Silicon nanoparticle is a promising material for electronic devices, photovoltaics, and biological applications. Here, we synthesize silicon nanoparticles via $CO_2$ laser pyrolysis and study the hydrogen flow effects on the characteristics of silicon nanoparticles using high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), X-ray diffraction (XRD), and UV-Vis-NIR spectrophotometry. In $CO_2$ laser pyrolysis, used to synthesize the silicon nanoparticles, the wavelength of the $CO_2$ laser matches the absorption cross section of silane. Silane absorbs the $CO_2$ laser energy at a wavelength of $10.6{\mu}m$. Therefore, the laser excites silane, dissociating it to Si radical. Finally, nucleation and growth of the Si radicals generates various silicon nanoparticle. In addition, researchers can introduce hydrogen gas into silane to control the characteristics of silicon nanoparticles. Changing the hydrogen flow rate affects the nanoparticle size and crystallinity of silicon nanoparticles. Specifically, a high hydrogen flow rate produces small silicon nanoparticles and induces low crystallinity. We attribute these characteristics to the low density of the Si precursor, high hydrogen passivation probability on the surface of the silicon nanoparticles, and low reaction temperature during the synthesis.
본 연구는 이산화규소 나노입자의 급성독성을 확인하기 위해 여러 농도로 마우스의 복강에 주사한 다음 24시간 후에, 혈액학적, 혈액생화학적, 그리고 병리조직학적인 검사를 수행하였다. 혈액학적 검사에서, group II (100 mg/kg 이산화규소 나노입자)에서는 lymphocyte와 monocyte의 수치가 대조군과 비교하여 통계적으로 유의한 차이를 나타내었으며(p < 0.05), group III (200 mg/kg 이산화규소 나노입자)에서는 lymphocyte, monocyte, 그리고 hemoglobin의 수치가 대조군과 비교하여 통계적으로 유의한 차이를 나타내었다(p < 0.05). 혈액생화학적 검사에서, group II의 경우에는 ALT가, group III의 경우에는 AST, ALT, BUN, 그리고 creatinine이 대조군과 비교하여 통계적으로 유의한 차이를 나타내었다(p < 0.05). 병리조직학적 관찰에서는, group III의 간과 신장 조직에서 미약한 독성작용이 관찰되었다. 향후, 이산화규소 나노입자에 대한 장기적인 연구를 통해 독성영향 및 작용기전을 규명할 필요가 있는 것으로 사료된다.
Hong, Seokhyeon;Lee, Young Jin;Moon, Kihwan;Kwon, Soon-Hong
Current Optics and Photonics
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제1권3호
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pp.228-232
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2017
We propose a reflector-type perfect absorber with double absorption lines using electric and magnetic dipoles of Mie resonances in an array of silicon nanospheres on a silver substrate. In the visible range, hundreds of nanometer-sized nanospheres show strong absorption lines up to 99%, which are enhanced by the interference between Mie scattering and reflections from the silver substrate. The air gap distance between the silicon particles and silver substrate controls this interference, and the absorption wavelengths can be controlled by adjusting the diameter of the silicon particles over the entire range of visible wavelengths. Additionally, our structure has a filling factor of 0.322 when the absorbance is nearly 100%.
In this paper, we propose a new method to infiltrate $Fe_3O_4$-nanoparticles into a porous silicon film and a monitoring technique to detect packing density of nanoparticles within the film. Recently, research to use porous silicon as a drug carrier or a new functional sensor material by infiltrating $Fe_3O_4$-nanoparticles has been extensively performed. However, it is still necessary to enhance the packing density and to develop a monitoring technique to detect the packing density in real time. In this light, we forcibly injected a nanoparticle solution into a rugate-structured free-standing porous silicon (FPS) film by applying a pressure difference between the two sides of the film. We found that the packing density by the pressure-infiltration method proposed in this paper is enhanced, relative to that by the previous diffusion method. Moreover, a continuous shift in wavelength of the rugate reflectance peak measured from the film surface was observed while the nanoparticle solution was being injected. By exploiting this phenomenon, we could qualitatively monitor the packing density of $Fe_3O_4$-nanoparticles within the FPS film with the injection volume of the nanoparticle solution.
Silicon nanoparticles are widely studied as a material with great potential for wide applications. For application to present industry, it should be easy to control the characteristics of nanoparticle including the size and structure. In this paper, we investigated the formation of Si nanoparticle using pulse plasma technology. Plasma technology is already quite common in device industry and the size of nanoparticle can be easily controlled according to plasma pulse duration. An inductively-coupled plasma chamber with RF power (13.56 MHz) was used with DC-biased grid $(-200\sim+200\;V)$ installed above the substrate. In order to measure the shape and size of nanoparticle, TEM was used. It was found that the size of nanoparticles can be controlled well with the plasma pulse duration and the collection efficiency is increased with the use of either negative or positive DC-bias.
New synthetic route and characterization of alkyl-capped nanocrystalline silicon (R-n-Si) were achieved from the reaction of silicon tetrachloride with sodium/benzophenone ketal reducing agent followed by n-butyllithium. Surface of silicon nanoparticles was derivatized with butyl group. Effect of oxidation of silicon nanoparticle with benzophenone was investigated for their stabilization. Optical characteristics of silicon nanoparticles were characterized by fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), ultraviolet-visible spectroscopy (UV-vis), and photoluminescence (PL) spectroscopy. Butyl-capped silicon nanoparticles exhibited an emission band at 410 nm with excitation wavelength of 360 nm. Average size of n-butyl-capped silicon nanoparticles was obtained by particle size analyzer (PSA) and transmission electron microscopy (TEM). Average size of n-butyl-capped Si nanoparticles was about 6.5 nm.
Photoluminescent porous silicon (PSi) were prepared by an electrochemical etch of n-type silicon under the illumination with a 300 W tungsten filament bulb for the duration of etch. The red photoluminescence emitting at 620 nm with an excitation wavelength of 450 nm is due to the quantum confinement of silicon nanocrystal in porous silicon. As-prepared PSi was sonicated, fractured, and centrifuged in toluene to obtain photoluminescence silicon quantum dots. BET and BHJ methods were employed to study the specific surface area of as-prepared PSi. Optical characterization of red photoluminescent silicon nanocrystal was investigated by UV-vis and fluorescence spectrometer. Also SEM and TEM images of porous silicon and nanoparticles were investigated.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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