Dung, Mai Xuan;Lee, June-Key;Soun, Woo-Sik;Jeong, Hyun-Dam
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.31
no.12
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pp.3593-3599
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2010
In an original effort, this lab attempted to employ polystyrene nanoparticles as a template for the synthesis of ordered and highly porous macroporous $SiO_2$ thin films, utilizing their high combustion temperature and narrow size distribution. However, polystyrene nanoparticle thin films were not obtained due to the low interaction between individual particles and between the particle and silicon substrate. However, polystyrene-polyacrylic acid (PS-AA) colloidal particles of a core-shell structure were synthesized by a one-pot miniemulsion polymerization approach, with hydrophilic polyacrylic acid tails on the particle surface that improved interaction between individual particles and between the particle and silicon substrate. The PS-AA thin films were spin-coated in the thickness ranges from monolayer to approximately $1.0\;{\mu}m$. Using the PS-AA thin films as sacrificial templates, macroporous $SiO_2$ thin films were successfully synthesized by vapor deposition or conventional solution sol-gel infiltration methods. Inspection with field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) showed that the macroporous $SiO_2$ thin films consist of interconnected air balls (~100 nm). Typical macroporous $SiO_2$ thin films showed ultralow refractive indices ranging from 1.098 to 1.138 at 633 nm, according to the infiltration conditions, which were confirmed by spectroscopy ellipsometry (SE) measurements. This research shows how the synthetic control of the macromolecule such as hydrophilic polystyrene nanopaticles and silicate sol precursors innovates the optical properties and processabilities for actual applications.
A simple and quick separation technique for selenite in natural water was developed using $TiO_2$@$SiO_2/Fe_3O_4$ nanoparticles. For the synthesis of nanoparticles, a polymer-assisted sol-gel method using hydroxypropyl cellulose (HPC) was developed to control particle dispersion in the synthetic procedure. In addition, titanium butoxide (TBT) precursor, instead of the typical titanium tetra isopropoxide, was used for the formation of the $TiO_2$ shell. The synthesized nanoparticles were used to separate selenite ($Se^{4+}$) in the presence of $Se^{6+}$ or selenium anions for the photocatalytic reduction to $Se^0$ atom on the $TiO_2$ shell, followed by magnetic separation using $Fe_3O_4$ nanoparticles. The reduction efficiency of the photocatalytic reaction was 81.4% at a UV power of 6W for 3 h with a dark adsorption of 17.5% to the nanoparticles, as determined by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS). The developed separation method can be used for the speciation and preconcentration of selenium cations in environmental and biological analysis.
Silicon nanoparticles have attracted a great deal of scientific interests due to its intense photoluminescence in the visible spectral region and its potential applications in biological fluorescence maker, RGB (red, green, blue) display, photonics and photovoltaics etc. Practical applications making use of optical and physicochemical properties of Si nanoparticles requires an efficient synthetic method which allows easy modulation of their size, size distribution as well as surface functionalities etc. In this study, a one-pot solution reduction scheme is attempted to prepare alkyl-terminated Si nanoparticles (<10 nm) with Si precursors, (Octyl)$SiCl_3$ or mixture of (Octyl)$SiCl_3$ and $SiCl_4$, containing alkyl-groups using Na(naphthalide) as reducing agent. The surface capping of Si nanoparticles with octyl-groups as well as Si nanoparticle formation was achieved in one-pot reaction. The hexane soluble Si nanoparticles with octyl-termination were in the range of 2-10 nm by TEM and some oxide groups (Si-O-Si) was present on the surface by EDS/FTIR analyses. The optical properties of Si nanoparticles measured by UV-vis and PL evidenced that photoluminescent Si nanoparticles with alkyl-termination was successfully synthesized by solution reduction of alkyl-containing Si precursors in one-pot reaction.
