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Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.14, No.5, 680-684, August, 2003
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콜로이드 입자 탐침을 장착한 원자힘 현미경(AFM)에 의한 물리화학적 먼거리 상호작용 힘의 나노 스케일에서의 측정
Nano-Scale Measurements of Physicochemical Long-Range Interaction Force by Atomic Force Microscopy with Colloidal Particle Probe
전명석†, 송인규1
  • 한국과학기술연구원 복잡유체 연구팀, 서울 130-650
  • 1강릉대학교 환경응용화학공학과, 강릉 210-702
Myung-Suk Chun†, and In Kyu Song1
  • Complex Fluids Research Team, Korea Institute of Science and Technology (KIST), Seoul 130-650, Korea
  • 1Department of Environmental and Applied Chemical Engineering, Kangnung National University, Kangnung 210-702, Korea
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초록
정전상호작용 힘은, 하전된 고체벽면으로 한정되어 있는 미세 공간에서의 정전위장의 물리화학적 현상을 이해하고, 콜로이드 및 나노입자들이 분산되어 있는 복잡유체(complex fluid)의 거동을 해석하는데 중요하다. 본 연구에서는, 질화실리콘(Si3N4) 표준팁과 실리카 평판 표면, 그리고 콜로이드 탐침(colloid probe)기법에 의해 실리카 입자와 실리카 평판 표면사이의 거리에 따른 정전상호작용 힘의 원자힘 현미경(atomic force microscope) 실험결과를 얻었다. 작동조건인 접촉모드(contact mode)로, 염화칼륨 1.0 mM 농도를 갖는 전해질 용액의 pH를 변화시키면서 수십 나노미터 범위의 거리에 대해 측정하였다. 실리카 입자와 같이 잘 정의된 구형의 기하학적 구조를 가진 콜로이드 탐침 기법을 시도하여 얻어진 결과를 Derjaguin 근사에 의한 계산 결과와 비교하였다. 실리카 평판과 입자간의 거리가 근접할수록, 일정한 전위조건에서의 Derjaguin 근사 계산이 실험결과보다 큰 값을 나타냄을 확인하였다.
The electrostatic interaction force is important to understand the physicochemical phenomena of electrostatic field in the micro-space confined to the charged solid wall and to analyze the behavior of complex fluids dispersed by either colloids or nano-particles. Atomic force microscopy results were obtained for electrostatic interaction force profiles between a silicon nitride tip and a silica surface by the standard method as well as between a silica particle and a silica surface employing a colloid probe technique. Distances ranging several tens of nanometers were successfully measured under a contact mode in 1.0 mM KCl electrolyte solution at different pH values. Experimental results obtained by the colloid probe with a well-defined sphere of silica particle were compared with calculation data from Derjaguin approximation. As the separation distance between the silica surface and the silica particle was decreased, the Derjaguin approximation under a constant potential condition gave greater interaction forces than the measured values.
Keywords:atomic force microscope;colloid probe;electrostatic interaction force;Derjaguin approximation;silica
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