JP2023061896A - コアシェル型量子ドットの調製装置および調製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】合成の安定性を向上させ、調製時間を短縮するために、高効率の物質移動および熱移動を達成し得るコアシェル型量子ドットの調製装置を提供する。【解決手段】コアシェル型量子ドットの調製装置は、コア多段供給部品、コア反応部品、シェル供給部品およびシェル反応部品を含む。コア多段供給部品は、異なる反応溶液の供給ラインを含み、反応溶液の１つは、多段供給によって供給ラインを通して連続流路に輸送されるため、異なる反応物のモル比は、所定の比に維持される。コア反応部品は、コア多段供給部品と結合し、異なる反応溶液を反応させてコア構造を形成する。シェル反応部品は、コア反応部品の後の連続流路に結合され、シェル供給部品から供給されるシェルの反応溶液と連続流路からのコア構造とを受け取り、各コア構造の表面にシェル構造を形成する。【選択図】図１

Description

本開示は、コアシェル型量子ドットを調製するための装置および方法に関する。

コアシェル型量子ドットは、現在、あらゆる方面から注目されている発光材料の一つである。量子ドットの大きさを変更することによって、材料のエネルギーギャップを変更し得、量子ドットが発する光の色を調整し得る。加えて、量子ドットは、より狭い半値全幅（ＦＷＨＭ）を有するため、色純度もまた、他の発光材料より優れている。

しかしながら、従来のコアシェル型量子ドットの調製技術は、バッチプロセスである。すなわち、一定の収率の反応を一度に反応槽で行うため、その結果反応温度および反応物の濃度分布が不均一になる。特に収率の拡大は、プロセスの不安定化を容易にもたらし得る。例えば、反応時間および反応物のモル比などの特性を制御することは困難である。さらに、上記の反応を完了するためには、しばしば長い時間を要する。加えて、コアシェル型量子ドットの調製工程では、水分または酸素の影響を避けることが必要であるため、従来のバッチプロセスでは、必要な水分および酸素のバリア環境を実現することが困難である。

本開示は、合成の安定性を向上させ、調製時間を短縮するために、高効率の物質移動および熱移動を達成し得るコアシェル型量子ドットの調製装置を提供する。

本開示は、さらに、多段供給によってコアシェル型量子ドットの半値全幅を狭くし得、供給比によって発光波長を制御し得る、コアシェル型量子ドットの調製方法を提供する。

本開示におけるコアシェル型量子ドットの調製装置は、コア多段供給部品、コア反応部品、シェル供給部品およびシェル反応部品を含む。コア多段供給部品は、第１の反応物供給ライン、Ｎ個の第２の反応物供給ラインおよび（Ｎ＋１）個の第１の予熱装置を含む。第１の反応物供給ラインは、第１の反応溶液を連続流路に輸送するように構成される。Ｎ個の第２の反応物供給ラインは、第２の反応溶液を連続流路の異なる区間に輸送するように構成され、Ｎは、１より大きい整数である。（Ｎ＋１）個の第１の予熱装置は、第１および第２の反応物供給ラインをそれぞれ予熱するように構成される。コア反応部品は、コア多段供給部品に結合され、第１および第２の反応溶液を反応させてコア構造を形成し、コア反応部品は、Ｎ個の第１の混合器、Ｎ個の第１のマイクロ流体反応器および第１の温度制御装置を含む。Ｎ個の第１の混合器は、各第２の反応物供給ラインに接続される連続流路の異なる区間にそれぞれ配置される。Ｎ個の第１のマイクロ流体反応器は、連続流路の異なる区間にそれぞれ配置され、第１のマイクロ流体反応器の各々の供給端は、各々の第１の混合器にそれぞれ接続される。第１の温度制御装置は、Ｎ個の第１のマイクロ流体反応器の反応温度を制御するように構成される。シェル供給部品は、連続流路に結合され、シェル供給部品は、第３の反応物供給ラインと第２の予熱装置とを含む。第３の反応物供給ラインは、コア反応部品の後に第３の反応溶液を連続流路に輸送するように構成され、第２の予熱装置は、第３の反応物供給ラインを予熱するように構成される。シェル反応部品は、シェル供給部品に結合され、その結果、第３の反応溶液は、コア構造の表面で反応し、シェル構造を形成する。シェル反応部品は、第２の混合器、第２のマイクロ流体反応器および第２の温度制御装置を含む。第２の混合器は、コア反応部品の後の連続流路に配置され、第３の反応物供給ラインに接続される。第２のマイクロ流体反応器は、コア反応部品の後の連続流路に配置され、第２のマイクロ流体反応器の供給端は、第２の混合器に接続される。第２の温度制御装置は、第２のマイクロ流体反応器の反応温度を制御するように構成される。