Nano-sized ${\beta}$-SiC nanoparticles were synthesized combined with a sol-gel process and a carbothermal process. TEOS and carbon black were used as starting materials for the silicon source and carbon source, respectively. $SiO_2$ nanoparticles were synthesized using a sol-gel technique (Stober process) combined with hydrolysis and condensation. The size of the particles could be controlled by manipulating the relative rates of the hydrolysis and condensation reactions of tetraethyl orthosilicate (TEOS) within the micro-emulsion. The average particle size and morphology of synthesized silicon dioxide was about 100nm and spherical, respectively. The average particles size and morphology of the used carbon black powders was about 20nm and spherical, respectively. The molar ratio of silicon dioxide and carbon black was fixed to 1:3 in the preparation of each combination. $SiO_2$ and carbon black powders were mixed in ethanol and ball-milled for 12 h. After mixing, the slurries were dried at $80^{\circ}C$ in an oven. The dried powder mixtures were placed in alumina crucibles and synthesized in a tube furnace at $1400{\sim}1500^{\circ}C$ for 4 h with a heating rate of $10^{\circ}C$/min under flowing Ar gas (160 cc/min) and furnace cooling down to room temperature. SiC nanoparticles were characterized by XRD, TEM, and SAED. The XRD results showed that high purity beta silicon carbide with excellent crystallinity was synthesized. TEM revealed that the powders are spherical shape nanoparticles with diameters ranging from 15 to 30 nm with a narrow distribution.
PURPOSE. The aim of the present study was to evaluate the color changes of an autopolymerizing PMMA resin used for interim fixed restorations, reinforced with $SiO_2$ nanoparticles. MATERIALS AND METHODS. Silica nanoparticles were blended with the PMMA resin powder through high-energy ball milling. Four shades of PMMA resin were used (A3, B3, C3, D3) and total color differences were calculated through the equations ${\Delta}E_{ab}=[({\Delta}L*)^2+({\Delta}a*)^2+({\Delta}b*)^2]^{1/2}$ and ${\Delta}E_{00}=[(\frac{{\Delta}L^{\prime}}{K_LS_L})^2+(\frac{{\Delta}C^{\prime}}{K_CS_C})^2+(\frac{{\Delta}H^{\prime}}{K_HS_H})^2+R_T(\frac{{\Delta}C^{\prime}}{K_CS_C})(\frac{{\Delta}H^{\prime}}{K_HS_H})]^{1/2}$. Statistically significant differences between ${\Delta}E_{ab}$ and the clinically acceptable values of 3.3 and 2.7 and those between ${\Delta}E_{00}$ and the clinically acceptable value of 1.8 were evaluated with one sample t-test (P<.05). Differences among the different shades were assessed through One-Way ANOVA and Bonferroni multiple comparison tests. RESULTS. Significantly lower values were detected for all groups concerning ${\Delta}E_{ab}$ compared to the intraorally clinical acceptable values of 3.3 and 2.7. Significantly lower mean values were detected for groups B3, C3, and D3, concerning ${\Delta}E_{00}$ compared to the intraorally clinical acceptant value of 1.8. Color pigments in red-brown (A3) and red-grey (D3) shades affect the total color change to a greater extent after the reinforcement with $SiO_2$ nanoparticles compared to the red-yellow (B3) shade. CONCLUSION. Within the limitations of this in vitro study, it can be suggested that reinforcing PMMA with $SiO_2$ nanoparticles at 0.25 wt% slightly affects the optical properties of the PMMA resin without being clinically perceivable.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.22
no.3
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pp.281-288
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2005
The silica nanoparticles were used as support of catalyst, filling material, electronic assembler, thin film material, and sensor material. And, the titania nanoparticles were used as pigment, dielectric substance, sensor and photocatalyst. In this paper, the spherical composite particles of $TiO_2/SiO_2$with narrow size distribution and phase pure were synthesized by ultrasonic spray pyrolysis method from $TiOSO_4$ and colloidal silica solution. Using ultrasonic apparatus, this starting solution was vaporized to droplets, and these droplets were induced into tube furnace by carrier gas. The resulting composite powder was characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction analysis, TG-DTA, in vitro sun protection factor(SPF) and BET surface area analysis.
