염기/산 촉매 혼합 졸과 산화 프로필렌(PO) 변성 실리카 졸을 사용하여 투과율이 우수한 이중층 및 삼중층 광대역 반사 방지(AR) 필름을 성공적으로 제작했습니다. 졸 및 필름은 주사 전자 현미경(SEM), 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR), 핵 자기 공명(NMR), 투과 전자 현미경(TEM) 및 주사 투과 전자 현미경(STEM)으로 특성화되었습니다. FTIR 및 TEM 결과는 PO 분자가 실리카 입자에 공유 결합되어 있으며 PO 개질 실리카 졸에 존재하는 브리지 구조가 상부 층의 낮은 밀도를 담당한다는 것을 시사합니다. 단면 STEM으로 서로 다른 층 사이의 밀도 비율을 측정한 결과, 이중층 및 삼중층 필름의 경우 하부층에서 상부층으로 각각 1.69:1 및 2.1:1.7:1이었습니다. 이중층 필름은 레이저 시스템에서 351nm의 중심 파장에서 99.8%, 1053nm의 중심 파장에서 거의 99.5%로 우수한 안정성을 보여주며, 삼중층 AR 필름의 경우 최대 투과율이 351nm에서 거의 100%에 도달했습니다. 527 및 1053nm의 중심 파장 모두.
<섹션 데이터-제목="배경">광대역 반사 방지(AR) 필름은 자동차 창, 태양 전지, 레이저 시스템 및 많은 에너지 관련 응용 분야와 같은 광학 장치에 널리 사용되어 빛의 가용성을 증가시킵니다[1,2,3,4,5,6,7 ]. 좋은 AR 필름을 만들기 위해서는 필름의 두께와 광학적 반사율의 조절이 필요하며, 다음의 원칙을 만족해야 합니다. 피> $$ {\boldsymbol{n}}_{\boldsymbol{c}}={\left({\boldsymbol{n}}_{\boldsymbol{a}}\times {\boldsymbol{n}}_{\boldsymbol {s}}\right)}^{\mathbf{0.5}} $$ (1)
여기서 n ㄷ , n 아 , 및 n s 필름, 공기 및 기판의 굴절률은 각각 [8, 9]입니다.
일반적으로 광대역 AR 필름은 리소그래피[10, 11], 층별 조립[12, 13], 블록 공중합체 상 분리[14, 15] 및 졸-겔 방법[16]과 같은 전통적인 방법으로 제조할 수 있습니다. ,17,18]. 그 중 졸-겔법은 표면의 형태나 크기에 관계없이 기판 상에서 저비용, 간단한 조작 공정, 제어 가능한 미세구조 및 용이한 대량 생산으로 인해 많은 관심을 받고 있다. 그러나 단점은 하나의 파장에만 국한되고 V자형 반사 스펙트럼을 동반하여 피크 위치에서 벗어날 때 투과율이 급격히 감소한다는 것입니다. 많은 상황, 특히 레이저 시스템에서 1053nm 레이저를 351nm 레이저로 변환하는 과정은 어떤 경우에는 광학 부품을 통과하는 351, 527, 1053nm의 레이저 빔과 AR이 동시에 존재함을 의미합니다. 두 개 또는 세 개의 파장에서 동시에 효과적인 필름이 매우 바람직합니다. 이중층 또는 삼중층 광대역 반사방지(AR) 필름은 레이저 시스템 요구 사항을 충족하는 좋은 솔루션입니다. 식에 따르면 1, 이중 및 삼중 필름을 준비하기 위한 핵심 매개변수는 각 층의 굴절률을 조정하는 것입니다. 각 층의 다공성(또는 밀도)은 이전 연구[18,19,20]에서 입증된 바와 같이 굴절률에 상당한 영향을 미칩니다. 효과적인 매질 이론에 따르면 다공성 물질의 굴절률은 [21]과 같습니다.