本開示の装置を用いたコアシェル型量子ドットの調製方法は、次の通りである。第１の反応物供給ラインとＮ個の第２の反応物供給ラインとを通して、第１の反応溶液と第２の反応溶液とは、Ｎ個の第１のマイクロ流体反応器に輸送され、Ｎ個の第１のマイクロ流体反応器内で反応してコア構造を形成する。第２の反応溶液の多段輸送によって、第１の反応溶液と第２の反応溶液とのモル比を所定の比に制御する。次に、第３の反応物供給ラインを通して、第３の反応溶液を第２のマイクロ流体反応器に輸送し、その結果、第２のマイクロ流体反応器において、第１のマイクロ流体反応器からのコア構造の表面にシェル構造を形成して、コアシェル型量子ドットを得る。

上記から、本開示では、狭い半値全幅を有するコアシェル型量子ドットを調製し供給比によって発光波長を変調させるために、多段供給とマイクロ流体反応器とを有する装置を採用し、これによって、高効率な物質移動と熱移動とによって合成安定性を向上させ得、調製時間を短縮し得る。したがって、本開示における方法は、高い色純度を有し要件に応じた特定の色の光を発するコアシェル型量子ドットを調製し得る。

本開示をさらに詳細に説明するために、図を伴ういくつかの例示的な実施形態について詳細に説明する。

本開示の一実施形態に係るコアシェル型量子ドットを調製するための装置の概略図である。

下記に、添付図面を参照して実施形態を詳細に説明するが、提供する実施形態は、本開示の範囲を限定することを意図しない。加えて、図面中の各構成要素の寸法は、説明の便宜上描かれており、本来の寸法に従って描かれているものではない。さらに、本明細書では、「第１」、「第２」等の用語を用いて種々の部品および／または組成物を説明するが、これらの部品および／または組成物は、これらの用語によって限定されるべきではない。むしろ、これらの用語は、ある構成要素または組成物を別の構成要素または組成物と区別するためにのみ使用される。したがって、下記に説明する第１の構成要素または組成物は、実施形態の教示から逸脱することなく、第２の構成要素または組成物と呼ばれ得る。

図１は、本開示の一実施形態に係るコアシェル型量子ドットを調製するための装置の概略図である。

図１を参照すると、本実施形態に係るコアシェル型量子ドットの調製装置は、コア多段供給部品１００と、コア反応部品１０２と、シェル供給部品１０４と、シェル反応部品１０６と、を含む。コア多段供給部品１００は、第１の反応物供給ライン１０８、Ｎ個の第２の反応物供給ライン１１０_１および１１０_２ならびに（Ｎ＋１）個の第１の予熱装置１１２_１、１１２_２および１１２_３を含む。第１の予熱装置１１２_１、１１２_２、１１２_３は、例えば、加熱コイルである。本実施形態では、２つの第２の反応物供給ライン１１０_１および１１０_２を例に挙げているため、Ｎは２であることに留意されたい。ただし、本開示はこれに限定されず、Ｎは１より大きい整数であり得る。したがって、第２の反応物供給ラインの数もまた、３、４、それ以上であり得、第１の予熱装置の数もまた、第１および第２の反応物供給ラインの数に応じて増加する。第１の反応物供給ライン１０８は、第１の反応溶液を連続流路ＣＣに輸送するように構成され、第２の反応物供給ライン１１０_１および１１０_２は、第２の反応溶液を連続流路ＣＣの異なる区間に輸送するように構成される。連続流路ＣＣは、異なる反応溶液を同時に供給してコアシェル型量子ドットを合成するという結果を得るために、コアシェル型量子ドットの調製装置全体を通過する流路である。第１の予熱装置１１２_１、１１２_２、１１２_３は、第１および第２の反応溶液が第１の反応物供給ライン１０８および第２の反応物供給ライン１１０_１、１１０_２から分離することを防ぐように、第１の反応物供給ライン１０８および第２の反応物供給ライン１１０_１、１１０_２をそれぞれ予熱するように構成される。すなわち、第１の予熱装置１１２_１は、第１の反応物供給ライン１０８の周囲に配置され、第１の予熱装置１１２_２は、第２の反応物供給ライン１１０_１の周囲に配置され、第１の予熱装置１１２_３は、第２の反応物供給ライン１１０_２の周囲に配置される。加えて、本開示では、マイクロ流体反応器を用いてコアシェル型量子ドットを調製するため、第１の反応溶液および第２の反応溶液の供給流量を制御する必要がある。したがって、コア多段供給部品１００は、第１の反応物供給ライン１０８における第１の反応溶液の流量を制御する第１の流量調整装置１１４と、第２の反応物供給ライン１１０_１および１１０_２における第２の反応溶液の流量をそれぞれ制御する２つの第２の流量調整装置１１６_１および１１６_２と、をさらに設け得る。第１の流量調整装置１１４および第２の流量調整装置１１６_１、１１６_２は、例えば、ポンプまたはその他の適切な装置である。したがって、第１の反応溶液は、第１の流量調整装置１１４を通して第１の反応物供給ライン１０８に入る。第２の反応溶液は、第２の流量調整装置１１６_１を通して第２の反応物供給ライン１１０_１に入り、第２の反応溶液は、第２の流量調整装置１１６_２を通して第２の反応物供給ライン１１０_２に入る。