Well-ordered $TiO_2$ nanotubes with Au nanoparticles are a desirable configuration to enhance the gas sensing properties such as response and selectivity due to their high surface area to volume ratio and catalytic effect of Au nanoparticles. We have synthesized the well-ordered $TiO_2$ nanotubes directly on a Pt IDEs patterned $SiO_2/Si$ substrate and then decorated Au nanoparticles on inner and outer surface of $TiO_2$ nanotubes using electrodeposition method. The Au-decorated $TiO_2$ nanotubes shows ultrahigh response to $C2_H_5OH$ and the highest increasing ratio to $H_2$ compared with other gases.
Superhydrophobic $SiO_2$ layers with a micro-nano hierarchical surface structure were prepared. $SiO_2$ layers deposited via an electrospray method combined with a sol-gel chemical route were rough on the microscale. Au particles were decorated on the surface of the microscale-rough $SiO_2$ layers by use of the photo-reduction process with different intensities ($0.11-1.9mW/cm^2$) and illumination times (60-240 sec) of ultraviolet light. With the aid of nanoscale Au nanoparticles, this consequently resulted in a micro-nano hierarchical surface structure. Subsequent fluorination treatment with a solution containing trichloro(1H,2H,2H,2H-perfluorooctyl)silane fluorinated the hierarchical $SiO_2$ layers. The change in surface roughness factor was in good agreement with that observed for the water contact angle, where the surface roughness factor developed as a measure needed to evaluate the degree of surface roughness. The resulting $SiO_2$ layers revealed excellent repellency toward various liquid droplets with different surface tensions ranging from 46 to 72.3 mN/m. Especially, the micro-nano hierarchical surface created at an illumination intensity of $0.11mW/cm^2$ and illumination time of 60 sec showed the largest water contact angle of $170^{\circ}$. Based on the Cassie-Baxter and Young-Dupre equations, the surface fraction and work of adhesion for the micronano hierarchical $SiO_2$ layers were evaluated. The work of adhesion was estimated to be less than $3{\times}10^{-3}N/m$ for all the liquid droplets. This exceptionally small work of adhesion is likely to be responsible for the strong repellency of the liquids to the micro-nano hierarchical $SiO_2$ layers.
Amphiphobic thin films for touched panel application was prepared by $SiO_2$ nanoparticles self-assembled nanostructure. Silicon dioxide nano spheres were prepared by sol-gel method and well dispersed in a solution with surfacants of low surface energy. Nanostrcture thin films were obtained by spin coating technologies.
A preparation method for gadolinium compound (GdC) nanoparticles coated with silica ($GdC/SiO_2$) is proposed. GdC nanoparticles were prepared with a homogeneous precipitation method at $80^{\circ}C$ using $1.0{\times}10^{-3}$ M $Gd(NO_3)_3$, 0.5 M urea and $0-3.0{\times}10^{-4}$ M ethylenediarinnetetraacetic acid disodium salt dihydrate (ETDA) in water. As a result of preparation at various EDTA concentrations, GdC nanoparticles with a size as small as $40.5{\pm}6.2$ nm, which were colloidally stable, were prepared at an EDTA concentration of $2.0{\times}10^{-4}$ M. Silica-coating of the GdC nanoparticles was performed by a St$\ddot{o}$ber method at $35^{\circ}C$ using $1.0-10.0{\times}10^{-3}$ M tetraethylorthosilicate (TEOS), 11 M $H_2O$ and $1.5{\times}10^{-3}$ M NaOH in ethanol in the presence of $1.0{\times}10^{-3}$ M GdC nanoparticles. Performance of preparation at various TEOS concentrations resulted in production of $GdC/SiO_2$ particles with an average size of $106.1{\pm}11.2$ nm at a TEOS concentration of $5.0{\times}10^{-3}$ M. The gadolinium (Gd) concentration of $1.0{\times}10^{-3}$ M in the as-prepared $GdC/SiO_2$ particle colloid solution was increased up to a Gd concentration of 0.2 M by concentrating with centrifugation. The core-shell structure of $GdC/SiO_2$ particles was undamaged, and the colloid solution was still colloidally stable, even after the concentrating process. The concentrated $GdC/SiO_2$ colloid solution showed images of X-ray and magnetic resonance with contrast as high as commercial Gd complex contrast agents.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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