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KR101468816B1 - 졸-겔 반응에 의한 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자의 제조 방법 및 그 방법으로 제조된 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자 - Google Patents

졸-겔 반응에 의한 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자의 제조 방법 및 그 방법으로 제조된 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자 Download PDF

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KR101468816B1
KR101468816B1 KR1020130105666A KR20130105666A KR101468816B1 KR 101468816 B1 KR101468816 B1 KR 101468816B1 KR 1020130105666 A KR1020130105666 A KR 1020130105666A KR 20130105666 A KR20130105666 A KR 20130105666A KR 101468816 B1 KR101468816 B1 KR 101468816B1
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KR
South Korea
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radioisotope
nanocomposite particles
particles
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hybrid
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정성희
최선주
김종범
문진호
최성호
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한국원자력연구원
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Abstract

본 발명은 금속이온과 비공유 전자쌍 반응성 화합물을 사용하여 착물형 전구체를 제조한 후, 이 전구체를 기반으로 졸-겔 반응을 통해 하이브리드 나노복합체 입자를 성장시키고, 이 나노복합체 입자를 공기 중에 소성시켜 입자 내에 존재하는 유기물을 제거하고, 이 나노복합체 입자에 중성자 조사하여 방사성동위원소 하이브리드 나노복합체 입자를 제조하는 과정이다. 본 발명에서 제조된 방사성 동위원소 나노복합체 입자는 정유, 화학, 시멘트, 농업, 수자원, 환경, 해양, 의료의 진단 및 치료용 입자로 사용할 수 있으며, 나노물질의 위해성 평가용 방사성동위원소 추적자로 이용될 수 있는 특징을 가지고 있다.

Description

졸-겔 반응에 의한 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자의 제조 방법 및 그 방법으로 제조된 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자 {Preparation method of radioisotope hybrid nanocomposite particles by sol-gel reaction and thereof of radioisotope hybrid nanocomposite particles}
본 발명은 졸-겔 반응에 의한 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자에 관한 것이다.
동위원소(Isotope) 중에서 방사능을 갖는 것을 방사성 동위원소 또는 라디오아이소토프(radioisotope, RI)라고 한다. 300종 가량 되는 천연 동위원소 중에서 방사성 동위원소는 약 40종인데, 그 중 대부분은 탈륨보다 큰 원자번호를 갖는 원소의 동위원소이다. 최근에는 천연 방사성 동위원소 외에, 약 1,000종의 인공 방사성 동위원소가 제조되고 있으며, 그 분포는 거의 모든 원소에 이르고 있다. 일반적으로 인공 방사성 동위원소는 안정된 원소 또는 화합물을 원자로나 입자가속기로 조사함으로써 만들어지며, 물질이나 생체 내에서 원소나 화합물의 행동을 추적하기 위한 목표로서의 이용, 물질이나 생물체에 대한 방사선의 조사효과로서의 이용, 공업용 또는 계측용 방사선원으로서의 이용, 방사능을 이용한 물질분석의 응용 등에 널리 사용되고 있다. 이중 원소나 화합물의 행동을 추적하기 위하여 사용되는 방사성 동위원소를 방사성 동위원소 추적자(radioisotope tracer)라 하며, 방사성 추적자 기술을 이용하여 정유, 화학, 시멘트 등의 산업공정의 분석을 고급화할 뿐 아니라 환경, 의약, 농업, 자원탐사 등의 분야에서도 획기적 기술 도약을 이끌어 낼 수 있다.