引き続き図１を参照すると、コア反応部品１０２は、コア多段供給部品１００に結合され、第１および第２の反応溶液を反応させてコア構造を形成する。コア反応部品１０２は、２つの第１の混合器１１８_１および１１８_２、２つの第１のマイクロ流体反応器１２０_１および１２０_２ならびに第１の温度制御装置１２２を含む。第１の混合器１１８_１および１１８_２は、第２の反応物供給ライン１１０_１および１１０_２の各々に接続される連続流路ＣＣの異なる区間にそれぞれ配置される。例えば、第１の混合器１１８_１は、連続流路ＣＣの第１の区間（前方区間など）に配置され、第２の反応物供給ライン１１０_１に接続され、そこで第２の反応溶液を第１の反応物供給ライン１０８からの第１の反応溶液と混合する。第１の混合器１１８_２は、連続流路ＣＣの第２の区間（後方区間など）に配置され、第２の反応物供給ライン１１０_２に接続され、そこで第２の反応溶液を連続流路ＣＣの前方区間からの結果物ならびに第１または／および第２の反応溶液の反応していない一部と混合する。第１のマイクロ流体反応器１２０_１、１２０_２は、それぞれ連続流路ＣＣの異なる区間に配置され、第１のマイクロ流体反応器１２０_１、１２０_２の各々の供給端は、それぞれ第１の混合器１１８_１、１１８_２の各々に接続される。すなわち、第１のマイクロ流体反応器１２０_１は、連続流路ＣＣの第１の区間（前方区間など）に配置され、第１のマイクロ流体反応器１２０_１の供給端は、第１の混合器１１８_１に接続される。したがって、第１の混合器１１８_１で混合された第１および第２の反応溶液は、第１のマイクロ流体反応器１２０_１で反応する。第１のマイクロ流体反応器１２０_２は、連続流路ＣＣの第２の区間（後方区間など）に配置され、第１のマイクロ流体反応器１２０_２の供給端は、第１の混合器１１８_２に接続される。したがって、第１の混合器１１８_２内の混合物は、第１のマイクロ流体反応器１２０_２内で反応する。第１の温度制御装置１２２は、第１のマイクロ流体反応器１２０_１および１２０_２の反応温度を制御するように構成され、第１のマイクロ流体反応器１２０_１および１２０_２の反応温度は、コアシェル型量子ドットの種類によって同じ場合もあり得、異なる場合もあり得る。

再び図１を参照すると、シェル供給部品１０４は、連続流路ＣＣに結合され、第３の反応物供給ライン１２４および第２の予熱装置１２６を含む。第３の反応物供給ライン１２４は、第３の反応物供給ライン１２４において第３の反応溶液が分離されることを防ぐように、コア反応部品１０２の後に第３の反応溶液を連続流路ＣＣに輸送するように構成され、第２の予熱装置１２６は、第３の反応物供給ライン１２４を予熱するように構成される。加えて、シェル供給部品１０４は、第３の反応物供給ライン１２４における第３の反応溶液の流量を制御するための第３の流量調整装置１２８をさらに含み得る。シェル反応部品１０６は、シェル供給部品１０４に結合され、第１のマイクロ流体反応器１２０_２からのコア構造の表面で第３の反応溶液を反応させて、シェル構造を形成する。シェル反応部品１０６は、第２の混合器１３０と、第２のマイクロ流体反応器１３２と、第２の温度制御装置１３４とを含む。第２の混合器１３０は、コア反応部品１０２の後の連続流路ＣＣに配置され、第３の反応物供給ライン１２４に接続される。第２のマイクロ流体反応器１３２は、コア反応部品１０２の後の連続流路ＣＣに配置され、第２のマイクロ流体反応器１３２の供給端は、第２の混合器１３０に接続される。したがって、第２の混合器１３０内において混合された第３の反応溶液と第１のマイクロ流体反応器１２０_２からのコア構造とは、第２のマイクロ流体反応器１３２内で反応する。第２の温度制御装置１３４は、第２のマイクロ流体反応器１３２の反応温度を制御するように構成される。コアシェル型量子ドット内のシェル構造の主な機能の一つは、コア構造を保護し、コア構造の発光効率を妨げないことであるため、シェル構造は、概して薄い。したがって、多段供給は必要ではなく、単段供給方法を用いることによって、第３の反応溶液は、第３の反応物供給ライン１２４を通して投入され得る。

図１中の装置は、連続供給が可能なマイクロ流体反応装置である。したがって、図１中の装置を用いたコアシェル型量子ドットの調製方法では、第１の反応溶液および第２の反応溶液は、第１のマイクロ流体反応器１２０_１、１２０_２内で反応させてシェル構造を形成するために、第１の反応物供給ライン１０８および第２の反応物供給ライン１１０_１、１１０_２を通して第１のマイクロ流体反応器１２０_１、１２０_２に輸送され得る。第１の反応溶液と第２の反応溶液とのモル比は、第２の反応溶液の多段輸送によって、所定の比に制御され得る。次いで、第３の反応物供給ライン１２４を通して、第３の反応溶液は、第２のマイクロ流体反応器１３２に輸送され、その結果、第２のマイクロ流体反応器１３２内において、第１のマイクロ流体反応器１２０_２からのコア構造の表面にシェル構造を形成し、コアシェル型量子ドット１３６を得る。

