안에서 특정 단백질 또는 RNA 분자의 움직임을 추적하는 데 활용할 수 있다. 일반적으로 사용되는 주소 태그로는 단일클론 항체, 앱타머, 스트렙타비딘, 펩타이드 등이 있다. 이러한 표적 물질은 나노입자에 공유 결합 방식으로 부착하는 것이 이상적이며, 나노입자 하나당 부착되는 표적 물질의 수를 조절하는 것이 중요하다. 여러 개의 표적 그룹을 가진 다가(multivalent) 나노입자는 세포 표면의 수용체를 여러 개 동시에 붙잡아 클러스터링(clustering)을 유도함으로써 세포 신호 전달 경로를 활성화하고 더 강하게 부착될 수 있다. 반면, 단일 결합 부위만을 가진 단가(monovalent) 나노입자는 이러한 클러스터링을 피할 수 있어 개별 단백질의 행동을 추적하는 연구에 더 적합하다.
기능화된 나노입자 촉매의 경우, 촉매 활성과 소결(sintering) 속도는 나노입자의 수 밀도(number density)와 관련이 있는 것으로 밝혀졌다.[53]
또한, 적혈구의 표면을 모방한 코팅은 나노입자가 면역 체계의 공격을 피하는 데 도움을 줄 수 있다.
7. 10. 균일성 요구 사항
고성능 기술 부품을 민간, 산업 및 군사 분야에 적용하기 위해서는 세라믹(알루미늄 산화물이나 산화구리(II) 같은 산화물 세라믹), 폴리머, 글래스 세라믹, 복합재료와 같은 고순도 재료가 필요하다. 여기에는 금속 탄화물(SiC), 질화물(질화알루미늄, 질화규소), 금속(Al, Cu), 비금속(흑연, 탄소 나노튜브), 그리고 Al + 탄산알루미늄, Cu + C와 같은 다층 구조도 포함된다. 미세 분말로 만들어진 응집체에서는 일반적인 분말의 불규칙한 입자 크기와 모양 때문에 충진 형태가 고르지 못하게 되어, 분말 성형체의 충진 밀도가 달라지는 경우가 많다.응집력이 있는 분말 입자들 사이에 작용하는 통제되지 않은 반데르발스 힘과 같은 인력은 미세구조를 불균일하게 만들 수 있다. 또한, 용매가 제거되면서 발생하는 건조 수축이 고르지 않으면 차별 응력이 발생하는데, 이는 용매 제거 속도와 직접적인 관련이 있으며 기공률 분포에 크게 영향을 받는다. 이러한 응력은 고체화되는 과정에서 소성-취성 전이와 관련이 있으며, 제대로 완화되지 않으면 소결 전의 성형체에서 균열이 발생할 수 있다.
소결 공정을 위해 준비된 성형체의 충진 밀도가 고르지 않으면, 소결 과정에서 이러한 불균일성이 증폭되어 최종적으로 고체화된 물질도 균일하지 않게 되는 경우가 많다. 밀도 변화와 관련된 일부 기공이나 다른 구조적 결함들은 소결 과정에서 오히려 성장하여 최종 밀도를 제한하는 등 해로운 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 이렇게 불균일한 고화 과정에서 발생하는 차별 응력은 내부 균열을 만들어 퍼뜨리게 되고, 결국 이것이 재료의 강도를 결정짓는 주요 결함이 된다.
불활성 기체 증발 및 불활성 기체 증착과 같은 방법은 이러한 결함 중 상당수를 제거할 수 있다. 이는 공정 자체가 증류(즉, 정제)의 특성을 가지며, 단결정 입자가 형성될 충분한 시간을 제공하기 때문이다. 그러나 이렇게 만들어진 비응집성 침착물조차도 나노입자에서 흔히 나타나는 로그 정규 크기 분포를 보인다. 현대 기체 증발 기술이 비교적 좁은 크기 분포를 만들 수 있는 이유는 입자 간 응집을 막을 수 있기 때문이다. 하지만 이 경우에도, 입자가 성장하는 영역에서 표류와 확산의 조합으로 인해 머무는 시간이 무작위적이기 때문에, 결과적으로 로그 정규 분포와 유사한 크기 분포가 나타난다.
따라서 단순히 녹색 밀도(소결 전 밀도)를 최대화하는 입자 크기 분포를 사용하는 것보다, 재료의 구성 요소와 기공률 분포가 물리적으로 균일하도록 가공하는 것이 더 바람직해 보인다. 현탁액 내에서 강하게 상호 작용하는 입자들을 균일하게 분산시키려면 입자 간의 힘을 완전히 제어해야 한다. 단분산 나노입자와 콜로이드는 이러한 균일성을 확보할 수 있는 가능성을 제공한다.
8. 특성 분석
나노입자는 기존 화학물질과는 다른 분석 요구사항을 가진다. 기존 화학물질은 화학적 조성과 농도만으로 충분한 정보가 되지만, 나노입자는 크기, 형태, 표면 특성, 결정성, 분산 상태 등 완전한 설명을 위해 측정해야 하는 추가적인 물리적 특성을 지닌다. 또한, 샘플링이나 실험 과정에서 분산 상태가 변하거나 특정 특성의 분포에 편향이 생길 수 있다는 점도 고려해야 한다. 환경적 맥락에서는 많은 분석 방법들이 아직 유해할 수 있는 낮은 농도의 나노입자를 검출하지 못한다는 어려움도 있다. 특정 응용 분야에서는 나노입자가 물, 토양, 식품, 고분자, 잉크, 화장품 같은 유기 액체의 복합 혼합물이나 혈액과 같은 복잡한 매트릭스 내에서 특성 분석이 필요할 수 있다.