이러한 방사성 추적자 기술을 효과적으로 이용하기 위해서는 방사성 동위원소 추적자를 제조하는 기술이 매우 중요하다. 사용하는 분야에 따라 약간의 차이가 있겠지만, 방사성 동위원소 추적자의 경우, 외부에서 가해지는 압력, 온도, 화학적 처리 등과 같은 외부 환경에 영향을 받지 않고 원자핵 스스로 방사선을 방출하여 다른 종류의 원자핵으로 변환하는 특성이 요구된다. 또한, 고온 및/또는 고압 유체에 사용하기 위해서는 화학 및 물리적 안정성은 물론 유체와 유사한 밀도를 가져야 유체와 혼합되어 방사성 추적자로 사용할 수 있다. 일반적으로 이용되고 있는 방사성 동위원소 물질인 198Au, 63Ni, 108Ag, 64Cu, 60Co 등은 금속으로 밀도 및 비중이 매우 커서, 일반적인 금속 분말 형태로는 고온 및 고압의 산업공정 유체에 사용할 수 없다. 따라서, 고온 및/또는 고압의 유체에 방사성 동위원소 추적자를 사용하기 위하여 다양한 연구들이 진행되고 있다.
한편, 졸-겔 법이란 전구체 분자의 가수분해와 축합반응으로 3차원 가교의 무기산화물이 저온에서 확보되는 반응이다. 졸-겔 반응과정에서의 가수분해와 축합반응의 속도는 pH, 용매의 성질, 알콕사이드 전구체의 종류 등에 의해 영향을 받는다. 실리카의 전구체로 가장 일반적인 테트라에톡시실란(TEOS)의 졸-겔 반응을 이용한 하이브리드 합성법은 오랫동안 확립되어 왔으며, 최근에도 공업적 응용과 실용화를 위한 연구가 많이 진행되고 있다.
졸-겔 하이브리드 나노 재료는 졸-겔 반응을 통해 형성된 무기물로 인하여, 열적 안정성이 우수하면서, 높은 투명성을 유지할 수 있다. 또한 다양한 금속 원소들의 복합 무기 구조체를 형성시킴으로써 특성을 조절할 수 있고, 가시광선 영역(400-700nm)에서 약 90%의 우수한 투과율을 나타내며, 150 내지 200℃의 고온에서 장시간 노출되어도 높은 투과성을 보인다. 따라서, 졸-겔 반응을 통해 형성된 무기물들은 고온 및 고압 유체에서 화학 및 물리적 안정성을 가질 뿐만 아니라, 나노 수준의 미세한 입자로 합성할 경우 유체와 쉽게 혼합되어 유동특성을 파악하는데 활용될 수 있다.
일반적으로 이용되는 방사성동위원소 물질은 198Au, 63Ni, 108Ag, 64Cu, 60Co 등과 같이 금속으로 밀도 및 비중이 매우 커서, 금속 분말 자체로는 고온 및 고압의 유체에 사용할 수 없다. 따라서, 고온 고압의 유체에 사용하기 위하여 나노크기의 감마선을 방출하는 코아-쉘 구조를 갖은 방사성동위원소 나노복합체를 개발한 바 있다(대한민국 특허 제10-1091416호). 또한, 코아-쉘 구조를 갖은 2핵종 나노복합체의 합성 방법 또한 알려져 있다(Synthesis of Silica-coated Bimetallic Radioisotope Nanoparticles (Au-Ag@SiO2, Au-Co@SiO2, Au-Cu@SiO2 and Au-Ir@SiO2) for Radiotracer, Jin-Hyuck Jung, et al. Nuclear Engineering & Technology, accepted in (2012-01-31). 그러나, 코아-쉘 구조를 갖은 나노복합체의 경우, 중성자를 조사하는 제조공정이 복잡할 뿐 아니라, 대량으로 합성할 수 없다는 단점을 가지고 있다.
따라서 제조공정이 간단하며, 물리적 화학적으로도 안정한 방사성 추적자 기술개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 단순한 제조공정을 이용하여 대량 생산될 수 있는 방사성 동위원소 하이브리드의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 구형의 형태를 가지고, 물리 및 화학적으로 안정한 방사성동위원소 금속산화물 하이브리드 나노복합체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 하기 단계를 포함하는 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자의 제조 방법을 제공한다:
a) 금속 이온과 반응성 화합물을 혼합하고 교반하여 1차 전구체를 제조하는 단계;
b) 상기 1차 전구체로 졸-겔 반응을 수행하여 하이브리드 나노 복합체 입자를 제조하는 단계;
c) 상기 입자를 300℃ 내지 700℃에서 5 내지 10시간 동안 소성시키는 단계; 및
d) 상기 소성된 입자에 중성자를 조사하여 방사성동위원소 하이브리드 나노복합체 입자를 제조하는 단계.
