플라즈모닉 귀금속 나노구조물의 합성 및 광학적 응용

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 자연과학대학 화학부, 2020. 8. 장두전.In this dissertation, synthesis and optical application of plasmonic noble metal nanostructures are mainly discussed. Various methods to fabricate core-shell, nanoshells, nanospike, and nanoparticle arrays structures have been investigated. The optical and morphological properties of as-prepared nanostructures have been also studied by using UV/vis spectroscopy, Raman spectroscopy, and electron microscopy. A brief overview on preparation methods and the plasmonic resonance of noble metal nanostructures are presented in Chapter 1. Chapter 2 presents the metal-enhanced fluorescence (MEF) of gold nanoclusters adsorbed onto Ag@SiO2 core-shell nanoparticle. The static and time-resolved MEF of Au25-adsorbed Ag@SiO2 core-shell nanoparticles (NPs) has been studied systematically with variation of shell thicknesses, core sizes, and excitation wavelengths. The emission of Au25-adsorbed Ag@SiO2 NPs is blue-shifted and highly enhanced compared with that of free Au25 clusters. The photoluminescence (PL) intensity of Au25-adsorbed Ag@SiO2 NPs is higher as much as 7.4 times than that of free Au25 clusters. The increase of the radiative decay rate constant with separation is identical to that of PL enhancement, suggesting that the MEF of Au25-adsorbed Ag@SiO2 NPs arises from the increase of the radiative decay rate constant induced by the near-field enhancement of plasmonic Ag NPs. Chapter 3 describes the fabrication of hollow and bumpy Au (HBA) NSs with rough surfaces using expanded silica mesopores as templates. Because some Au seeds were located at the inner surfaces of silica mesopores, produced Au NSs have inherent inward-grown nanobumps. During seven successive reduction steps, the LSPR peak of Au nanostructures shifted progressively toward a longer wavelength as the sizes of Au seeds increased gradually. Measuring the cross-sections of HBA NSs milled by a focused ion beam, we have found that hollow and bumpy nanostructures arose from the pore structures of mSiO2 NPs. HBA NSs confine Raman-probe molecules well owing to their hollow structures and have ragged surfaces due to their inward-bumpy morphologies, exhibiting highly efficient surface-enhanced Raman scattering activity. Chapter 4 presents the fabrication of genuinely hollow Au nanourchins (HANUs) using SiO2 NPs as hard templates. Ag-SiO2 NPs were fabricated via amine-assisted reduction. Then, Au nanourchins (ANUs) were synthesized by the galvanic replacement reaction of Ag-SiO2 NPs using L-3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA) as a reductant and a capping agent. The silica cores of ANUs were etched using HF(aq) to produce HANUs. Measuring cross sections, we have found that HANUs have well-defined hollow morphologies. Compared with nanourchins made via DOPA-mediated reduction, HANUs hardly contain