나노입자의 특성을 분석하는 방법은 여러 범주로 나눌 수 있다.
- 현미경 방법: 개별 나노입자의 이미지를 생성하여 형태, 크기, 위치 등을 특성화한다. 주로 전자 현미경과 주사탐침현미경이 사용된다. 나노입자는 빛의 회절 한계보다 크기가 작기 때문에 기존의 광학 현미경은 유용하지 않다. 전자 현미경은 원소 분석 기능을 가진 분광법과 결합하여 사용될 수도 있다. 현미경 방법은 시료를 파괴할 수 있으며, 시료 준비 과정에서 원치 않는 인공물이 발생하거나, 주사 탐침 현미경의 경우 탐침 끝 형상으로 인해 오차가 발생할 가능성이 있다. 또한, 현미경은 단일 입자 측정을 기반으로 하므로, 전체적인(벌크) 특성을 추정하기 위해서는 많은 수의 개별 입자를 특성화해야 한다.
- 분광법: 파장의 함수로서 전자기파와 입자 간의 상호작용을 측정하는 방법으로, 일부 나노입자의 농도, 크기, 형태를 특성화하는 데 유용하다. X선, 자외선-가시광선, 적외선, 그리고 핵자기 공명 분광법 등이 나노입자 분석에 사용될 수 있다.[54]
- 입자 산란 방법: 레이저 빛, X선, 또는 중성자 산란을 이용하여 입자 크기를 결정하는 데 사용된다. 각 방법은 서로 다른 크기 범위와 입자 조성에 적합하다.
9. 건강 및 안전
나노입자는 의학 및 환경 분야에서 잠재적 위험 요소를 가지고 있다. 이러한 위험은 주로 나노입자의 높은 표면적 대 부피 비율에서 기인하며, 이로 인해 입자가 매우 반응성이 높거나 촉매작용을 나타낼 수 있다. 또한, 나노입자는 생물체의 세포막을 통과할 수 있는 것으로 여겨지지만, 생물학적 시스템과의 상호작용은 아직 상세히 알려지지 않았다. 그러나 입자의 크기와 세포 간 응집 특성 때문에 세포핵, 골지체, 소포체 등 세포 내부의 특정 구성 요소로 들어갈 가능성은 낮다는 연구 결과도 있다.
한 연구에서는 인체 면역 세포에 대한 산화아연(ZnO) 나노입자의 영향을 조사했는데, 세포독성에 대한 민감도가 다양하게 나타났다. 기존 의약품을 나노 기술로 제형화하여 규제 승인을 추진하는 과정에서, 제약 회사들이 이전 약물의 임상 연구 데이터를 그대로 사용하는 것에 대한 우려가 제기되기도 했다. 이는 미국 식품의약국(FDA)과 같은 규제 기관이 나노 제형 고유의 새로운 부작용을 간과할 수 있다는 지적이다. 다만, 아연 나노입자는 생체 내에서 혈류로 흡수되지 않는다는 연구 결과도 다수 보고되었다.
특정 연소 과정에서 발생하는 호흡성 나노입자의 건강 영향에 대한 우려도 제기된다. 전임상 연구에 따르면 일부 흡입 또는 주입된 귀금속 나노 구조물은 생체 내에서 오래 잔류하지 않는 것으로 나타났다.[56][57]
2013년 기준으로 미국 환경보호국(EPA)은 다음과 같은 나노입자들의 안전성을 조사하고 있었다.
| 나노입자 종류 | 주요 용도 | EPA 조사 내용 |
|---|---|---|
| 탄소 나노튜브 | 차량 및 스포츠 장비용 복합재료, 전자 부품용 집적 회로 등 | 수생 환경 영향 및 급성 건강 영향 예측 방법 개발 |
| 산화세륨 (CeO2) | 전자 제품, 생의학 용품, 에너지, 연료 첨가제 | 환경 분산 및 노출 위험, 특히 디젤 연료 첨가제의 환경·생태·건강 영향 평가 |
| 이산화티타늄 (TiO2) | 자외선 차단제, 화장품, 페인트, 코팅제, (연구 중) 음용수 정화 | 제품 내 사용 및 잠재적 노출 경로 연구 |
| 나노 실버 | 섬유, 의류, 식품 포장 등 항균 처리 | 제품에서의 은 입자 방출 및 어린이 노출 수준 파악 |
| 나노 스케일 철 | (연구 중) 스마트 유체, 철분 보충제, (주요 용도) 지하수 오염 물질 제거 | 지하수 정화 기술 효과 및 안전성 평가 (미국 내 현장 시험 진행) |
나노입자에 대한 과학 연구는 활발히 진행 중이며, 안전성 문제와 함께 다양한 잠재적 응용 가능성이 탐구되고 있다.