本開示において、コアシェル型量子ドットは、カドミウム系とカドミウムフリー系とに分けられ得る。カドミウム系は、主にＣｄＳｅ／ＺｎＳであり、カドミウムフリー系は、主にＩｎＰ／ＺｎＳである。しかしながら、本開示は、これに限定されない。コアシェル型量子ドットは、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳ／ＨｇＳ、ＣｄＳ／ＣｄＳｅ、ＣｄＳ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ／ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＣｄＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅまたはＰｂＳ／ＣｄＳから選択され得る。

例として、コアシェル型量子ドットがＣｄＳｅ／ＺｎＳである場合、第１の反応溶液は、酢酸カドミウム（Ｃｄ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２）溶液、第２の反応溶液は、セレン（Ｓｅ）溶液、第３の反応溶液は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）溶液である。第１の反応物供給ライン１０８における第１の反応溶液の流量は、第１の流量調整装置１１４によって１ｍｌ／ｍｉｎ～５ｍｌ／ｍｉｎの間で制御され得る。第２の反応物供給ライン１１０_１における第２の反応溶液の流量は、第２の流量調整装置１１６_１によって１ｍｌ／ｍｉｎ～５ｍｌ／ｍｉｎの間で制御され得る。第２の反応物供給ライン１１０_２における第２の反応溶液の流量は、第２の流量調整装置１１６_２によって１ｍｌ／ｍｉｎ～５ｍｌ／ｍｉｎの間で制御され得る。第３の反応物供給ライン１２４における第３の反応溶液の流量は、第３の流量調整装置１２８によって５ｍｌ／ｍｉｎ～１０ｍｌ／ｍｉｎの間で制御され得る。第１のマイクロ流体反応器１２０_１および１２０_２における流量は、例えば、２ｍｌ／ｍｉｎ～１０ｍｌ／ｍｉｎの間で制御され、第２のマイクロ流体反応器１３２における流量は、例えば、１０ｍｌ／ｍｉｎ～１５ｍｌ／ｍｉｎの間で制御される。例えば、第１の反応物供給ライン１０８における第１の反応溶液の流量が１ｍｌ／ｍｉｎであり、第２の反応物供給ライン１１０_１における第２の反応溶液の流量が３ｍｌ／ｍｉｎである場合、第１のマイクロ流体反応器１２０_１における流量は、両者の合計、すなわち４ｍｌ／ｍｉｎである。同様に、第１のマイクロ流体反応器１２０_１における流量が４ｍｌ／ｍｉｎであり、第２の反応物供給ライン１１０_２における第２の反応溶液の流量が２ｍｌ／ｍｉｎであるとき、第１のマイクロ流体反応器１２０_２における流量は６ｍｌ／ｍｉｎであり、残りは類似で導出され得る。加えて、第１の予熱装置１１２_１、１１２_２、１１２_３、第２の予熱装置１２６の温度を、全て１００℃～１５０℃に設定する。第１のマイクロ流体反応器１２０_１および１２０_２の反応温度は、第１の温度制御装置１２２を通して２３０℃～２８０℃に制御され得、第２のマイクロ流体反応器１３２の反応温度は、第２の温度制御装置１３４を通して２５０℃～３００℃に制御され得る。

