We describe the synthesis and characterization of silicon nanoparticles prepared by the soluton reduction of SiCl4. These reactions produce Si nanoparticles with surfaces that are covalently terminated. The resultant organic derivatized Si nanoparticles as well as a probable distribution of Water-soluble Si nanoparticles are observed and characterized by photoluminescence(PL) spectroscopy. This work focuses originally on the organic- and water-soluble silicon nanoparticles in terms of the photoluminescence. Further this work displays probably the first layout of hydrogen terminated Si nanoparticles synthesized in solution at room temperature.
The high cost of Si-based solar cells remains a substantial challenge to their widespread adoption. To address this issue, it is essential to reduce the production cost of solar-grade Si, which is used as raw material. One approach to achieve this is Si electrodeposition in molten salts containing Si sources, such as SiO2. In this study, we present the pulse electrodeposition of Si in molten CaCl2 containing SiO2 nanoparticles. Theoretically, SiO2 nanoparticles with a diameter of less than 20 nm in molten CaCl2 at 850℃ have a comparable diffusion coefficient with that of ions in aqueous solutions at room temperature. However, we observed a slower-than-expected diffusion of the SiO2 nanoparticles, probably because of their tendency to aggregate in the molten CaCl2. This led to the formation of a non-uniform Si film with low current efficiency during direct current electrodeposition. We overcome this issue using pulse electrodeposition, which enabled the facile supplementation of SiO2 nanoparticles to the substrate. This approach produced a uniform and thick electrodeposited Si film. Our results demonstrate an efficient method for Si electrodeposition in molten CaCl2 containing SiO2 nanoparticles, which can contribute to a reduction in production cost of solar-grade Si.
Superparamagnetic $Fe_3O_4$ nanoparticles with particle size from 10 to 20 nm were synthesized by coprecipitation method. Subsequently, the $Fe_3O_4$ nanoparticles were used to fabricate $Fe_3O_4/SiO_2$ core-shell nanoparticles by sol-gel method. The $Fe_3O_4/SiO_2$ nanoparticles synthesized by sol-gel method exhibit the high uniformities of particle size and shape. We also investigated the heating characteristics of $Fe_3O_4$ and $Fe_3O_4/SiO_2$ nanoparticles for biomedical applications. The $Fe_3O_4$ nanoparticles show the faster temperature increase and the higher specific loss power(SLP) value than the $Fe_3O_4/SiO_2$ nanoparticles.
Tissue distribution of $SiO_2$ nanopaprticles was investigated in mice after oral administration or skin treatment. ICR Male mice were treated with $SiO_2$ nanoparticles 2.5 g/kg/day for five consecutive days and sacrificed at 24 hours after the last administration. As results, the orally administered $SiO_2$ nanoparticels were distributed in the testis and kidney but not in lung at 24 hours after the last treatment. In case of skin treatment, $SiO_2$ nanoparticles were distributed to lung as well as testis, brain, kidney and liver. The results suggested that $SiO_2$ nanoparticles (12 nm) are easily absorbed through entero-gastric system or skin.
We have investigated the fabrication of Si nanoparticles and $C_{60}$ thin films by pulsed laser ablation. By atomic force microscopy(AFM), the laser-deposited $C_{60}$ thin film was verified to have surface far smoother than the surfaces of films produced by the conventional evaporation method. The Si deposited at a He atmosphere of 0.2 Torr was with about $60{\AA}$ height of the Si nanoparticles, suggesting that it was uniformly deposited. We observed visible green emissions spectra in the $Si/C_{60}$ multilayer films after laser annealing. It is considered that this green emissions is occurred from SiC particles, which is produced reaction of Si nanoparticles with $C_{60}$ by laser annealing.
가시광 영역에서 강한 광루미네선스(photoluminescence, PL) 특성이 있는 실리콘 나노입자는, 생물학적 형광 이미징, RGB(red, green, blue) 디스플레이, 포토닉스, 광전소자 등의 응용소재로 개발될 수 있어 많은 연구가 수행되고 있다. 실리콘 나노입자의 광학적 및 물리화학적 특성을 이용한 실용적인 응용 및 개발을 위해서는 그 특성의 조절이 용이한 제조법 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 Na(naphthalide)를 환원제로 사용한 용액환원법을 이용하여 한 단계로 입자표면이 알킬기로 안정화된 평균 <10 nm 크기의 실리콘 나노입자를 합성할 수 있는 방안을 시도하였다. 이를 위하여 실리콘 전구체로 알킬기를 포함하고 있는 (Octyl)$SiCl_3$ 단독 또는 (Octyl)$SiCl_3$와 $SiCl_4$의 혼합물을 사용하여 Si-Cl 결합의 환원을 통한 입자의 형성과 동시에 반응물에 포함된 Octyl 기에 의한 표면 안정화를 한번에 달성할 수 있었다. 합성한 실리콘 입자의 TEM/EDS, FTIR 분석결과 입자의 크기는 <10 nm이며, 표면이 알킬기로 덮여있어 소수성 용제인 헥산에 쉽게 용해되었으며 입자표면은 소량의 산화된 Si-O-Si 그룹을 포함하고 있었다. UV-vis 및 PL 분석결과 표면 알킬기를 포함하는 실리콘 나노입자의 전형적인 광 특성을 보여 간단한 반응단계를 통하여 표면이 Octyl기로 덮인 실리콘 나노입자를 합성할 수 있음을 보였다. 본 연구에서 시도한 합성법을 응용할 경우, 향 후 실리콘 나노입자의 표면에 다양한 기능기를 one-pot으로 도입할 수 있을 것으로 기대된다.