$$ {\boldsymbol{n}}_{\boldsymbol{p}}^{\mathbf{2}}=\left({\boldsymbol{n}}_{\boldsymbol{s}}^{\mathbf{2 }}-\mathbf{1}\right)\left(\mathbf{1}-\boldsymbol{p}\right)+\mathbf{1} $$ (2)여기서 n p 그리고 n s 다공성 물질과 고체 물질의 굴절률을 각각 나타내며, p 다공성 물질의 다공성입니다. 그러나 두께가 수십~100나노미터에 불과해 필름의 기공크기, 입자크기, 기공도 등을 측정하기 어렵다. 보고된 다공성 측정 방법의 대부분은 계산되거나 유추됩니다. 예를 들어, Orignac et al. [22] 다공성 부피 분율 V 보고 p는 SEM 이미지에서 측정된 기공 면적의 합과 샘플의 전체 이미징 면적 간의 비율로 추정됩니다. Xiao et al. [23]은 반사율과 산 또는 염기 촉매 졸 비율 사이의 관계를 기반으로 반사율을 측정했습니다. 그들은 혼합 AR 필름의 굴절률이 산-염기 촉매 졸 비율에 비례한다는 것을 발견했습니다. 산성 촉매로 실리카 졸의 성장은 선형 사슬을 형성하는 경향이 있어 산 촉매된 AR 필름에 1.44의 굴절률을 제공합니다. 염기 촉매 및 산 촉매 실리카 졸을 함께 혼합함으로써 굴절률이 1.22에서 1.44까지 다양한 AR 필름을 제조할 수 있습니다. Ye et al. [24, 25]는 Brunauer–Emmett–Teller의 ( BET) 표면적 테스트 방법. 필름의 기공도를 정량적으로 입증하기 위해 필름 제조와 유사한 조건에서 제로겔 분말을 제조하였으므로 이들 제로겔 분말의 BET 데이터는 어느 정도 해당 필름의 실제 물성에 가까워야 한다. 이 방법을 사용하여 필름의 기공도를 대략적으로 계산할 수 있지만 필름과 제로겔 분말 간의 데이터 오류를 확인하기가 어렵습니다.
이 작업에서 이중/삼중 필름의 단면 형태는 SEM 및 TEM으로 특성화되었습니다. 두 층 각각의 기공과 실리카 입자의 크기를 분석하였다. 결과는 실리카 입자뿐만 아니라 기공의 크기가 바닥에서 상부 층으로 증가함을 보여줍니다. 또한 두 레이어 사이에 명백한 인터페이스가 있습니다. 이중/삼중 필름에서 하부에서 상부 필름까지의 밀도비는 요소 신호 강도에 따라 암색 STEM으로 측정되었습니다. 밀도비는 이중층 및 삼중층 필름의 경우 각각 1.69:1 및 2.1:1.7:1입니다. 먼저, 이중층 및 삼중층 광대역 AR 필름을 풀링 방법을 통한 졸-겔 공정으로 제조했습니다. 하부층은 산 촉매 및 염기 촉매 실리카 졸을 혼합하여 제조하고, 상부층은 문헌 보고서[26]에 따라 PO 개질된 실리카 졸로부터 제조하였다. 졸은 TEM, FTIR 스펙트럼 및 NMR 스펙트럼으로 특성화되었습니다. 그 결과 PO 분자가 실리카 입자에 공유 결합되어 있으며 PO 개질 실리카 졸에 존재하는 브릿지 구조가 상부층의 낮은 밀도에 기여함을 보여주었다. 이중층 실리카 필름은 351nm 레이저와 1053nm 레이저 파장에서 동시에 높은 투과율을 보였습니다. 또한, 필름은 양호한 안정성을 나타내었다. 63일 이후에는 초기 스펙트럼과 뚜렷한 차이가 없었습니다.
다양한 졸의 준비 과정은 문헌 보고서[26]에 근거하며 다음과 같습니다.
테트라에틸 실리케이트(164g)를 무수 에탄올(1385g), 암모니아수(25~28%) 8.7g, 탈이온수(10g)와 혼합했습니다. 용액을 밀폐된 유리 용기에 넣고 30°C에서 2시간 동안 교반한 다음 25°C에서 7일 동안 숙성했습니다. 그런 다음 암모니아를 제거하기 위해 24시간 이상 환류했습니다. 이것은 에탄올 중 실리카의 3중량% 염기 촉매 졸을 생성하고, 이를 사용하기 전에 0.22lm PVDF 멤브레인 필터를 통해 최종적으로 여과하였다.
테트라에틸 실리케이트(104g)를 무수 에탄올(860g) 및 진한 염산(0.2g)이 포함된 물(36g)과 혼합했습니다. 용액을 밀폐된 유리 용기에 넣고 30°C에서 2시간 동안 교반한 다음 25°C에서 7일 동안 숙성했습니다. 이것은 3%의 등가 실리카 농도를 갖는 에탄올 중의 산 촉매 실리카 졸을 수득하였다. 또한 사용하기 전에 0.22μm PVDF 멤브레인 필터를 통해 여과했습니다.