加えて、例として、コアシェル型量子ドットがＩｎＰ／ＺｎＳである場合、第１の反応溶液は、酢酸インジウム（Ｉｎ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_３）溶液、第２の反応溶液は、トリス（ジエチルアミノ）ホスフィン（Ｐ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_３）溶液、第３の反応溶液は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）溶液である。第１の反応物供給ライン１０８の第１の反応溶液は、第１の流量調整装置１１４によって、０．５ｍｌ／ｍｉｎ～３ｍｌ／ｍｉｎの間で制御され得る。第２の反応物供給ライン１１０_１における第２の反応溶液の流量は、第２の流量調整装置１１６_１によって１ｍｌ／ｍｉｎ～５ｍｌ／ｍｉｎの間で制御され得る。第２の反応物供給ライン１１０_２における第２の反応溶液の流量は、第２の流量調整装置１１６_２によって１ｍｌ／ｍｉｎ～５ｍｌ／ｍｉｎの間で制御され得る。第３の反応物供給ライン１２４における第３の反応溶液の流量は、第３の流量調整装置１２８によって５ｍｌ／ｍｉｎ～１０ｍｌ／ｍｉｎの間で制御され得る。第１のマイクロ流体反応器１２０_１および１２０_２における流量は、例えば、２ｍｌ／ｍｉｎ～８ｍｌ／ｍｉｎの間で制御され、第２のマイクロ流体反応器１３２における流量は、例えば、８ｍｌ／ｍｉｎ～１２ｍｌ／ｍｉｎの間で制御される。例えば、第１の反応物供給ライン１０８における第１の反応溶液の流量が０．５ｍｌ／ｍｉｎであり、第２の反応物供給ライン１１０_１における第２の反応溶液の流量が１．５ｍｌ／ｍｉｎである場合、第１のマイクロ流体反応器１２０_１における流量は、両者の合計、すなわち２ｍｌ／ｍｉｎである。同様に、第１のマイクロ流体反応器１２０_１における流量が２ｍｌ／ｍｉｎ、第２の反応物供給ライン１１０_２における第２の反応溶液の流量が１．５ｍｌ／ｍｉｎであるとき、第１のマイクロ流体反応器１２０_２における流量は、３．５ｍｌ／ｍｉｎであり、残りは類似で導出され得る。加えて、第１の予熱装置１１２_１、１１２_２、１１２_３および第２の予熱装置１２６の温度を、全て１００℃～１５０℃に設定する。第１のマイクロ流体反応器１２０_１および１２０_２の反応温度は、第１の温度制御装置１２２を通して、１７０℃～２５０℃に制御され得る。第１のマイクロ流体反応器１２０_２の反応温度は、第１の温度制御装置１２２を通して、２２０℃～２５０℃に制御され得る。第２のマイクロ流体反応器１３２の反応温度は、第２の温度制御装置１３４を通して、２５０℃～２８０℃に制御され得る。また、ＩｎＰの合成反応性に対応するため、コア反応ステージにおいて、温度勾配が必要である。したがって、第１のマイクロ流体反応器１２０_１の反応温度は、好ましくは１７０℃～２２０℃に制御され、第１のマイクロ流体反応器１２０_２の反応温度は、好ましくは２２０℃～２５０℃に制御される。言い換えると、第１の温度制御装置１２２は、異なる反応温度を有するために、第１のマイクロ流体反応器１２０_１および１２０_２をそれぞれ制御し得る。

下記に、本開示の有効性を検証するための実験を提示するが、本開示は、以下の内容に限定されない。

（実施例１）
出発材料を、下記の表１に示す。

調製工程は、次を含む。

１－１． ５００ｍｌの一口反応ボトルを用意する。Ｒ１、Ｒ３および溶媒をボトルに入れて撹拌し、溶解するまで加熱した後３０分間排気し、次いでＡｒで置換して１時間反応させた後室温まで冷却する。これが、Ｃｄ溶液（第１の反応溶液）の出発材料である。５００ｍｌの一口反応ボトルを用意する。Ｒ２、Ｒ４および溶媒をボトルに入れ、撹拌して溶解させ、３０分間排気した後Ａｒで置換し、１時間反応させた後室温まで冷却する。これは、Ｓｅ溶液（第２の反応溶液）の出発材料である。５００ｍｌの一口反応ボトルを用意する。Ｒ５、Ｒ６および溶媒をボトルに入れ、超音波振動で溶解するまで撹拌する。これは、ＺｎＳ溶液（第３の反応溶液）の出発材料である。

１－２． 図１に示す装置を用い、第１および第２の温度制御装置によって、温度を２５０℃および２９０℃にそれぞれ制御し、１時間予熱を行う。Ｃｄ、ＳｅおよびＺｎＳ溶液の出発材料を予熱槽（予熱装置）に入れ、全ての予熱装置の温度を１２０℃に設定する。予熱温度を、３０分間の加熱後に安定させる。

１－３． 流量調整装置を使用する。Ｃｄ溶液（第１の反応溶液）の出発材料の流量を１．０ｍｌ／ｍｉｎに設定する。第１の区間におけるＳｅ溶液（第２の反応溶液）の出発材料の流量を４．０ｍｌ／ｍｉｎに設定する。第２の区間におけるＳｅ溶液（第２の反応溶液）の出発材料の流量を１．０ｍｌ／ｍｉｎに設定する。ＺｎＳ溶液（第３の反応溶液）の出発材料の流量を６．０ｍｌ／ｍｉｎに設定する。設定完了後、マイクロ流体反応器（ＭＲＴ）の合成を開始する。２０分間合成した後、１０ｍｌメスフラスコで流量を確認し、記録する。

１－４． ３０分毎にＭＲＴを合成した後、５ｍｌ採取してトルエンで希釈し、蛍光分光器によって発光波長および半値全幅を確認した後、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ生成物を回収する。表２に、発光波長および半値全幅の結果を示す。

（実施例２～４）
実施例１と同様の方法であるが、第１の区間および第２の区間におけるＳｅ溶液（第２の反応溶液）の出発材料の流量を表２の流量に変更して、ＣｄＳｅ／ＺｎＳを調製する。また、蛍光分光器によって確認した発光波長および半値全幅の結果を表２に示す。

（比較例１）
図１に示す装置を用い、実施例１と同様の方法において、ＣｄＳｅ／ＺｎＳを調製する。しかしながら、Ｓｅ溶液の出発材料（第２の反応溶液）については単段供給を採用し（第２の反応物供給ラインを１本のみ使用）、流量を５．０ｍｌ／ｍｉｎに設定する。また、蛍光分光器で確認した発光波長および半値全幅の結果を表２に示す。