방사선 방법에 의해 실리카 나노입자에 CdS 나노입자를 코팅하였다. TEM분석결과, $SiO_2$ 나노입자 표면에 CdS의 입자의 크기는 대략 20 nm임을 확인 하였다. 또한, XRD 분석결과 결정체 화합물임을 확인하였다. PL 분석결과 PVP-CdS 나노입자와 $SiO_2$@CdS 복합체의 경우, 방출특성이 상당히 다르다는 것이 확인되었다. PVP-CdS의 경우, 방출스펙트럼이 550 nm-600 nm 에서 나타나고, $SiO_2$@CdS의 방출스펙트럼의 경우 단파장 이동함을 확인하였다. 또한 새로운 피이크 (450 nm) 나타남을 확인하였는데, 이는 CdS 의 유발양자 제한 효과에 의한 것으로 사료된다.
Quantum-structures with nanoparticles have been attractive for various electronic and photonic devices [1,2]. In recent, nonvolatile memories such as nano-floating gate memory (NFGM) and resistance random access memory (ReRAM) have been studied using silicides, metals, and metal oxides nanoparticles [3,4]. In this study, we fabricated nonvolatile memories with silicides (WSi2, Ti2Si, V2Si) and metal-oxide (Cu2O, Fe2O3, ZnO, SnO2, In2O3 and etc.) nanoparticles embedded in polyimide matrix, and photovoltaic device also with SiC nanoparticles. The capacitance-voltageand current-voltage data showed a threshold voltage shift as a function of write/erase voltage, which implies the carrier charging and discharging into the metal-oxide nanoparticles. We have investigated also the electrical properties of ReRAM consisted with the nanoparticles embedded in ZnO, SiO2, polyimide layer on the monolayered graphene. We will discuss what the current bistability of the nanoparticle ReRAM with monolayered graphene, which occurred as a result of fully functional operation of the nonvolatile memory device. A photovoltaic device structure with nanoparticles was fabricated and its optical properties were also studied by photoluminescence and UV-Vis absorption measurements. We will discuss a feasibility of nanoparticles to application of nonvolatile memories and photovoltaic devices.
We successfully synthesized $Fe_3O_4@SiO_2$ nanoparticles with ultrathin silica layer of $1.0{\pm}0.5$ nm that polyethyleneimine (PEI) with low molecular weight of 2.0-4.0 kDa was covalently conjugated with the resulting $Fe_3O_4@SiO_2$ nanoparticles by silane coupling reaction. The PEI-$Fe_3O_4@SiO_2$ nanoparticles were further used as gene delivery vector for a human fibroblast cell (IMR-90) line. Gene transfection efficiency of the PEI-$Fe_3O_4@SiO_2$ complexes did not increase remarkably after magnetofection; however, the addition of Lipofectamine 2000 significantly increased the transfection efficiency of the PEI-$Fe_3O_4@SiO_2$ complexes. We believe that the present approach could be utilized for magnetofection as alternative to $Fe_3O_4$ nanoparticles conjugated with the PEI of high molecular weight thanks to its relatively low cytotoxicity and high transfection efficiency.
Pt 나노입자의 합성과 이를 이용한 hybrid Pt-$SiO_2$ 나노입자의 합성을 성공적으로 수행하였으며, self-assembled Pt nanoparticles monolayer를 charge trapping layer로 활용하는 metal-oxide-semiconductor(MOS) type memory의 한 예로 non-volatile memory(NVM)의 응용을 보임으로써 나노입자의 활용 가능성을 보이고, 또한, hybrid Pt-$SiO_2$ 나노입자 박막 층의 제어를 통한 MOS type memory device에의 보다 더 넓은 활용 가능성을 보이고자 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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