본 발명의 일 구현예로, 상기 졸-겔 반응은 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다:
b-1) 상기 1차 전구체를 혼합 용매에 첨가하는 단계;
b-2) 상기 1차 전구체가 첨가된 혼합 용매에 테트라에톡시실란(Tetraethoxysilane)을 첨가하는 단계; 및
b-3) 상기 b-2)단계에서 테트라에톡시실란이 첨가된 용액을 6 내지 9시간 동안 교반시켜 하이브리드 나노 복합체 입자를 제조하는 단계;
본 발명의 다른 구현예로, 상기 반응성 화합물은 비공유 전자쌍이 있는 화합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 구현예로, 상기 비공유 전자쌍의 반응성 화합물은 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxy silane), 또는 3-머캅토프로필트리메톡시실란(3-mercaptopropyltriemthoxy silane)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 구현예로, 상기 금속 이온은 망가니즈(Mn), 란타늄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유러퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb), 루테튬(Lu)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 구현예로, 상기 혼합 용매는 에탄올, 암모니아수 및 증류수를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자를 제공한다.
본 발명의 일구현예로, 상기 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자는 방사성 동위원소 추적자(radioisotope tracer)로 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방사성동위원소 하이브리드 나노복합체 입자의 경우, 모든 방사성동위원소 금속에서 가능하며 표면에 실안올 (Si-OH)기를 가지고 있어 다양한 기능기를 도입하는 특성을 가지고 있다. 또한 간단한 제조공정에 의해 대량생산이 가능하다는 특징을 가지고 있어, 정유, 화학, 시멘트, 농업, 수자원, 해양 등의 방사성동위원소 추적자로 사용할 수 있고, 의료의 진단 및 치료용 나노복합체로 사용할 수 있고, 나노물질의 위해성 평가용 재료로도 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 방사성동위원소 나노복합체 입자 생성에 있어 졸-겔 공정을 이용함으로서, 기존의 공정 시간을 획기적으로 줄이는 장점이 있다. 종래 방사성동위원소 나노복합체의 제조는, 원심분리 등의 공정이 오래 걸리는 문제가 있었으나, 본 발명은 나노입자 제조후 원자로에서 바로 중성자 조사를 하는 간단한 제조 공정을 가지고 있어, 공정 시간을 감축하였고, 수율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 졸-겔 반응에 의한 방사성동위원소 하이브리드 나노복합체 입자의 제조과정에 대한 것이다.
도 2는 1차 착물형 전구체 및 방사성동위원소 하이브리드 Mn@SiO2 나노복합체 입자의 1차 착물 전구체의 TEM 이미지 및 EDAX를 나타내고 있다.
도 3은 방사성동위원소 하이브리드 Mn@SiO2 나노복합체 입자의 TEM 이미지를 나타내고 있다.
도 4는 방사성동위원소 하이브리드 Mn@SiO2 나노복합체 입자의 XRD 스펙트럼을 나타내고 있다.
도 5는 방사성동위원소 하이브리드 Mn@SiO2 나노복합체 입자의 감마선 스펙트럼을 나타내고 있다.
도 6은 1차 착물 전구체 및 방사성동위원소 하이브리드 Sm@SiO2 나노복합체 입자의 TEM 이미지 및 EDAX를 나타내고 있다.
도 7은 방사성동위원소 하이브리드 Sm@SiO2 나노복합체 입자의 TEM 이미지를 나타내고 있다.
도 8은 방사성동위원소 하이브리드 Sm@SiO2 나노복합체 입자의XRD 스펙트럼을 나타내고 있다.
도 9은 방사성동위원소 하이브리드 Sm@SiO2 나노복합체 입자의 감마선 스펙트럼을 나타내고 있다.