residual silver because very tiny silver seeds were used as the initiation sites of galvanic replacement. HANUs have revealed large surface-enhanced Raman scattering enhancement and a significant photothermal effect under a weak illumination. Chapter 5 describes that highly dense plasmonic silver NP arrays have been fabricated by laser-induced dewetting of commercially available silver paste as a starting bulk material. The first laser-scan mode has produced unprecedented intermediate structures, so called laser-induced fine silver nanostructures (LIFSNs) while the second laser-scan mode has transformed LIFSNs into plasmonic silver NP arrays via the dewetting of the priorly formed nanostructures. The laser-induced fabrication of silver NP arrays has been found to be very sensitive to distance from secondly irradiated laser pulses, suggesting that the fine control of laser intensity is very important. As-prepared silver NP arrays have generated numerous hot spots to show highly strong surface-enhanced Raman scattering signals.독창적이고 기능적인 플라즈모닉 귀금속 나노입자의 합성과 광학적 특성에 대해 주로 연구하였다. 다양한 합성방식으로 코어쉘, 속이 빈 껍질, 나노스파이크 그리고 나노입자 어레이 구조를 합성해보았다. 분광광도계와 라만광도계, 전자현미경 등을 이용하여 제작된 나노구조물의 광학적, 구조적 특성을 연구해보았다. 귀금속 나노입자 합성방법과 플라즈모닉 공명현상을 Chapter 1에 간략히 소개하였다. Chapter 2에서는 금 클러스터가 흡착된 Ag@SiO2 코어쉘 나노입자의 금속-증강 형광 (Metal-enhanced fluorescence, MEF)에 대해 연구하였다. 금속나노입자는 입사 광에 의해서 표면의 자유전자들이 집단적인 진동하는 표면플라즈몬공명 (surface plasmon resonance, SPR)이라는 독특한 광학적 특성을 가진다. 이러한 현상을 통해 나노입자 표면에서는 입사되는 전자기장의 세기보다 수천~수만 배 더 큰 세기로 증폭될 수 있으며, 이러한 현상을 근접장증폭이라 불리고 있다. 이러한 광학적인 기능성을 가지는 금속나노입자에 실리카 껍질을 두르면, 금속입자 표면이 보호되거나 SPR 현상을 더욱 증강시킬 수 있다. 은 나노입자는 수용액상에서 은 이온의 화학적 환원을 통해 구 형태로 합성한 다음, 실리카 물질의 전구체를 이용한 Stober method를 통해 은 나노입자 표면에 실리카 껍질을 구현하였다. TEOS 양을 달리 함에 따라 실리카 쉘 두께를 변화시켜 각기 다른 Ag@SiO2 코어쉘 나노입자를 합성한 다음, 거리-의존적인 SPR 현상을 관찰하였습니다. 보통, 나노입자는 열역학적으로 가장 안정한 구(sphere) 형태로 합성된다. 열역학적의 한계를 넘어서 좀 더 고차원적이고 기능성을 가지는 나노입자 제작에 관한 연구가 국내외 연구진에서 활발하게 진행되고 있다. 나노쉘 (nanoshell) 형태의 입자란, 실리카 같은 유전물질이 중심에 존재하고, 그 표면을 금속물질로 껍질처럼 둘러싸인 구조를 말하는데, 나노쉘입자는 구 형태의 입자보다 SPR 현상을 더욱 강하게 발현시키고, 적외선 영역 쪽에서 광학적 활성을 보이는 고기능성 구조이다. Chapter 3에서는 이전에 보고되지 않았던 구조인, 속이 비어있고 그 안쪽에 표면에 거칠기가 있는 금 나노쉘 입자를 합성에 대해 설명하였다. 나노입자의 표면이 거칠다면, 나노미터 스케일에서 전자기장을 산란시킬 수 있으므로 SPR 효과를 더욱 증강시킬 수 있다. 속이 비어있고 안쪽의 표면이 거진 나노쉘 구조를 만들기 위해 메조포러스(mesoporous) 실리카 나노입자를 주형으로 이용했는데, 메조포러스 실리카는 입자 내에 CTAB 분자들의 자가조립에 의해서 만들어진 공동이 무수히 존재하는 실리카 입자를 말한다. 메조포러스 실리카 공동에 표면처리를 통해서 자그마한 금 나노입자를 부착시키고, 화학적 환원법을 통해 금 나노입자들을 성장시킨다. 성장되는 금 나노입자들은 입자가 커짐에 따라 실리카 공동구조를 부분적으로 채우게 되고, 추후 실리카를 HF로 에칭함으로서 속이 비어있고 안쪽에 거친 표면을 가지는 금 나노쉘 (hollow and bumpy gold nanoshell, HBA NS) 합성할 수 있었다. 어떠한 금속 나노구조물에 나노스케일의 거칠기나 나노팁 형태를 부여하면 더욱 향상된 플라즈모닉 성질을 보일 수 있다. 음의 유전율을 가지는 귀금속 나노구조물은 입사하는 전자기장을 국부적으로 구속하는 능력이 가지게 되고, 특히나 나노팁과 같이 구조체의 곡률이 심하게 변화하는 곳은 그 효과가 더욱 증폭됩니다. Chapter 4에서는 입자 안의 cavity가 확실히 존재하고 표면에 나노팁이 무수한 입자를 합성하고자 노력하였다. SH-로 표면개질된 실리카 나노입자를 합성한 다음, 아주 작은 크기의 은 나노입자를 실리카 표면에 합성한다. 