3% 기반의 실리카 졸과 3%의 산촉매 실리카 졸을 비율로 혼합하여 총실리카 0~80%의 산촉매 실리카를 제조하고 30°C에서 2시간 동안 교반하였다.
테트라에틸실리케이트(164g)에 무수에탄올(1385g), 암모니아수(25~28%) 8.7g, 탈이온수(10g)를 섞은 다음 0.92, 1.84, 2.76, 3.64, 4.6, 7.36, 9.2g의 PO도 혼합 용액에 첨가되어 실리카에 대한 PO의 중량비가 각각 2-20%가 되도록 했습니다. 최종 용액을 밀폐된 유리 용기에 넣고 30°C에서 2시간 동안 교반한 다음 25°C에서 14일 동안 숙성했습니다.
용융 실리카 기질을 10분 동안 아세톤에서 초음파 처리하고 클린룸 와이퍼를 사용하여 조심스럽게 닦았습니다. 이중층 실리카 AR 필름의 경우, 잘 세척된 용융 실리카 기판에 Sol C와 Sol D를 각각 딥 필름으로 증착했습니다. 각 필름의 두께는 회수율을 조정하여 미세하게 조정되었습니다. 필름은 주변 대기에서 8시간 동안 160°C에서 열처리되었습니다. 3층 실리카 AR 필름은 Ye et al.의 보고서에 따라 준비되었습니다. [24] 간단히. PVDF로 개질된 염기 촉매 실리카 졸은 3층 필름의 중간층에 사용되었습니다. PVDF로 개질된 염기와 산 촉매의 혼합물이 바닥층에 사용되었습니다. 최종 ORMOSIL 졸은 3층 필름의 최상층에 사용된 Sol E로 명명되었습니다.
실리카 졸 및 AR 필름의 미세구조 및 형태는 실리카 졸의 미세구조 및 형태를, AR 필름은 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR, IRTracer100), 핵자기공명(NMR, EchoMRI-500), 주사전자현미경( SEM, JEOL JSM-7001F at 15kV) 및 투과 전자 현미경(TEM, JEM-2010FEF). 동일한 장비를 사용하여 SAED(Selected Area Electron Diffraction)도 기록했습니다.
입자 크기와 분포는 AR 필름의 최종 특성을 결정하는 실리카 졸의 중요한 특성입니다. 실리카 졸의 TEM 이미지는 각각 그림 1a, b에 나와 있습니다. 졸 입자 사이에 명백한 응집을 볼 수 있습니다. 삽입된 크기 분포 히스토그램은 10nm의 평균 크기를 보여줍니다. SAED 스펙트럼(그림 1b 삽입)은 입자가 비정질임을 나타냅니다. 그림 1c, d는 PO 개질 실리카 졸의 TEM 이미지를 보여줍니다. 실리카 입자가 뭉쳐지고 경계가 흐려져 실리카 입자 사이에 일부 연결이 있음을 시사합니다[27, 28]. 결과는 이전 보고서[27, 29]와 일치합니다. PO는 하이드록실 그룹을 포함하므로 유사한 "다리 구조"가 졸에서 더 큰 입자 형성을 담당합니다. PO가 첨가되면 SiO2 사이에 일부 화학적 연결이 형성됩니다. 입자. "PO 다리"는 C-O-Si 결합 또는 수소 결합으로 연결될 수 있습니다[26]. 입자 크기의 범위(그림 1d에 삽입됨)는 PO가 없는 입자의 범위보다 9~13nm 사이입니다. 입자가 클수록 필름 밀도가 낮아져 굴절률이 낮아집니다[29].
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아 실리카 졸 C의 저배율 TEM 이미지. b 실리카 졸 C의 고배율 TEM 이미지. c 실리카 졸 D의 저배율 TEM 이미지. d 실리카 졸 D의 고배율 TEM 이미지. 이미지의 삽입은 해당 입자 크기 분포 히스토그램 및 SEAD 스펙트럼입니다.
얻어진 sol C 및 sol D의 FTIR 스펙트럼은 그림 2에 나와 있습니다. 흡수 피크는 1099 및 800cm -1 입니다. (두 스펙트럼 모두에 나타남)은 실리카 입자의 존재를 나타내는 Si-O-Si 비대칭 및 대칭 신축 진동에 할당되었습니다. 962cm −1 에서 흡수 피크 Si-OH의 신축 진동에 할당되었습니다. 또한 1278cm −1 에서 흡수 피크 C-O 결합의 스트레칭에 할당되었으며 2972, 2928 및 2872cm -1 에서 흡수 피크 (그림 2b)는 PO 분자의 알킬기의 진동에 할당되어 PO 분자가 실리카 입자에 공유 결합되어 있음을 시사합니다[23, 30].