表２によれば、第２の反応溶液の総流量が変わらない条件下では、多段供給によって調製したコアシェル型量子ドットの半値全幅は、単段供給で合成した生成物の半値全幅よりも狭くなる。そのため、コアシェル型量子ドットの色純度を向上させ得る。さらに、本開示では、異なる区間において流量を変えることによって、発光波長をさらに変調させ得る。例えば、実施例１で調製したＣｄＳｅ／ＺｎＳの発光波長は、６３２ｎｍである。総流量を変化させずに、第１の区間と第２の区間との流量を徐々に減少または増加させると、ＣｄＳｅ／ＺｎＳの発光波長を６２５ｎｍまで徐々に調整し得る（実施例４）。これに対し、単段供給の比較例１では、発光波長は、６３５ｎｍの１波長のみである。

（比較例２）
比較例１と同様の方法で、ＣｄＳｅ／ＺｎＳを調製した。操作時間を変更することによって反応量を変化させ、様々な反応量の生成物の発光波長および半値全幅を蛍光分光器で確認し、結果を表３－１に示す。

（実施例５）
実施例２と同様の方法で、ＣｄＳｅ／ＺｎＳを調製した。操作時間を変更することによって反応量を変化させ、様々な反応量の生成物の発光波長および半値全幅を蛍光分光器で確認し、結果を表３－２に示す。

表３－１および表３－２によれば、比較例２の生成物の半値全幅は、実施例５の生成物よりも大きく、これは、実施例５の生成物が反応量を増加させてもなお色純度が良好であることを示す。したがって、比較例２と比較すると、本開示における調製装置および方法は、スケールアップしてもより良い色純度を有することが推察される。

（実施例６）
出発材料を下記の表４に示す。

調整工程は、下記を含む。

６－１． ５００ｍｌの一口反応ボトルを用意する。Ｒ７、Ｒ９および溶媒をボトルに入れて撹拌し、溶解するまで加熱した後３０分間排気し、次いでＡｒで置換して１時間反応させた後室温まで冷却する。これが、Ｉｎ溶液（第１の反応溶液）の出発材料である。５００ｍｌの一口反応ボトルを用意する。Ｒ８、Ｒ４および溶媒をボトルに入れ、撹拌して溶解させ、３０分間排気した後Ａｒで置換し、１時間反応させた後室温まで冷却する。これは、Ｐ溶液（第２の反応溶液）の出発材料である。５００ｍｌの一口反応ボトルを用意する。Ｒ５、Ｒ６および溶媒をボトルに入れ、超音波振動で溶解するまで撹拌する。これは、ＺｎＳ溶液（第３の反応溶液）の出発材料である。

６－２． 図１に示す装置を使用する。第１および第２の温度制御装置によって、第１のマイクロ流体反応器の第１の温度を１８０℃に、第１のマイクロ流体反応器の第２の温度を２４０℃に、第２のマイクロ流体反応器の第２の温度を２６０℃にそれぞれ制御して１時間予熱を行う。Ｉｎ、ＰおよびＺｎＳ溶液の出発材料を予熱槽（予熱装置）に入れ、全ての予熱装置の温度を１２０℃に設定する。予熱温度を、３０分間の加熱後に安定させる。

６－３． 流量調整装置を使用する。Ｉｎ溶液（第１の反応溶液）の出発材料の流量を０．５ｍｌ／ｍｉｎに設定する。第１の区間におけるＰ溶液（第２の反応溶液）の出発材料の流量を２．５ｍｌ／ｍｉｎに設定する。第２の区間におけるＰ溶液（第２の反応溶液）の出発材料の流量を０．５ｍｌ／ｍｉｎに設定する。ＺｎＳ溶液（第３の反応溶液）の出発材料の流量を７．０ｍｌ／ｍｉｎに設定する。設定完了後、マイクロ流体反応器（ＭＲＴ）の合成を開始する。２０分間合成した後、１０ｍｌメスフラスコで流量を確認し、記録する。

６－４． ３０分毎にＭＲＴを合成した後、５ｍｌ採取してトルエンで希釈し、蛍光分光器によって発光波長および半値全幅を確認した後、ＩｎＰ／ＺｎＳ生成物を回収する。表５に、発光波長および半値全幅の結果を示す。

（実施例７～９）
実施例６と同様の方法であるが、第１の区間および第２の区間におけるＰ溶液（第２の反応溶液）の出発材料の流量を表５の流量に変更して、ＩｎＰ／ＺｎＳを調製する。また、蛍光分光器によって確認した発光波長および半値全幅の結果を表５に示す。

（比較例３）
図１に示す装置を用い、実施例６と同様の方法において、ＩｎＰ／ＺｎＳを調製する。しかしながら、Ｐ溶液の出発材料（第２の反応溶液）については単段供給を採用し（第２の反応物供給ラインを１本のみ使用）、流量を３．０ｍｌ／ｍｉｎに設定する。また、蛍光分光器で確認した発光波長および半値全幅の結果を表５に示す。