10. 규제
2016년 기준으로 미국 환경보호청(EPA)은 두 종류의 나노물질 살충제 성분만을 4년간 조건부로 등록했다. EPA는 나노 크기 성분과 일반 크기 성분을 구분하고 있지만, 이 둘 사이의 잠재적인 독성 차이에 대한 과학적 근거는 아직 부족한 실정이다. 따라서 관련 검사 규약 개발이 필요한 상황이다.
11. 응용 분야
나노입자를 기존 제품에 첨가하면 얇은 층을 형성하면서 여러 가지 특성을 나타내는데, 이 특성을 이용해 기존 제품의 성능을 개선할 수 있다. 예를 들어 나노 입자를 입힌 마루는 잘 긁히지 않고, 주방 용품이나 화장실 타일 등에 입히면 얼룩이나 긁힘이 잘 생기지 않는다. 많은 제품이 은 나노 입자를 사용했다고 홍보하는 이유도 여기에 있다. 은 나노 입자는 항균성을 가지고 있어 제품 표면에 코팅하면 곰팡이 등의 번식을 억제하는 효과가 있다. 이처럼 나노미터 크기 단위의 미립자가 가지는 독특한 물리적, 화학적 성질을 이해하면 매우 다양한 분야에 적용할 수 있다.[69]
최근에는 컴퓨터 저장 매체의 기억 용량을 현재보다 10배 이상으로 늘릴 수 있는 나노 슈퍼구조체가 개발되었다. 3차원 네트워크 형태의 나노 슈퍼구조체는 1 mm3 부피 안에 100조 개의 자성 나노입자가 집적되어 있어 차세대 초고집적 저장 매체로 응용될 가능성이 크다. 나노 슈퍼구조체는 일반 나노 입자에 비해 약 25배 증폭된 자기적 성질을 나타낸다. 이를 하드 디스크에 적용할 경우, 손목시계 크기의 메모리에 신문 1,280장 분량, 600 MB 용량의 영화 2,700편, 500쪽짜리 책 100만 권에 해당하는 데이터를 저장할 수 있을 것으로 기대된다. 나노 슈퍼구조체는 자성 메모리 매체뿐만 아니라 광메모리, 자성 반도체 트랜지스터 소재, MRI 조영제 개발 등에도 응용될 수 있다.
나노입자에 대한 과학적 연구는 활발하게 진행 중이며, 전임상[58][59] 및 임상 의학, 물리학, 광학, 및 전자공학 분야에서 많은 잠재적 응용 가능성을 보여주고 있다. 미국 국립 나노기술 이니셔티브(National Nanotechnology Initiative)는 나노입자 연구에 중점을 두고 정부 차원의 자금을 지원하고 있다. 2003년에는 레이저 염료가 첨가된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 레이저 이득 매질에 나노입자를 사용하여 변환 효율을 개선하고 레이저 빔 발산을 감소시키는 연구 결과가 발표되었다. 연구자들은 이러한 효과가 유기-무기 염료 도핑 나노복합재의 향상된 열광학 계수(dn/dT) 특성 때문이라고 설명했다. 이 연구에서 보고된 최적 조성은 염료 도핑 PMMA에 약 12 nm 크기의 이산화규소(SiO2) 나노입자를 30% w/w 비율로 첨가한 것이다. 나노입자는 또한 자체 세척 기능을 가진 페인트[60] 개발에도 연구되고 있다. 생의학 분야에서는 약물 전달 시스템, 영양 보충제 등으로의 응용 가능성이 탐색되고 있다. (자세한 내용은 생의학 섹션 참조)
금, 은, 구리와 같이 전기 저항률이 낮은 금속의 나노입자는 분산제와 희석제를 이용해 페이스트 형태의 잉크로 만들어 집적회로(IC) 기판 등에 미세한 전기 배선을 형성하는 데 사용될 수 있다.
금, 은 나노입자는 표면 플라스몬 공명 현상에 의해 독특한 빛 흡수 특성을 보여 새로운 색소나 센서로 연구되고 있다. 스테인드글라스의 선명한 붉은색은 금 나노입자에 의한 발색의 대표적인 예이다. 또한, 일반적으로 촉매 활성이 없는 벌크 상태의 금과 달리, 금 나노입자는 다양한 화학 반응에서 촉매 활성을 나타내는 것이 밝혀져 화장실 탈취 촉매 등으로 실용화되고 있다.[66] 백금 나노입자는 연료전지를 비롯한 여러 분야에서 촉매로 이용되며, 식품 등에서는 백금 나노콜로이드라고도 불린다.
황화아연(ZnS)이나 셀레늄화 카드뮴(CdSe)과 같은 반도체 나노입자는 양자점이라고도 불리며, 뛰어난 발광 특성으로 인해 디스플레이나 조명 등 발광 재료로 주목받고 있다.