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아 실리카 졸 C의 FTIR 스펙트럼. b 실리카 졸 D의 FTIR 스펙트럼
13 C HMR 스펙트럼 및 1 실리카 졸의 H NMR 스펙트럼은 그림 3에 나와 있습니다. 13 의 경우 C HMR, 48ppm에서 피크(그림 3a, b)는 Si-OCH3의 존재에 기인합니다. 에어로겔 네트워크의 그룹. 또한 그림 3b에 표시된 66ppm의 피크는 Si-CH2의 존재에 기인합니다. – [31]. 이는 실리카 졸에 PO가 첨가되었기 때문일 수 있습니다. 그림 3d에서 3.3~3.6ppm 사이의 피크는 Si-OCH2에 기인합니다. – 실리카의 골격에 결합된 PO의 존재를 나타냅니다[31,32,33]. 1.6ppm의 피크는 Si–CH3의 존재를 나타냅니다. 실리카 매트릭스 [34,35,36].
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아 실리카 졸 C의 13C NMR 스펙트럼. b 13C NMR 스펙트럼 실리카 졸 D. c c 실리카 졸 C의 1H NMR 스펙트럼. d 실리카 졸 D의 1H NMR 스펙트럼
SEM 이미지(그림 4a-d)는 각각 졸 C와 졸 D로 코팅된 단층 필름의 표면 형태와 단면을 보여줍니다. 두 필름의 두께는 균일합니다. 졸 D 기반 필름은 졸 C 기반 필름에 비해 다공성 형태를 보여 PO 변형이 필름의 밀도를 감소시킬 수 있음을 나타냅니다.
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아 sol C 기반 단층 필름의 SEM 이미지. ㄴ sol C 기반 단층 필름의 단면 SEM 이미지. ㄷ sol D 기반 단층 필름의 SEM 이미지. d sol D 기반 단층 필름의 단면 SEM 이미지
TEM은 나노 규모의 구조 조사에 이상적인 도구이며 인터페이스에 대한 보다 자세한 정보를 조사할 수 있습니다. 이중층 필름의 단면 TEM 이미지는 그림 5에 나와 있습니다. 그림 5a와 같이 바닥층과 실리콘 기판 사이에는 계면 영역이 있습니다. 상층과 하층 사이의 경계면(그림 5b)은 명확하고 뚜렷했는데, 이는 밀도와 입자 크기의 차이로 인한 두 레이어의 불일치로 인한 것일 수 있으며[35], 이는 명백한 침투가 발생하지 않았음을 시사합니다. 두 레이어 사이. 삽입된 FTIR 지문 스펙트럼은 필름이 비정질임을 나타냅니다. 도 5f에서, 하단 레이어는 컴팩트한 반면 상단 레이어는 다공성임을 알 수 있습니다(대비 차이에 따라). 바닥층은 산성 촉매 조건 하에서 준비되었고 실리카 졸의 성장은 선형 사슬을 형성하는 경향이 있고 최종적으로 소성 후에 강하게 가교된 기공 프레임워크로 성장하기 때문입니다. 반면에, 염기성 촉매 조건에서 제조된 상부층은 PO 분자와 실리카 입자의 스택으로부터 높은 부피를 가졌다. 단면 TEM 이미지와 요소 선형 스캐닝 이미지는 그림 5c–e에 나와 있으며, 두 레이어 사이의 계면 위치에 날카로운 모서리가 나타납니다. 밀도 비율은 1.69:1입니다.
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아 Si 기판과 실리카 필름 사이의 계면 영역의 HRTEM 이미지. ㄴ 두 층 사이의 계면 영역의 TEM 이미지. 삽입은 푸리에 변환 스펙트럼입니다. ㄷ –이 STEM을 통한 이중층 실리카 필름의 EDS 이미지. 에 이중층 필름의 단면 TEM 이미지
3층 필름의 단면 TEM 이미지는 그림 6a, b(고배율)에 나와 있습니다. 도 6a에서는 서로 다른 층의 기공 크기를 분석하였다. 하단, 중간 및 상단 레이어의 특수 기공 크기는 각각 5.1, 7.8, 10.2 nm로 하단에서 상단으로 밀도가 감소했음을 나타냅니다. 서로 다른 레이어의 밀도가 확연히 다르기 때문에 인터페이스를 명확하게 볼 수 있습니다(그림 6b). 하부층 필름의 실리카 입자 크기는 더 작고 조밀하게 분포되어 있는 반면, 상부층의 입자는 불연속적으로 분포되어 있다. 삼층 필름의 DF-TEM 이미지는 그림 6c에 나와 있습니다. 요소 선형 스캔 이미지는 그림 6d–e에 나와 있습니다. 밀도 비율은 하단에서 상단까지 2.1:1.7:1입니다.
