원자힘 주사현미경에 의한 무기물 입자의 특성

Abstract

AFM(Atomic Force Microscopy, 원자힘 주사 현미경)은 원자수준에서 표면의 형상을 관찰할 수 있는 장치이다. 그러나 무기물 입자의 특성연구에 AFM을 응용한 예는 아직 많이 발표되어 있지 않다. 그 이유는 무기물 입자물 관찰할 경우 시료 표면의 거칠기가 AFM의 주사 한계를 넘어서는 경우가 많고, 탐침의 하전 현상으로 인해 입자를 주사하는 도중 끌고 다니기 때문이다. 본 논문에서는 속이 빈 것과 속이 비지 않은 산화아연, 겉이 매끈한 것과 매끈하지 않은 알루미나 입자를 분무 열분해에 의해 제조하여 그 특성을 AFM으로 조사하였다. 이소부틸알코올 용액에 각 입자를 20 ㎎/mL 정도 분산시킨 후 150℃ 전기 오븐에서 한시간 정도 열처리하면 AFM 주사하는 도중 입자가 움직이는 현상이 없는 것을 확인하였다. 또한 주사하는 조건으로서 비접촉모드에서 탐침의 스프링 상수가 20-100 N/m인 것을 사용할 때, 입자의 3-D 이미지와 페이즈 이미지를 얻을 수 있었고, 산화 아연의 경우 속이 빈 입자와 속이 비지 않은 입자를 구분할 수 있었다. 알루미나의 경우는 SEM에 의해서는 수백 나노미터 수준의 거칠기 차이를 확인하지 못했으나, AFM에 의해서는 수십 나노미터 수준에서의 거칠기 차이를 측정할 수 있었다. Force-distance curve로부터 속이 빈 산화 아연 입자와 속이 비지 않은 산화 아연 입자의 거동이 다른 것을 확인하였다.