소비재에 사용되는 나노물질 중 가장 흔한 형태인 나노입자는 매우 광범위한 잠재적 및 실제적 용도를 가지고 있다. 다양한 산업 분야에서 활용되는 구체적인 나노입자 화합물은 하위 섹션에서 확인할 수 있다. (자세한 내용은 산업 분야별 화합물 섹션 참조)
11. 1. 고분자 강화
점토 나노입자를 고분자 매트릭스에 포함시키면 강화 효과가 나타나 더 강한 플라스틱을 만들 수 있다. 이는 더 높은 유리 전이 온도 및 기타 기계적 특성 시험을 통해 확인할 수 있다. 이러한 나노입자는 단단한 특성을 가지고 있어 고분자(플라스틱)에 그 특성을 부여한다. 또한 나노입자는 스마트하고 기능적인 의류를 만들기 위해 섬유에 부착되기도 하였다.11. 2. 액체 특성 조절
액체 매질에 나노입자를 포함시키면 액체의 기계적 특성이 크게 변할 수 있다. 예를 들어, 탄성, 소성, 점도, 압축성 등이 변화될 수 있다.11. 3. 광촉매
가시광선의 파장보다 작은 나노입자는 투명한 매질에 분산되어도 해당 파장에서 투명성에 영향을 미치지 않는다. 이러한 특성은 광촉매와 같은 많은 응용 분야에서 활용된다.11. 4. 도로 포장
나노입자를 이용한 아스팔트 개질은 아스팔트 포장 공학에서 비용 효율적인 흥미로운 기술로 여겨지며, 아스팔트 재료의 내구성을 향상시키는 새로운 관점을 제공한다.[61]11. 5. 생의학
나노입자에 대한 과학적 연구는 활발하게 진행되고 있으며, 전임상[58][59] 및 임상 의학 분야에서 많은 잠재적 응용 분야를 가지고 있다.나노입자는 잠재적인 약물 전달 시스템으로 연구되고 있다. 약물, 성장인자 또는 기타 생체 분자는 표적 전달을 돕기 위해 나노입자에 접합될 수 있다. 이러한 나노입자 기반 전달 방식은 탑재된 약물의 공간적 및 시간적 제어를 가능하게 하여 가장 효과적인 생물학적 결과를 얻도록 돕는다. 또한 나노입자는 미네랄 성분과 같이 생물학적으로 활성인 물질을 전달하기 위한 영양 보충제로서의 응용 가능성도 연구되고 있다.
생의학 분야에서 나노입자는 약물 전달체로 사용되거나, 현미경 검사 시 조영제로 활용된다. 특히 비등방성 나노입자는 생체 분자 검출에 유용한 후보 물질이다.[9] 더 나아가, 핵산 전달을 위한 나노입자는 다양한 물리화학적 특성을 조절하기 쉽고, 선택적 표적화를 위해 여러 종류의 생체 분자나 특정 부위와 쉽게 기능화될 수 있다는 장점이 있다. 이는 기존 전달 방식의 몇 가지 단점을 극복할 수 있는 새로운 가능성을 제시한다.[62]
11. 6. 자외선 차단제
산화 아연 Zinc oxide|징크 옥사이드eng 나노입자는 우수한 자외선 차단 성능을 가지는 것으로 밝혀졌으며, 완전히 광안정적이다. 이러한 특성으로 자외선 차단제 로션 제조에 널리 사용된다. 그러나 독성이 있다는 연구 결과도 있다.11. 7. 산업 분야별 화합물
소비재에 사용되는 나노물질의 가장 흔한 형태인 나노입자는 잠재적 및 실제적 용도가 매우 광범위하다. 아래 표는 전 세계 시장에서 판매되는 다양한 제품 유형에 사용되는 가장 일반적인 나노입자를 요약한 것이다.| 번호 | 산업 분야 | 나노입자 |
|---|---|---|
| 1 | 농업 | 은, 이산화규소, 칼륨, 칼슘, 철, 아연, 인, 붕소, 산화아연, 몰리브덴 |
| 2 | 자동차 | 이황화텅스텐, 이산화규소, 점토, 이산화티타늄, 다이아몬드, 구리, 산화코발트, 산화아연, 질화붕소, 이산화지르코늄, 텅스텐, 감마-산화알루미늄, 붕소, 팔라듐, 백금, 사산화세륨, 카나우바 왁스, 산화알루미늄, 은, 탄산칼슘, 술폰산칼슘 |
| 3 | 건설 | 이산화티타늄, 이산화규소, 은, 점토, 산화알루미늄, 탄산칼슘, 수산화칼슘규산염, 탄소, 인산알루미늄, 사산화세륨, 수산화칼슘 |
| 4 | 화장품 | 은, 이산화티타늄, 금, 탄소, 산화아연, 이산화규소, 점토, 규산나트륨, 코직산, 하이드록시카르복실산 |
| 5 | 전자 | 은, 알루미늄, 이산화규소, 팔라듐 |
| 6 | 환경 | 은, 이산화티타늄, 탄소, 산화망간, 점토, 금, 셀레늄 |
| 7 | 식품 | 은, 점토, 이산화티타늄, 금, 산화아연, 이산화규소, 칼슘, 구리, 아연, 백금, 망간, 팔라듐, 탄소 |
| 8 | 가전제품 | 은, 산화아연, 이산화규소, 다이아몬드, 이산화티타늄 |
| 9 | 의료 | 은, 금, 하이드록시아파타이트, 점토, 이산화티타늄, 이산화규소, 이산화지르코늄, 탄소, 다이아몬드, 산화알루미늄, 삼플루오르화이트륨 |