도 10은 1차 착물형 전구체 및 방사성동위원소 하이브리드 Dy@SiO2입자의 1차 성장체의 TEM 이미지 및 EDAX를 나타내고 있다.
도 11은 방사성동위원소 하이브리드 Dy@SiO2 나노복합체 입자의 TEM 이미지를 나타내고 있다.
도 12는 방사성동위원소 하이브리드 Dy@SiO2 나노복합체 입자의 XRD 스펙트럼을 나타내고 있다.
도 13은 방사성동위원소 하이브리드 Dy@SiO2 나노복합체 입자의 감마선 스펙트럼을 나타내고 있다.
물리 화학적으로 안정하며 유체에 잘 분산되는 방사성동위원소 추적자를 개발하기 위해서는, 크기가 나노 크기이고, 구형이며, 반응성이 없고, 방사성동위원소 금속을 가져야 한다. 이와 같이, 본 발명은 방사성동위원소 추적자 기술에 사용되는 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 제조 기술로서, 구체적으로 단순한 제조공정을 가지고, 대량 생산이 가능하며, 유체의 분산성을 증대하기 위한 나노 크기이고, 구형의 형태를 가지며, 물리 및 화학적으로 안정한 방사성동위원소 하이브리드 나노복합체 입자를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 위해, 본 발명은 먼저 금속이온과 비공유 전자쌍이 있는 3-aminotriethoxysilane 용액 간의 착물반응을 통해, 1차 전구체를 제조하고, 여기에 tetraethoxysilane을 첨가한 후, 졸-겔 반응을 통해, 금속이온을 갖은 2차 성장체를 제조 후, 이 2차 성장체를 공기 중에서 소성시켜 금속산화물 나노입자를 갖은 하이브리드 나노복합체 입자를 제조한 후, 여기에 중성자 조사하여 방사성동위원소 하이브리드 나노복합체 입자를 제조한다.
이하, 본 발명을 단계별로 상세히 설명한다.
도 1은 방사성동위원소 하이브리드 나노복합체 입자의 제조과정을 나타내고 있다. 이와 같이, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자의 제조방법을 제공할 수 있다:
a) 금속 이온과 반응성 화합물을 혼합하고 교반하여 1차 전구체를 제조하는 단계;
b) 상기 1차 전구체로 졸-겔 반응을 수행하여 하이브리드 나노 복합체 입자를 제조하는 단계;
c) 상기 입자를 300℃ 내지 700℃에서 5 내지 10시간 동안 소성시키는 단계; 및
d) 상기 소성된 입자에 중성자를 조사하여 방사성동위원소 하이브리드 나노복합체 입자를 제조하는 단계.
상기 c) 단계에서 입자의 소성 온도 및 시간은 상기 범위에 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 400℃ 내지 600℃에서 7시간 내지 9시간 수행될 때 가장 완벽히 소성될 수 있다.
또한, 상기 b) 단계의 졸-겔 반응은 하기 단계를 포함할 수 있다:
b-1) 상기 1차 전구체를 혼합 용매에 첨가하는 단계;
b-2) 상기 1차 전구체가 첨가된 혼합 용매에 테트라에톡시실란(Tetraethoxysilane)을 첨가하는 단계; 및
b-3) 상기 b-2)단계에서 테트라에톡시실란이 첨가된 용액을 6 내지 9시간 동안 교반시켜 하이브리드 나노 복합체 입자를 제조하는 단계.
다만, 상기 졸-겔 반응은 상기 단계를 포함하는 방법에만 한정되는 것은 아니고, 테트라에톡시실란이 아닌 다른 용액을 통해서 수행될 수 있다.