이후, 점진적인 galvanic replacement 반응을 통해서 실리카 표면 위에 금 나노팁이 무수하게 존재하는 나노성게 입자(spiky Au nanourchins, SANUs) 를 합성한다. HAADF-STEM 측정방식을 통해서 SANUs 입자 중간에 실리카 입자가 확실히 보이며, galvanic replacement 반응으로 금 나노껍질이 환원된 모습이 관찰된다. 또한 EDX line-mapping과 원소분석을 통해서, SANUs 입자는 속이 비어있고 금 성분이 98 wt%로 관찰되는 데 반해, 은 성분은 0.2 wt% 아주 극미량으로 구성되어있음을 확인하였다. 최종적으로 합성된 SANUs 입자에 HF로 실리카 성분을 녹여서 속이 비어있고 나노팁이 무성한 금 나노성게 (hollow and spiky Au nanourchins, HSANUs)를 얻어보았다. FIB (focused-ion beam) 기법으로 그 단면을 조사하여 HSANUs 입자 안쪽에 확연한 cavity 형태를 확인하여, 중국의 연구진들에 의해 제안된 나노성게 입자의 cavity의 크기가 확연히 비교됨을 확인하였다. 레이저를 이용한 미세구조 가공기술은 레이저 빔의 고집속성 및 시공간적 정밀함으로 인해 반도체, 전자, 메카트로닉스 등의 첨단산업 분야에서 필수적인 기술로서, 신 공정 개발에 기여해왔습니다. 광열적 부작용이 적어서 마이크로-나노 급의 형상 가공이 가능한 극초단파 레이저(ultrafast laser)의 도입과 연구가 활발히 진행되고 있는데, chapter 5에서는 극초단파 레이저 광원을 사용하여 금속 나노구조를 손쉽게 제작한 연구를 설명하였다. 나노세컨드 레이저는 연속파 레이저에 비해 강한 파워를 가짐과 동시에 비교적 열적 영역 (heat-affected zone)이 넓어서 벌크물질에 극심한 형태변화를 유도할 수 있기 때문에 top-down 방식의 제작에 유리하다 판단하였습니다. 1.3 J/cm2의 파워와 50 μm/s의 속도로 레이저를 십자가 형태로 스캔한 (cross-line scanning) 실버 페이스트 필름에서, 균일한 나노입자배열이 십자가의 왼쪽, 오른쪽 가지에 관찰되었고 위, 아래의 가지에서는 이전에 관찰되었던 미세하고 무수한 은 입자들이 제작되었다. 가로방향의 스캔으로 통해 미세하고 무수한 은 나노입자를 제작한 다음, 세로방향으로 스캔 할 때, 불균일한 에너지 분포 형태의 Gaussian form을 가지는 레이저 빔에 의해서 dewetting threshold를 넘어가는 공간적 영역에서는 dewetting 현상이 일어나 나노입자배열이 제작되는 것을 발견하였다. 십자가 레이저 스캔 모드 양식의 확장으로서, 그물모양의 레이저 스캔을 시행하면 센티미터급의 대면적의 플라즈모닉 나노구조배열을 얻을 수 있었고 강한 전자기장 증강으로 표면증강라만산란기법 (Surface-enhanced Raman scattering)을 통해서 하여금 분석하고자 하는 물질의 농도가 nM 수준으로 내려가도 충분히 검출 가능한 기능성 기판 제작에 성공하였다.Chapter 1. General introduction 1 1.1 Preparation of noble metal nanostructures 2 1.2 Surface plasmons on noble metal nanoparticles 6 1.3 Near-field enhancement on hotspot 8 1.4 References 10 Chapter 2. Metal-enhanced fluorescence of gold nanoclusters adsorbed onto Ag@SiO2 core-shell nanoparticle 12 2.1 Abstract 13 2.2 Introduction 14 2.3 Experimental section 17 2.4 Result and discussion 21 2.5 Conclusion 45 2.6 Acknowledgements 46 2.7 References 46 Chapter 3. Hollow and inward-bumpy gold nanoshells fabricated using expanded silica mesopores as templates 50 3.1 Abstract 51 3.2 Introduction 52 3.3 Experimental section 54 3.4 Result and discussion 59 3.5 Conclusion 81 3.6 Acknowledgements 81 3.7 References 82 Chapter 4. Surface-enhanced Raman scattering and photothermal effect of hollow Au nanourchins with well-defined cavities 85 4.1 Abstract 86 4.2 Introduction 87 4.3 Experimental section 90 4.4 Result and discussion 93 4.5 Conclusion 112 4.6 Acknowledgements 113 4.7 References 113 Chapter 5. Fabrication of plasmonic silver nanoparticle arrays by laser-induced dewetting of commercial silver paste 116 5.1 Abstract 117 5.2 Introduction 118 5.3 Experimental section 122 5.4 Result and discussion 125 5.5 Conclusion 148 5.6 Acknowledgements 149 5.7 References 149 Appendices 153 A.1. List of publications 154 A.2. List of presentations 155 A.2.1. International presentations 155 A.2.2. Domestic presentations 155 Abstract (Korean) 157Docto