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아 3층 필름의 TEM 이미지. ㄴ 동일한 샘플의 고배율 TEM 이미지. ㄷ 단면 삼층 필름의 DF-STEM 이미지. d , e STEM을 통한 이중층 실리카 필름의 EDS 이미지
그림 7a, b는 용융 실리카 기판의 이중 및 삼중 AR 필름에 대해 별도로 투과율 스펙트럼을 보여줍니다. 이중층 AR 필름의 최대 투과율은 중심 파장 351nm에서 99.8%, 중심 파장 1053nm에서 거의 99.5%에 달했습니다. 3층 AR 필름의 경우 최대 투과율은 527 및 1053nm의 중심 파장 모두에서 거의 100%에 도달했습니다. 또한 이중층 AR 필름의 경우 63일 이후에 뚜렷한 저하가 없습니다(그림 7c).
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아 용융 실리카 기판 위의 이중층 AR 필름의 투과 스펙트럼. ㄴ 용융 실리카 기판 위의 3층 AR 필름의 투과 스펙트럼. ㄷ 7, 35, 63일 후 이중층 AR 필름의 투과율
이중/삼중층 광대역 AR 필름은 졸-겔 공정으로 제조되었습니다. 졸과 필름은 FTIR, NMR 및 TEM으로 특성화되었습니다. FTIR 스펙트럼은 PO 분자가 실리카 입자에 공유 결합되었음을 나타냅니다. PO 변형 졸에 존재하는 브리지 구조는 밀도가 낮은 층에서 더 큰 실리카 입자에 기여합니다. 기공 크기와 입자 크기는 모두 하단 레이어에서 상단 레이어로 증가하는 경향을 보여줍니다. 각각의 두 레이어 사이에 명백한 인터페이스가 관찰될 수 있습니다. 서로 다른 층 사이의 밀도 비율은 단면 STEM으로 측정됩니다. 이중층 필름의 경우 하단층과 상단층의 밀도 비율은 1.69:1입니다. 3층 필름의 경우 하단층, 중간층 및 상단층의 밀도 비율은 2.1:1.7:1입니다. 이중층 AR 필름은 351 및 1053nm 파장에서 동시에 우수한 투과율을 나타내는 반면, 삼중층의 최대 투과율은 527 및 1053nm에서 거의 100%로 나타났습니다. 게다가 63일 이후의 투과율은 2중 AR 필름과 별반 차이가 없습니다.
나노물질
초록 CdO 및 MgO 층으로 구성된 단주기 초격자(SL)에서 밴드 갭 거동의 경향은 CdO 하위층의 여러 두께에 대해 실험적 및 이론적으로 분석되었습니다. SL의 광학 특성은 200-700nm 파장 범위의 실온에서 투과율 측정을 통해 조사되었습니다. {CdO/MgO} SL의 직접 밴드 갭은 4개의 단층의 동일한 MgO 층 두께를 유지하면서 1개에서 12개의 단층으로 CdO의 두께를 변경하여 2.6에서 6eV로 조정되었습니다. 직접 및 간접 밴드갭의 구한 값은 이론적으로 ab initio 방법으로 계산된 값보다 높지만 동일한 경향
초록 파킨슨병(PD)은 중뇌에서 도파민성 뉴런의 점진적인 소실을 특징으로 하며, 줄기 세포 이식 방법은 치료를 위한 유망한 전략을 제공합니다. 이러한 연구에서 생체 내 이식된 세포의 생물학적 행동을 추적하는 것은 줄기 세포 기능에 대한 기본 이해와 임상 효과 평가에 필수적입니다. 본 연구에서 우리는 열분해 방법과 2단계 개질을 통해 폴리아크릴산(PAA)과 메톡시폴리에틸렌글리콜아민(PEG)으로 코팅된 새로운 초소형 초상자성 산화철 나노입자를 개발했습니다. USPIO-PAA/PEG NP는 TEM 및 FTIR에서 볼 수 있듯이 10.0