상기 a) 단계에서 사용되는 금속 이온은 금속 이온이라면 제한이 없으나, 망가니즈(Mn) 또는 란타늄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유러퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb), 또는 루테튬(Lu)과 같은 희토류 금속일 수 있고, 바람직하게는 본 발명의 실시예와 같이 망가니즈, 디스프로슘, 또는 사마륨일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 a) 단계에서 사용되는 반응성 화합물은 비공유 전자쌍을 보유하고 있는 것을 특징으로 하는데, 비공유 전자쌍을 보유함으로써 금속이온과 착물을 형성할 수 있고, 다른 한쪽은 졸-겔 반응을 하여 입자를 형성하게 되는 것이다. 상기 반응성 화합물로는 바람직하게는 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxy silane), 또는 3-머캅토프로필트리에톡시실란(3-mercaptopropyltriethoxy silane)일 수 있으나, 졸-겔 반응을 수행할 수 있는 화합물이라면 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 b-1) 단계에서 사용되는 혼합 용매는 에탄올, 암모니아수, 또는 증류수를 포함할 수 있으나, 에탄올, 암모니아수, 또는 증류수 외에도 다른 용매를 사용하여 1차 전구체를 혼합할 수 있다.
본 발명의 실시예 1 내지 3에서는, 상기 방법으로 제조된 입자의 특성을 분석하여 제조된 구조체가 종래 기술보다 단순한 방법 및 높은 수율로 제조될 수 있다는 것을 확인하였다. 상기 입자는 나노크기의 구형 구조체이고, 물리 및 화학적으로 안정된 특징을 가지고 있다는 것을 확인하였다.
또한 본 발명의 실시예에서 볼 수 있는 것과 같이, 나노복합체 입자의 제조에 있어 금속이 1 내지 5g이 사용되어 제조되었기 때문에, 종래 기술에서 사용되는 금속의 양이 mg 단위임을 고려할때, 그 단위 자체가 다르므로, 대량 생산이 가능하다는 것을 확인할 수 있으며, 교반 시간, 원심분리시간이 매우 짧은 특징을 가지고 있다.
따라서 본 발명은 상기 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자의 제조방법으로 제조된 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자를 제공한다. 상기 입자는 방사성 동위원소 추적자(radioisotope tracer)로 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
실시예 1. 방사성동위원소 Mn@SiO 2 나노복합체 입자 제조 및 확인
1단계에서, 50 mL 비이커에 5 mL 증류수를 첨가 후, 황산 망가니즈(manganese sulfate) 1.6902 g를 녹인 후, 그 용액에 18.64 mL의 3-아미노트리에톡시실란(3-aminotriethoxysilane)을 혼합하여, 상온에서 3시간 동안 교반하여, 1차 착물형 전구체를 제조하였다. 상기 전구체를 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 및 에너지 분산형 분석기(energy dispersive X-ray fluorescence spectroscopy, EDAX)를 이용하여 분석한 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2(A)에 나타낸 것과 같이, 나노 크기의 전구체가 제조되었다는 것을 알 수 있고, 도 2(B)에 나타는 바와 같이, 전구체 안에 망가니즈가 포함되어 있다는 것을 확인할 수 있다.
2단계에서, 500 mL 반응용기에 에탄올 200 mL, 암모니아수 4.0 mL, 증류수 6.0 mL 혼합용매를 제조 후, 여기에 1단계의 1차 착물형 전구체 용액을 첨가 분산시킨 후, TEOS 15.0 mL를 첨가 후 기계식 교반기로 3000~4000 RPM으로 6시간 교반시킨 후, 원심 분리하여 하이브리드 나노복합체 입자를 제조하였다.
3단계에서는 상기 2단계에서 제조된 하이브리드 나노복합체 입자를 500℃의 소성기에서 8시간 안 공기를 흘려주면서 하이브리드 나노입자에 존재하는 유기화합물을 제거하여 하이브리드 Mn@SiO2 나노복합체 입자를 제조하였다. 제조된 하이브리드 Mn@SiO2 나노복합체 입자를 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 및 X-선 회전분석기(X-ray Diffraction, XRD)를 통해 확인하였다.
그 결과, 도 3에 나타난 것과 같이, 본 3단계에서 성장시킨 입자의 크기가 성장해 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 4에 나타낸 것과 같이 하이브리드 Mn@SiO2 나노복합체 입자가 형성됐다는 것을 확인할 수 있다.