얼음 표면에서의 산·염기 반응 : 아세트산과 암모니아 사이의 양성자 전달

학위논문(석사) --서울대학교 대학원 :화학부,2008. 2.Maste

반응표면법을 이용한 낙하충격 부재의 최적화 연구

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :기계항공공학부,2004.Maste

미시적 모의 실험에 의한 일반국도 교통 신호제어 방법의 선택에 관한 연구 : 수도권 국도를 사례로

학위논문(석사)--서울대학교 환경대학원 :환경계획학과 교통전공,2000.Maste

한국 비영리단체(NPOs)의 사회·경제적 역할에 대한 연구

본 논문은 1998년 한국행정학회 동계학술대회에서 발표된 내용을 수정·보완하였다.현대사회의 제도부문중 가장 빠른 성장을 보인 것은 정부부문도 아니고 영리부문도 아닌 비영리부문 (non-profit sector)이다. 시민운동의 활성화와 더불어, 사회의 다원화현상에 따른 공공적 (집합적) 서비스 수요가 증가하고 민영화와 민간위탁 등 민간조직을 통한 행정수행방식의 혁신수단으로 부각되면서 비영리단체의 역할은 증가하고 있다. 본 연구는 국내경제에서 비영리부문이 차지하는 비중을 국민 총생산량, 자산현황, 소득의 원천, 정부의 보조, 고용 등의 분야에서 조사·분석하였다. 본 논문은 국내 경제의 중요한 제도부문으로써 민간비영리부문의 역할이 급격히 증가하고 있음을 발견하였다. 민간비영리 (법인)부문은 1970년과 1997년사이 연평균 22%이상의 성장률을 보여 국민총생산의 2.96% (1997년)를 차지하고 있으며 서비스업 생산의 6.9%를 차지하고 있다. 또한 이들 단체는 총고용의 5.6%를 차지하고 있으며 순자산은 약6조원 (1987년)으로 추정된다. 그러나 민간기부 및 투자소득 (9.5%)이 이들 단체의 소득에 차지하고 있는 비중은 낮으며 주로 상품판매 (75%)에 의존하고 있어 영리부문과의 경쟁이 심화될 경우 비영리단체가 누리고 있는 세제상의 특혜 등에 대한 시비가 우려된다. 또한 정부의 보조가 비영리단체의 소득에서 차지하는 비중이 타 선진국가의 2배인 16.2%에 달하고 있어 정부의 영향력행사가 우려되고 있다.이 글은 1998년도 서울대학교 발전기금 일반 학술연구비의 지원으로 이루어졌다