| 10 | 석유 | 이황화텅스텐, 산화아연, 이산화규소, 다이아몬드, 점토, 붕소, 질화붕소, 은, 이산화티타늄, 텅스텐, 감마-산화알루미늄, 탄소, 이황화몰리브덴 |
| 11 | 인쇄 | 토너, 프린터에 의해 종이 또는 기타 기판에 증착됨 |
| 12 | 신재생에너지 | 티타늄, 팔라듐, 이황화텅스텐, 이산화규소, 점토, 흑연, 이트리아 안정화 지르코늄(IV) 산화물, 탄소, Gd-도핑 세륨(IV) 산화물, 산화니켈 코발트, 산화니켈(II), 로듐, Sm-도핑 세륨(IV) 산화물, 티탄산바륨스트론튬, 은 |
| 13 | 스포츠 및 피트니스 | 은, 이산화티타늄, 금, 점토, 탄소 |
| 14 | 섬유 | 은, 탄소, 이산화티타늄, 황화구리, 점토, 금, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 이산화규소 |
12. 제조법
나노입자의 제조법은 목적과 재료에 따라 여러 가지 방법이 개발되어 있다. 크게 벌크 금속으로부터 만드는 물리적 방법(분쇄법)과 금속 원자를 생성시켜 만드는 화학적 방법(응집법)으로 나뉜다. 화학적 방법은 반응시키는 장소에 따라 더욱 구분되어 액상의 경우 습식법, 기상의 경우 건식법이라고 한다.[64]
12. 1. 물리법
물리법은 주로 큰 덩어리의 재료를 물리적인 힘이나 에너지를 이용하여 잘게 쪼개어 나노입자 크기로 만드는 방식을 말한다. 이는 흔히 '하향식 접근법'(top-down approacheng)이라고 불린다. 대표적인 물리법으로는 기계적인 힘으로 재료를 분쇄하는 분쇄법이 있으며, 이 외에도 증발과 응축 과정을 이용하는 방법 등 다양한 물리적 공정이 나노입자 제조에 활용될 수 있다.12. 1. 1. 분쇄법
분쇄법은 재료 덩어리나 비교적 큰 고체 입자를 기계적인 힘으로 잘게 부수는 방법이다. 볼밀, 행성 볼 밀(planetary ball mill), 제트밀 등 다양한 크기 감소 장치를 사용하여 재료를 나노미터 크기 범위가 될 때까지 분쇄한다.[48][49][50] 이렇게 분쇄하여 얻어진 분말에서 나노입자를 추출하기 위해 공기 분류(air classified)나 분급 공정을 통해 나노입자를 선별한다.이 방법은 나노입자 제조 초기부터 사용되어 왔지만, 몇 가지 한계가 있다. 우선 생산 효율(수율)이 낮다. 또한, 분쇄 과정에서 재료가 변성될 수 있어 적용 가능한 재료가 제한적이다. 마지막으로, 얻어지는 입자 크기가 균일하지 않아 원하는 크기의 입자만 골라내는 분급 공정이 필요하다.
12. 2. 화학법
화학적 방법은 주로 용액 상태에서 화합물을 반응시켜 원하는 나노입자를 만드는 기법을 의미한다. 대표적인 예로 "습식" 화학 공정이 있는데, 이는 용액 속에서 시약을 혼합하거나 특정 조건으로 처리하여 목표 물질의 불용성 침전물을 형성시켜 나노입자를 얻는 방식이다. 이 방법은 사용하는 시약의 농도와 용액의 온도, 그리고 액체의 점성 및 확산 속도 등을 조절하여 생성되는 입자의 크기를 제어할 수 있다. 또한, 무전해 도금과 같은 특정 기술을 적용하거나 유기 염료, 희토류 금속 같은 소량의 도펀트를 첨가하여 나노입자의 화학적 조성이나 특성을 세밀하게 조절하는 것이 가능하다. 이렇게 생성된 나노입자는 증발, 침강, 원심분리, 세척, 여과 등 다양한 분리 정제 과정을 거쳐 최종적으로 얻어진다. 습식 화학적 접근법은 비교적 저렴하고 공정이 편리하며, 원하는 화학적 조성을 정밀하게 구현할 수 있다는 장점을 가진다. 그 외에도 다양한 화학적 합성 방법들이 존재하며, 자세한 내용은 하위 문단에서 다룬다.12. 2. 1. 응집법 (환원법)
나노입자를 만드는 방법 중 하나는 용액 화학에서 특정 화합물 용액을 섞거나 다른 방식으로 처리하여 원하는 물질의 불용성 침전물을 형성하는 "습식" 화학 공정이다. 이 방법의 핵심은 원료가 되는 이온 또는 착물을 환원제를 사용하거나 전기화학적으로 환원시켜 응집시키는 것이다. 이렇게 응집된 물질이 나노입자가 된다.생성되는 나노입자의 크기는 사용하는 시약의 농도와 용액의 온도를 조절하거나, 액체의 점성과 확산 속도에 영향을 미치는 적절한 불활성 물질을 첨가하여 제어할 수 있다. 반응 조건을 다르게 조절하면 같은 물질이라도 에어로젤과 같은 다른 나노 구조를 만들 수도 있다.
습식 공정으로 만들어진 나노입자는 용매나 반응 부산물로부터 분리해야 하는데, 이때 증발, 침강, 원심분리, 세척, 여과 등의 방법을 조합하여 사용한다. 만약 나노입자를 특정 고체 기판 표면에 증착시키려면, 초기 용액을 담그거나 스핀 코팅 방식으로 표면에 바른 뒤 그 자리에서 반응을 진행시킬 수도 있다.