4단계에서는 상기 3단계에서 제조한 하이브리드 나노복합체 입자를 실험용 원자로인 하나로에서 발생하는 중성자를 조사하여 Mn을 방사화 시켜 방사성동위원소 Mn@SiO2 나노복합체 입자를 제조하였다.
상기 도 5에 나타낸 바와 같이, 감마선 스펙트럼을 분석한 결과, 방사성동위원소 Mn@SiO2 나노복합체 입자는 최소 847 KeV, 최대 2113 KeV의 감마선 에너지를 갖는 입자로서, 감마선 스펙트럼을 통하여 방사성동위원소 Mn@SiO2 나노복합체 입자가 성공적으로 제조됨을 확인하였다.
실시예 2. 방사성동위원소 Sm@SiO 2 나노복합체 입자 제조 및 확인
1단계에서, 50 mL 비이커에 5 mL 증류수를 첨가 후, 질산 사마륨(sammarium nitrate) 4.444 g을 녹인 후, 그 용액에 18.64 mL의 3-아미노트리에톡시실란(3-aminotriethoxysilane)을 혼합하여, 상온에서 3시간 동안 교반하여, 1차 착물형 전구체를 제조하였다. 상기 전구체를 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 및 에너지 분산형 분석기(energy dispersive X-ray fluorescence spectroscopy, EDAX)를 이용하여 분석한 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6(a)에 나타낸 것과 같이, 나노 크기의 전구체가 제조되었다는 것을 알 수 있고, 도 6(b)에 나타는 바와 같이, 전구체 안에 사마륨이 포함되어 있다는 것을 확인할 수 있다.
2단계에서, 500 mL 반응용기에 에탄올 200 mL, 암모니아수 4.0 mL, 증류수 6.0 mL 혼합용매를 제조 후, 여기에 1단계의 1차 착물형 전구체 용액을 첨가 분산시킨 후, TEOS 15.0 mL를 첨가 후 기계식 교반기로 3000~4000 RPM으로 6시간 교반시킨 후, 원심 분리하여 하이브리드 나노복합체 입자를 제조하였다.
3단계에서는 상기 2단계에서 제조된 하이브리드 나노복합체 입자를 500℃의 소성기에서 8시간동안 공기를 흘려주면서 하이브리드 나노입자에 존재하는 유기화합물을 제거하여 하이브리드 Sm@SiO2 나노복합체 입자를 제조하였다. 제조된 하이브리드 Sm@SiO2 나노복합체 입자를 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 및 X-선 회전분석기(X-ray Diffraction, XRD)를 통해 확인하였다.
그 결과, 도 7에 나타난 것과 같이, 본 3단계에서 성장시킨 입자의 크기가 성장해 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 8에 나타낸 것과 같이 하이브리드 Sm@SiO2 나노복합체 입자가 형성됐다는 것을 확인할 수 있다.
4단계에서는 상기 3단계에서 제조한 하이브리드 나노복합체 입자를 실험용 원자로인 하나로에서 발생하는 중성자를 조사하여 Sm을 방사화 시켜 방사성동위원소 Sm@SiO2 나노복합체 입자를 제조하였다.
상기 도 9에 나타낸 바와 같이, 감마선 스펙트럼을 분석한 결과, 방사성동위원소 Sm@SiO2 나노복합체 입자는 최소 69.7 KeV, 최대 103 KeV의 감마선 에너지를 갖는 입자로서, 감마선 스펙트럼을 통하여 방사성동위원소 Sm@SiO2 나노복합체 입자가 성공적으로 제조됨을 확인하였다.
실시예 3. 방사성동위원소 Dy@SiO 2 나노복합체 입자의 제조 및 확인
1단계에서, 50 mL 비이커에 5 mL 증류수를 첨가 후, 질산 디스프로슘(Dysprosium nitrate) 3.485 g을 녹인 후, 그 용액에 18.64 mL의 3-아미노트리에톡시실란(3-aminotriethoxysilane)을 혼합하여, 상온에서 3시간 동안 교반하여, 1차 착물형 전구체를 제조하였다. 상기 전구체를 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 및 에너지 분산형 분석기(energy dispersive X-ray fluorescence spectroscopy, EDAX)를 이용하여 분석한 결과를 도 10에 나타내었다.