김대중정부의 공기업 민영화정책에 대한 평가

공기업의 구조조정 및 민영화는 역대 정부의 주요 개혁과제 가운데 하나였고, 현 정부도 그 예외가 아니어서 공기업 비효율성의 문제를 인식하고 정권 초기부터 강도 높은 민영화정책을 추구하고 있다. 본 연구에서는 우선 계획대비 이행실적을 비교하여 정부의 민영화 의지에 대한 평가를 시도하고, 산업별 민영화 성공가능성을 다섯 가지 기준에 의거 평가하고 정책적 시사점을 제시하고 있다. 분석 결과 정부가 의도한 배당권 민영화와 인력과 조직 감축 등의 점증적 방식은 성공적으로 추진되었으나 망산업의 민영화 및 경영권 민영화는 아직 부진한 것으로 평가되고 있다. 그리고 산업별 민영화 성공 가능성의 측면에서 철강산업, 발전설비산업, 발전산업 그리고 통신산업은 경쟁시장의 존재, 경영권이전에 따른 효율성 증가 등 민영화(민간화)에 따른 편익이 상대적으로 크나, 담배산업, 배전산업, 가스산업 등은 기존 이해집단의 지대문제, 자연독점적 산업의 특성, 정부 보조금의 문제 등의 민영화 장애요인이 존재하는 것으로 평가된다. 따라서 이러한 산업은 규제체제, 규제방법, 기존 이해집단의 지대에 대한 보상, 정부 보조금의 단계적 폐지 등을 전략적으로 접근해야 한다. 산업정책 차원에서의 역할변화에 대한 명확한 비전설정에 기초하여 정부는 구체적이고 본질적인 소유권민영화계획을 수립해야 하며 합리적인 민영화추진체계를 구성하여 실행에 옮겨야 한다. 이를 위해서는 최고 정책결정자의 지속적인 관심표명과 이해당사자들의 지대문제를 해결할 수 있는 전략적인 계획수립이 절실하다고 하겠다

Analysis of the Factors Influencing Work-Family Balance: A Focus on the Impact of Social Support

혼여성이 경험하는 직장생활과 가정생활 간 갈등은 개인의 삶의 질을 저하시키고 조직성과에도 부정적인 영향을 미친다. 나아가 저출산의 원인으로 작용한다는 점에서 정책적으로 중요하다. 본 연구는 일-가정양립에 영향을 미치는 요인을 개인특성, 근로특성 및 사회적 지원으로 구분하여 분석하고 있다. 특히 일-가정양립을 위한 대응기제로서 사회적 지원을 강조하며, 여성의 인식을 통해 정책지원의 효과를 살펴보았다. 2007년부터 2010년까지의 여성가족 패널조사자료를 활용하여 일-가정 간 갈등(conflict)과 강화(enhancement)에 대한 회귀분석을 실시하였다. 그 결과, 개인 및 근로특성변수들의 경우 선행연구들과 대체로 일치하였다. 사회적 지원의 경우, 친밀하고 평등한 가족지원이 이뤄지는 경우 일-가정갈등이 감소하고 강화가 증가하였다 .모성보호지원측면에서 출산 휴가, 육아 휴직, 직장 보육시설 등의 제도지원은 유의미한 효과를 나타내지 못한 반면, 양성 평등적인 직장 분위기가 조성될수록 일-가정갈등이 감소하는 것으로 나타났다. 또한 양육 부담을 완화할 것으로 예상한 보육교육 서비스 이용수준은 뚜렷한 효과가 나타나지 않았다. 이를 바탕으로 여성에게 가족 친화 프로그램 제공도 중요하지만, 정책의 접근과 이용이 용이한 직장사회 분위기 조성이 무엇보다 중요함을 알 수 있다. 가정에서부터 가사 및 양육과 관련한 업무분담과 배려가 이루어져야 하며, 가족 친화적 조직문화를 바탕으로 각종 프로그램과 공공서비스 제공이 이루어져야 할 것이다. 무엇보다 사회 전체적으로 여성역할에 대한 인식개선이 필요하다

Donor Behavior, Income, and Tax Price Elasticity in Korea : An Analysis Using OLS and Panel Data with a Tobit Estimation