表５によれば、第２の反応溶液の総流量が変わらない条件下では、多段供給によって調製されたカドミウムフリーコアシェル型量子ドットの半値全幅もまた、単段供給によって合成された生成物と比較して狭くなっていることが確認された。そのため、コアシェル型量子ドットの色純度を向上させ得る。さらに、本開示では、カドミウムフリーコアシェル型量子ドットの発光波長は、異なる区間で流量を変えることによって、さらに変調され得る。

上記に基づいて、本開示に係る装置は、マイクロ流体反応器と温度制御装置とを有する多段供給設計を含む。そのため、コアシェル型量子ドットのコア構造の調製中に、高効率な物質移動および熱移動を実現し得、これによって合成安定性を向上させ、高い色純度（狭いＦＷＨＭ）および高精度の寸法（変調され得る波長）を有するコアシェル型量子ドットを調製する。

本開示の範囲または精神から逸脱することなく、開示された実施形態の構造に対して様々な修正および変形を行うことができることは、当業者にとって明らかであろう。上記の観点から、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲に入ることを条件として、本開示の修正および変形を含むことを意図する。

本開示における装置および方法は、コアシェル型量子ドットの調製に適用し得る。

１００ コア多段供給部品
１０２ コア反応部品
１０４ シェル供給部品
１０６ シェル反応部品
１０８ 第１の反応物供給ライン
１１０_１ 第２の反応物供給ライン
１１０_２ 第２の反応物供給ライン
１１２_１ 第１の予熱装置
１１２_２ 第１の予熱装置
１１２_３ 第１の予熱装置
１１４ 第１の流量調整装置
１１６_１ 第２の流量調整装置
１１６_２ 第２の流量調整装置
１１８_１ 第１の混合器
１１８_２ 第１の混合器
１２０_１ 第１のマイクロ流体反応器
１２０_２ 第１のマイクロ流体反応器
１２２ 第１の温度制御装置
１２４ 第３の反応物供給ライン
１２６ 第２の予熱装置
１２８ 第３の流量調整装置
１３０ 第２の混合器
１３２ 第２のマイクロ流体反応器
１３４ 第２の温度制御装置
１３６ コアシェル型量子ドット
ＣＣ 連続流路

Claims (14)