무전해 도금은 비용이 많이 드는 스핀 코팅, 전착, 물리 기상 증착 없이도 표면에 나노입자를 성장시킬 수 있는 방법이다. 이 공정을 통해 콜로이드 현탁액 형태의 촉매 금속 또는 금속 산화물 증착을 형성할 수 있으며, 그 결과물인 나노입자 현탁액은 콜로이드의 한 예이다. 대표적인 예로 금속 알콕사이드나 염화물의 가수분해를 통해 금속 산화물 또는 수산화물 나노입자를 만드는 것을 들 수 있다.
습식 화학적 접근 방식은 비용이 저렴하고 편리하며, 입자의 화학적 조성을 세밀하게 제어할 수 있다는 장점이 있다. 유기 염료나 희토류 금속과 같은 소량의 도펀트 물질도 시약 용액에 첨가하여 최종 생성물에 균일하게 분산시킬 수 있다.
12. 2. 2. 열분해법
원료를 그대로 사용하거나 담체에 실어서 가열분해하는 방식이다.12. 2. 3. 열 플라스마법
열 플라스마법은 나노입자를 합성하는 방법 중 하나로, 고온의 플라스마 속에서 원료 물질을 증발시킨 후 빠르게 냉각시키는 원리를 이용한다. 이 방법에는 고주파(RF)를 이용하는 방식과 직류(DC) 전원을 이용하는 방식이 있다. 특히 고주파(RF) 방식은 플라스마를 생성하면서 동시에 화학 반응을 유도하여 나노입자를 합성하는 것이 가능하다. 또한, 화학 기상 증착(CVD) 방법을 통해서도 나노입자를 합성할 수 있다.12. 2. 4. 레이저 증발법
레이저 삭마( Laser ablation영어 )는 레이저를 이용하여 물질을 급속히 증발시키는 방법이다. 이는 어블레이션 기술을 활용하는 건식법 중 하나이다.12. 2. 5. 물리 기상 성장 (PVD) 법
자세한 내용은 물리 기상 증착 문서를 참고하라.12. 2. 6. 화학 기상 성장
화학 기상 성장은 건식법(乾式法) 중 하나로, 기체 상태에서 화학 기상 증착(CVD) 방식을 이용하여 화학 반응을 유도하는 방법이다.12. 2. 7. 활성 액면 연속 진공 증착법
회전하는 진공 드럼 안에 기름과 이에 녹는 계면활성제를 넣고, 드럼 중앙에 금속을 2000°C 가까이 가열하는 증발원을 놓는다. 회전하는 드럼 내부 표면은 항상 기름막으로 덮여 있지만, 기름막 표면에는 계면활성제 분자의 친수기가 나란히 배열되어 있다. 증발한 금속 원자는 이 친수기에 흡착·응축하여 고체 금속 나노입자가 되는 동시에, 계면활성제 분자에 둘러싸여 성장이 멈춘다. 한편, 성장이 불충분한 것은 분해되어 증발해 버리기 때문에, 얻어지는 나노입자는 고체를 유지할 수 있는 최소 크기, 즉 임계 핵이 된다.[65]13. 용도
나노입자는 소비재에 사용되는 나노물질의 가장 흔한 형태로, 매우 광범위한 잠재적 및 실제적 용도를 가지고 있다. 나노입자에 대한 과학적 연구는 활발히 진행 중이며, 의학(전임상[58][59] 및 임상), 물리학, 광학, 전자공학 등 다양한 분야에서 많은 잠재적 응용 가능성을 보여주고 있다. 미국 국립 나노기술 이니셔티브(National Nanotechnology Initiative)는 나노입자 연구에 중점을 둔 정부 차원의 자금을 지원하고 있다.
구체적인 응용 사례는 다음과 같다.
- 레이저 기술: 2003년, 레이저 염료가 도핑된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 레이저 이득 매질에 나노입자를 사용하여 변환 효율을 개선하고 레이저 빔 발산을 감소시키는 효과가 입증되었다. 연구자들은 이를 유기-무기 염료 도핑 나노복합재의 향상된 열광학적 특성(dn/dT) 덕분으로 설명하며, 최적 조성으로 염료 도핑 PMMA에 30% w/w의 SiO2(약 12nm)를 보고했다.
- 생활 및 의료: 나노입자는 자체 세척 페인트[60] 및 약물 전달 시스템으로 연구되고 있다. 약물, 성장인자 또는 기타 생체 분자를 나노입자에 결합시켜 표적 부위로의 전달을 돕고, 약물의 공간적 및 시간적 방출을 제어하여 치료 효과를 높일 수 있다. 또한 미네랄 성분과 같은 생물학적 활성 물질의 전달을 위한 영양 보충제로서의 응용 가능성도 연구 중이다.
- 전자 재료: 금, 은, 구리와 같이 전기 저항률이 낮은 금속의 나노입자는 분산제와 희석제를 이용해 페이스트 형태의 잉크로 만들어 집적회로(IC) 기판 등에 미세한 전기 배선을 형성하는 데 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 광학 재료 및 센서: 금과 은 나노입자는 표면 플라스몬 공명 현상으로 인해 독특한 빛 흡수 특성을 나타내어 새로운 색소나 센서 재료로 연구되고 있다. 스테인드글라스의 선명한 붉은색은 금 나노입자를 이용한 발색의 대표적인 예이다.