본 연구는 (1-세율)이라는 기부 가격이 개인 기부에 미치는 영향을 패널데이터를 통해 살펴보려는 것이다. 이론적으로 정부의 기부 소득 공제는 기부를 장려하기 위한 정책이지만, 지금까지의 정부 조세 정책은 경기 변동에 대처하기 위한 소득 공제 제도의 일부로 사용되었다. 이 과정에서 개인에게 미치는 영향은 간과된 부분이 존재하며, 효과에 대한 연구 역시 데이터 상의문제로 공백이 있어왔다. 실증 분석에 사용될 자료는 한국조세연구원에서 2008년부터 실시한 재정패널 자료이다. 여타 선행 연구를 따라, 본 연구는 종속변수가 절단되었을 때 사용하는 방법인 토빗 추정, 그리고 패널 데이터 분석기법인 고정효과 모형과 랜덤효과 모형을 고려하도록 한다. 분석 결과, 개인 기부 가격과 기부액 사이에는 부의 통계적으로 유의미한 관계가 관찰되었으며, 양호한 모형 적합도를 보여준 Tobit 고정효과 모형을 기준으로 시사점을 제시한다. 먼저, 비교대상인 OLS 고정효과 모형 추정결과 탄력성은 –1.0정도로 관찰되었다. 그리고 Tobit 효과는 기부를 하지 않는 사람들에게도 기부 가격이 개인의 잠재적 기부행위에 영향이 있다는 점을 보여주며 그 크기는 OLS로 추정된 값의 80% 정도로 관찰되었다. 그리고 개인특정 고정 효과를 고려했을 경우 개인 기부의 가격탄력성을 크게 낮추어주는 것으로 나타났으며, 그 값은 기초 추정 값의 26%였다. 최종적으로 제시하는, Tobit 고정효과 모형의 추정 탄력성은 –1.8로 나타났다. 작지 않은 탄력성 값을 관찰한 만큼 기부 소득 공제 제도 변경이 상당한 영향을 미칠 것으로도 전망되지만, 그 영향의 크기는 선행연구와는 약간 작을 것으로 보인다. 그리고 이전에 수행되었던 기부에 대한 연구와 비교해서도 보다 명시적으로 개인의 세 부담 및 한계 세율을 활용할 수 있게 된 만큼 향후 조세 정책에 있어 연구가 활성화되기를 기대한다.This article exploits the relationship between private giving and government taxation by using the KoreanTax and Benefit Survey panel data published by the Korean Institute of Public Finance. A summary of previous empirical studies suggests that government taxation and deduction policy has commonly been associated with partial crowding in and out of charitable giving. This phenomenon, the major concern of this paper, calledtax price elasticity to donation, is very important when policy change is considered but there has been somewhat limited academic concern because of a data shortage, as well as public concern for government tax income. Using various approximation techniques such as OLS, Tobit MLE estimation, and fixed and random effect panel data analysis, the elasticity coefficient was calculated to range from–0.87 to –1.8. The OLS coefficient with fixed effect (OLS/FE) was –1.0, and the Tobit effect estimation with fixed effect (MLE/FE) was estimated as –1.87. The MLE/FE was 180% more than OLS/FE. The individual fixed effect was smaller than the Tobit effect, estimated as 26% of the OLS coefficient. This means that tax deduction policy implementation should consider both the latent behavior of non-donors, and all of the unobservable characteristics of individuals, and their long-term effects

NGO연구에 대한 비판적 고찰

본 연구는 행정학 분야에서 진행되고 있는 NGO연구를 문헌연구하여 그간의 연구내용을 흐름별로 정리하고 향후의 연구방향 및 과제를 검출하는 목적을 갖고 있다. 현재까지의 행정학 및 정책학에서의 NGO에 대한 논의는 크게는 두 가지 방향으로 진행되고 있는 것으로 보인다. 첫 번째로는 NGO 자체의 내척 동학과 특성에 주목하는 연구들이 있으며 이는 사회의 다른 부문과의 관계에서의 NGO 또는 NGO 자체의 유인동기 등에 대해 해외의 사회학적 경제학적 이론을 수용하여 해석하려는 시도에서 나아가 이 부문의 내부역량과 다른 부문과의 관계를 실증적으로 분석하려는 연구들로 구체화되고 있다. 두 번째로는 NGO의 정책과정상에서의 역할에 대한 연구로 처음에는 NGO 자체의 특성에 대한 연구와 마찬가지로 정부부문과의 관계를 중심으로 정치경제학적 시각에서 규범적으로 접근하였다는 특징을 지닌다. 짧은 기간동안 많은 NGO에 대한 연구가 진행되었으나 연구의 공백이 크게 존재한다는 것 또한 부정할 수 없다. 특히 NGO의 정책참여에 대한 보다 심층적인 분석이 필요하며 NGO의 조직적 특성 및 활동방식, 이사회 등을 포함한 내부지배구조, 기업-NGO관계, 상업화에 대한 연구, 정보화 및 세제에 관한 이슈 등에 대한 연구가 진행되어야 할 것이다