도 10(a)에 나타낸 것과 같이, 나노 크기의 전구체가 제조되었다는 것을 알 수 있고, 도 10(b)에 나타낸 바와 같이, 전구체 안에 디스프로슘이 포함되어 있다는 것을 확인할 수 있다.
2단계에서, 500 mL 반응용기에 에탄올 200 mL, 암모니아수 4.0 mL, 증류수 6.0 mL 혼합용매를 제조 후, 여기에 1단계의 1차 착물형 전구체 용액을 첨가 분산시킨 후, TEOS 15.0 mL를 첨가 후 기계식 교반기로 3000~4000 RPM으로 6시간 교반시킨 후, 원심 분리하여 하이브리드 나노복합체 입자를 제조하였다.
3단계에서는 상기 2단계에서 제조된 하이브리드 나노복합체 입자를 500℃의 소성기에서 8시간 동안 공기를 흘려주면서 하이브리드 나노입자에 존재하는 유기화합물을 제거하여 하이브리드 Dy@SiO2 나노복합체 입자를 제조하였다. 제조된 하이브리드 Dy@SiO2 나노복합체 입자를 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 및 X-선 회전분석기(X-ray Diffraction, XRD)를 통해 확인하였다.
그 결과, 도 11에 나타난 것과 같이, 본 3단계에서 성장시킨 입자의 크기가 성장해 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 12에 나타낸 것과 같이 하이브리드 Dy@SiO2 나노복합체 입자가 형성됐다는 것을 확인할 수 있다.
4단계에서는 상기 3단계에서 제조한 하이브리드 나노복합체 입자를 실험용 원자로인 하나로에서 발생하는 중성자를 조사하여 Dy을 방사화 시켜 방사성동위원소 Dy@SiO2 나노복합체 입자를 제조하였다.
상기 도 13에 나타낸 바와 같이, 감마선 스펙트럼을 분석한 결과, 방사성동위원소 Dy@SiO2 나노복합체 입자는 최소 94.7 KeV, 최대 715.3 KeV의 감마선 에너지를 갖는 입자로서, 감마선 스펙트럼을 통하여 방사성동위원소 Dy@SiO2 나노복합체 입자가 성공적으로 제조됨을 확인하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims (8)

  1. a) 망가니즈(Mn), 란타늄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유러퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb), 및 루테튬(Lu)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속 이온과 반응성 화합물을 혼합하고 상온에서 3시간 동안 교반하여 1차 전구체를 제조하는 단계;
    b) 상기 1차 전구체로 졸-겔 반응을 수행하여 하이브리드 나노복합체 입자를 제조하는 단계;
    c) 상기 하이브리드 나노복합체 입자를 300℃ 내지 700℃에서 5 내지 10시간 동안 소성시키는 단계; 및
    d) 상기 소성된 입자에 중성자를 조사하여 방사성동위원소 하이브리드 나노복합체 입자를 제조하는 단계를 포함하는 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자의 제조 방법으로서,
    상기 반응성 화합물은 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxy silane), 또는 3-머캅토프로필트리에톡시실란(3-mercaptopropyltriethoxy silane) 이며,
    상기 b) 단계는,
    b-1) 상기 1차 전구체를 혼합 용매에 첨가하는 단계;
    b-2) 상기 1차 전구체가 첨가된 혼합 용매에 테트라에톡시실란(Tetraethoxysilane)을 첨가하는 단계; 및
    b-3) 상기 b-2)단계에서 테트라에톡시실란이 첨가된 용액을 6 내지 9시간 동안 교반시켜 하이브리드 나노 복합체 입자를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합 용매는 에탄올, 암모니아수 및 증류수를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제 1항의 방법으로 제조된, 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자는 방사성 동위원소 추적자(radioisotope tracer)로 사용되는 것을 특징으로 하는, 방사성 동위원소 하이브리드 나노복합체 입자.
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