- 촉매: 벌크 상태의 금은 일반적으로 촉매 활성이 없지만, 나노입자 형태의 금은 다양한 화학 반응에서 촉매 활성을 보이는 것으로 밝혀져 화장실 탈취 촉매 등으로 실용화되고 있다.[66] 백금 나노입자는 연료전지를 비롯한 여러 분야에서 중요한 촉매로 사용되며, 식품 등에서는 백금 나노콜로이드라고도 불린다.
- 발광 재료: 황화아연(ZnS)이나 셀레늄화 카드뮴(CdSe)과 같은 반도체 나노입자는 양자점이라고도 불리며, 크기에 따라 다른 색의 빛을 내는 특성을 이용해 디스플레이나 조명 등 발광 재료로 활용된다.
참조
[1]
논문
Collective optical Kerr effect exhibited by an integrated configuration of silicon quantum dots and gold nanoparticles embedded in ion-implanted silica
https://iopscience.i[...]
2015-07-24
[2]
논문
Selected I-III-VI2 Semiconductors: Synthesis, Properties and Applications in Photovoltaic Cells
2023-10-31
[3]
서적
Imperfections in Crystalline Solids
https://www.cambridg[...]
Cambridge Core
2020-05-21
[4]
논문
Three-dimensional imaging of dislocations in a nanoparticle at atomic resolution
2013-04-01
[5]
논문
Mechanical properties of nanoparticles: basics and applications
2014-01-08
[6]
논문
Nanoparticles: Properties, applications and toxicities
2019-11-01
[7]
논문
On the nucleation of partial dislocations in nanoparticles
2008-09-01
[8]
웹사이트
Anisotropic Nanostructures
https://mirkin-group[...]
2021-08-22
[9]
논문
Anisotropic nanomaterials: structure, growth, assembly, and functions
2011-02-16
[10]
논문
Nanocellulose: a new ageless bionanomaterial
2013-06-01
[11]
논문
Starch Nanoparticles: A Review
2010-05-10
[12]
논문
Ostwald ripening of confined nanoparticles: Chemomechanical coupling in nanopores
2019-01-01
[13]
논문
Mechanisms of nucleation and growth of nanoparticles in solution
https://discovery.uc[...]
2014-01-01
[14]
논문
Crystal Nucleation Kinetics from Induction Times and Metastable Zone Widths
2013-01-01
[15]
논문
Nucleus Formation in Supersaturated Systems
1927-01-01
[16]
논문
Theory, Production and Mechanism of Formation of Monodispersed Hydrosols
1950-01-01
[17]
논문
Transition Metal Nanocluster Formation Kinetic and Mechanistic Studies. A New Mechanism when Hydrogen is the Reductant: Slow, Continuous Nucleation and Fast Autocatalytic Surface Growth
1997-01-01
[18]
논문
LaMer's 1950 Model for Particle Formation of Instantaneous Nucleation and Diffusion-Controlled Growth: A Historical Look at the Model's Origins, Assumptions, Equations, and Underlying Sulfur Sol Formation Kinetics Data
2019-01-01
[19]
논문
LaMer's 1950 model for particle formation: a review and critical analysis of its classical nucleation and fluctuation theory basis, of competing models and mechanisms for phase-changes and particle formation, and then of its application to silver halide, semiconductor, metal, and metal-oxide nanoparticles
2021-01-01
[20]
GoldBook
Ostwald ripening
[21]
논문
Crystal Nucleation Kinetics from Induction Times and Metastable Zone Widths
2013-01-01
[22]
논문
Transition Metal Nanocluster Formation Kinetic and Mechanistic Studies. A New Mechanism when Hydrogen is the Reductant: Slow, Continuous Nucleation and Fast Autocatalytic Surface Growth
1997-01-01
[23]
논문
Transition-Metal Nanocluster Kinetic and Mechanistic Studies Emphasizing Nanocluster Agglomeration: Demonstration of a Kinetic Method That Allows Monitoring of All Three Phases of Nanocluster Formation and Aging.
https://figshare.com[...]
2004-01-01
[24]
논문
A Mechanism for Transition-Metal Nanoparticle Self-Assembly.
2005-01-01
[25]
논문
Nanocluster Nucleation, Growth, and Then Agglomeration Kinetic and Mechanistic Studies: A More General, Four-Step Mechanism Involving Double Autocatalysis.
2005-01-01
[26]
논문
The Four-Step, Double-Autocatalytic Mechanism for Transition-Metal Nanocluster Nucleation, Growth, and Then Agglomeration: Metal, Ligand, Concentration, Temperature, and Solvent Dependency Studies.
2008-01-01
[27]
논문
A Four-Step Mechanism for the Formation of Supported-Nanoparticle Heterogeneous Catalysts in Contact with Solution: The Conversion of Ir(1,5-COD)Cl/γ-Al2O3 to Ir(0)~170/γ-Al2O3
2014-01-01
[28]
논문
Mechanisms of Nucleation and Growth of Nanoparticles in Solution
https://discovery.uc[...]