1. コアシェル型量子ドットの調製装置であって、
   コア多段供給部品であって、
   第１の反応溶液を連続流路に輸送するように構成される、第１の反応物供給ラインと、
   第２の反応溶液を前記連続流路の異なる区間に輸送するように構成され、ここで、Ｎは１より大きい整数である、Ｎ個の第２の反応物供給ラインと、
   前記第１の反応物供給ラインとＮ個の前記第２の反応物供給ラインとをそれぞれ予熱するように構成される、（Ｎ＋１）個の第１の予熱装置と、
   を備える、コア多段供給部品と、
   前記コア多段供給部品に結合され、前記第１の反応溶液と前記第２の反応溶液とを反応させてコア構造を形成する、コア反応部品であって、前記コア反応部品は、
   前記第２の反応物供給ラインの各々に接続される前記連続流路の異なる区間にそれぞれ配置される、Ｎ個の第１の混合器と、
   前記連続流路の異なる区間にそれぞれ配置される、Ｎ個の第１のマイクロ流体反応器であって、ここで、Ｎ個の前記第１のマイクロ流体反応器の供給端は、それぞれＮ個の前記第１の混合器に接続される、Ｎ個の第１のマイクロ流体反応器と、
   Ｎ個の前記第１のマイクロ流体反応器の反応温度を制御するように構成される、第１の温度制御装置と、
   を備える、コア反応部品と、
   前記連続流路に結合された、シェル供給部品であって、前記シェル供給部品は、
   前記コア反応部品の後に第３の反応溶液を前記連続流路に輸送するように構成される、第３の反応物供給ラインと、
   前記第３の反応物供給ラインを予熱するように構成される、第２の予熱装置と、
   を備える、シェル供給部品と、
   前記シェル供給部品に結合され、コア構造の表面で前記第３の反応溶液を反応させてシェル構造を形成する、シェル反応部品であって、ここで、前記シェル反応部品は、
   前記コア反応部品の後の前記連続流路に配置され、前記第３の反応物供給ラインに接続される第２の混合器と、
   前記コア反応部品の後の前記連続流路に配置される、第２のマイクロ流体反応器であって、ここで、前記第２のマイクロ流体反応器の供給端は、前記第２の混合器に接続される、第２のマイクロ流体反応器と、
   前記第２のマイクロ流体反応器の反応温度を制御するように構成される、第２の温度制御装置と、
   を備える、シェル反応部品と、
   を備える、コアシェル型量子ドットの調製装置。
2. 前記コア多段供給部品は、前記第１の反応物供給ラインにおける前記第１の反応溶液の流量を制御するように構成される第１の流量調整装置をさらに備える、請求項１に記載のコアシェル型量子ドットの調製装置。
3. 前記コア多段供給部品は、Ｎ個の前記第２の反応物供給ラインにおける前記第２の反応溶液の流量をそれぞれ制御するように構成されるＮ個の第２の流量調整装置をさらに備える、請求項１に記載のコアシェル型量子ドットの調製装置。
4. 前記シェル供給部品は、前記第３の反応物供給ラインにおける前記第３の反応溶液の流量を制御するように構成される第３の流量調整装置をさらに備える、請求項１に記載のコアシェル型量子ドットの調製装置。
5. 前記第１の反応物供給ラインおよびＮ個の前記第２の反応物供給ラインを通して前記第１の反応溶液および前記第２の反応溶液をＮ個の前記第１のマイクロ流体反応器に輸送し、Ｎ個の前記第１のマイクロ流体反応器内で反応させて前記コア構造を形成し、ここで、前記第１の反応溶液および前記第２の反応溶液のモル比は、前記第２の反応溶液の多段輸送によって所定の比に制御されることと、
   前記第３の反応物供給ラインを通して前記第３の反応溶液を前記第２のマイクロ流体反応器に輸送し、その結果、前記第２のマイクロ流体反応器において、前記第１のマイクロ流体反応器からの前記コア構造の表面に前記シェル構造を形成して前記コアシェル型量子ドットを得ることと、
   を含む、請求項１に記載の装置を使用してコアシェル型量子ドットを調製する方法。
6. 前記コアシェル型量子ドットは、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳ／ＨｇＳ、ＣｄＳ／ＣｄＳｅ、ＣｄＳ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ／ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＣｄＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅまたはＰｂＳ／ＣｄＳを備える、請求項５に記載のコアシェル型量子ドットの調製方法。
7. 前記第１の反応溶液は、酢酸カドミウム（Ｃｄ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２）溶液であり、前記第２の反応溶液は、セレン（Ｓｅ）溶液であり、前記第３の反応溶液は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）溶液である、請求項５に記載のコアシェル型量子ドットの調製方法。
8. 前記第１の反応物供給ラインにおける前記第１の反応溶液の流量およびＮ個の前記第２の反応物供給ラインにおける前記第２の反応溶液の流量の両方を１ｍｌ／ｍｉｎ～５ｍｌ／ｍｉｎに制御し、前記第３の反応物供給ラインにおける前記第３の反応溶液の流量を５ｍｌ／ｍｉｎ～１０ｍｌ／ｍｉｎに制御する、請求項７に記載のコアシェル型量子ドットの調製方法。
9. Ｎ個の前記第１のマイクロ流体反応器における流量を２ｍｌ／ｍｉｎ～１０ｍｌ／ｍｉｎに制御し、前記第２のマイクロ流体反応器における流量を１０ｍｌ／ｍｉｎ～１５ｍｌ／ｍｉｎに制御する、請求項７に記載のコアシェル型量子ドットの調製方法。
10. （Ｎ＋１）個の前記第１の予熱装置および前記第２の予熱装置の温度を全て１００℃～１５０℃に設定し、Ｎ個の前記第１のマイクロ流体反応器の前記反応温度を２３０℃～２８０℃に制御し、前記第２のマイクロ流体反応器の前記反応温度を２５０℃～３００℃に制御する、請求項７に記載のコアシェル型量子ドットの調製方法。
11. 前記第１の反応溶液は、酢酸インジウム（Ｉｎ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_３）溶液であり、前記第２の反応溶液は、トリス（ジエチルアミノ）ホスフィン（Ｐ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_３）溶液であり、前記第３の反応溶液が硫化亜鉛（ＺｎＳ）溶液である、請求項５に記載のコアシェル型量子ドットの調製方法。
12. 前記第１の反応物供給ラインにおける前記第１の反応溶液の流量を０．５ｍｌ／ｍｉｎ～３ｍｌ／ｍｉｎに制御し、Ｎ個の前記第２の反応物供給ラインにおける前記第２の反応溶液の流量を全て１ｍｌ／ｍｉｎ～５ｍｌ／ｍｉｎに制御し、前記第３の反応物供給ラインにおける前記第３の反応溶液の流量を５ｍｌ／ｍｉｎ～１０ｍｌ／ｍｉｎに制御する、請求項１１に記載のコアシェル型量子ドットの調製方法。
13. Ｎ個の前記第１のマイクロ流体反応器における流量を２ｍｌ／ｍｉｎ～８ｍｌ／ｍｉｎに制御し、前記第２のマイクロ流体反応器における流量を８ｍｌ／ｍｉｎ～１２ｍｌ／ｍｉｎに制御する、請求項１１に記載のコアシェル型量子ドットの調製方法。
14. （Ｎ＋１）個の前記第１の予熱装置および前記第２の予熱装置の温度を全て１００℃～１５０℃に設定し、Ｎ個の前記第１のマイクロ流体反応器の前記反応温度を１７０℃～２５０℃に制御し、前記第２のマイクロ流体反応器の前記反応温度を２５０℃～２８０℃に制御する、請求項１１に記載のコアシェル型量子ドットの調製方法。

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