2014-01-01
[29]
논문
Atomistic modeling of the nucleation and growth of pure and hybrid nanoparticles by cluster beam deposition
2019-01-01
[30]
논문
Nucleation
2010-01-01
[31]
논문
Crystal Nucleation Kinetics from Induction Times and Metastable Zone Widths
2013-01-01
[32]
논문
Mechanisms of nucleation and growth of nanoparticles in solution
https://discovery.uc[...]
2014-01-01
[33]
논문
Surface energy of nanoparticles – influence of particle size and structure
2018-08-23
[34]
논문
Lattice Contraction and Surface Stress of fcc Nanocrystals
2001-07-01
[35]
서적
Mechanical behavior of materials
McGraw Hill
2000-01-01
[36]
논문
Hardness and Elastic Modulus on Six-Fold Symmetry Gold Nanoparticles
2013-01-01
[37]
논문
In situ observation of dislocation nucleation and escape in a submicrometre aluminium single crystal
2009-02-01
[38]
논문
Towards a universal size-dependent strength of face-centered cubic nanoparticles
2016-01-01
[39]
논문
Nanoscale Mechanical Properties – Measuring Techniques and Applications
Springer
2007-01-01
[40]
논문
Mechanical properties of nanoparticles: basics and applications
2014-01-08
[41]
논문
Nanoscale Compression of Polymer Microspheres by Atomic Force Microscopy
https://doi.org/10.1[...]
2004-08-01
[42]
논문
Investigation of micro-adhesion by atomic force microscopy
https://www.scienced[...]
2001-01-15
[43]
논문
Direct force measurements between titanium dioxide surfaces
https://doi.org/10.1[...]
1993-12-01
[44]
논문
The Colloidal Probe Technique and its Application to Adhesion Force Measurements
https://onlinelibrar[...]
2002-01-01
[45]
논문
In situ TEM study of mechanical behaviour of twinned nanoparticles
https://doi.org/10.1[...]
2012-12-11
[46]
논문
Stable mass-selected AuTiOx nanoparticles for CO oxidation
2024-01-01
[47]
논문
Biosynthesis and antibacterial activity of gold nanoparticles coated with reductase enzymes
https://digital-libr[...]
2016-01-01
[48]
논문
Cellulose Nanofibers Prepared by TEMPO-Mediated Oxidation of Native Cellulose
2007-08-01
[49]
논문
Individual chitin nano-whiskers prepared from partially deacetylated α-chitin by fibril surface cationization
2010-03-17
[50]
논문
Key advances in the chemical modification of nanocelluloses
2014-01-01
[51]
논문
Development of Nanopowder Synthesis Using Induction Plasma
http://dx.doi.org/10[...]
2010-04-01
[52]
논문
Thiolated Nanoparticles for Biomedical Applications: Mimicking the Workhorses of our Body
2022-01-01
[53]
논문
The Energetics of Supported Metal Nanoparticles: Relationships to Sintering Rates and Catalytic Activity
https://doi.org/10.1[...]
2013-08-20
[54]
논문
Structural, functional and magnetic ordering modifications in graphene oxide and graphite by 100 MeV gold ion irradiation
https://linkinghub.e[...]
2020-01-01
[55]
논문
The aggregation of striped nanoparticles in mixed phospholipid bilayers
https://figshare.com[...]
2020-01-01
[56]
논문
Biokinetics and clearance of inhaled gold ultrasmall-in-nano architectures
2020-01-01
[57]
논문
Biosafety and Biokinetics of Noble Metals: The Impact of Their Chemical Nature
2019-10-21
[58]
논문
Nanoparticles for Cardiovascular Medicine: Trends in Myocardial Infarction Therapy
https://www.taylorfr[...]
CRC Press
2022-05-23
[59]
논문
Hydrogel and nanoparticle carriers for kidney disease therapy: trends and recent advancements
https://iopscience.i[...]
2022-04-01
[60]
논문
Highly Stable Self-Cleaning Paints Based on Waste-Valorized PNC-Doped TiO 2 Nanoparticles
2024-04-05
[61]
논문
Ultraviolet aging study on bitumen modified by a composite of clay and fumed silica nanoparticles
2020-12-01
[62]
논문
Nanodelivery of nucleic acids
https://doi.org/10.1[...]
2022-01-01
[63]
웹사이트
ナノ粒子とは
https://www.nanopart[...]
[64]
간행물
ナノ粒子の創製と応用
https://doi.org/10.4[...]
表面技術協会
2008-11-01
[65]
웹사이트
金属磁性体で微細構造をつくる ～ナノ粒子化からナノ加工プラズマプロセスまで～
http://nanonet.mext.[...]
[66]
논문
金ナノ粒子の触媒作用
2005-01-01
[67]
서적
HIGH TOP (고등학교 과학 ) 2권
[68]
서적
고등학교 고급화학
서울특별시교육청
2013-12-01
[69]
서적
HIGH TOP(고등학교 과학)2권
관련 사건 타임라인
( 최근 20개의 뉴스만 표기 됩니다. )
2025. 5. 23. 오전 9:28:33
눈감아도 보인다…투시경같은 콘택트렌즈 개발
출처: 한겨레 ( 한국 / 한국어 )
2025. 3. 17. 오후 6:23:55
숙명여대 약학부 변준호 교수팀, 암 수술 후 재발 방지하는 차세대 면역치료 나노입자 개발
출처: 한겨레 ( 한국 / 한국어 )
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com