KR100886916B1 - 높은 굴절률을 갖는 투명 고분자 나노 하이브리드 필름 및이의 제조방법 - Google Patents

높은 굴절률을 갖는 투명 고분자 나노 하이브리드 필름 및이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100886916B1
KR100886916B1 KR1020070046760A KR20070046760A KR100886916B1 KR 100886916 B1 KR100886916 B1 KR 100886916B1 KR 1020070046760 A KR1020070046760 A KR 1020070046760A KR 20070046760 A KR20070046760 A KR 20070046760A KR 100886916 B1 KR100886916 B1 KR 100886916B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hybrid
zinc sulfate
film
refractive index
nanocrystalline quantum
Prior art date
Application number
KR1020070046760A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20080100726A (ko
Inventor
울라 하비브
김진회
박미나
하창식
Original Assignee
부산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부산대학교 산학협력단 filed Critical 부산대학교 산학협력단
Priority to KR1020070046760A priority Critical patent/KR100886916B1/ko
Publication of KR20080100726A publication Critical patent/KR20080100726A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100886916B1 publication Critical patent/KR100886916B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/0888Sulfates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/20Compounding polymers with additives, e.g. colouring
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18Manufacture of films or sheets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L39/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L39/04Homopolymers or copolymers of monomers containing heterocyclic rings having nitrogen as ring member
    • C08L39/06Homopolymers or copolymers of N-vinyl-pyrrolidones
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D139/00Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D139/04Homopolymers or copolymers of monomers containing heterocyclic rings having nitrogen as ring member
    • C09D139/06Homopolymers or copolymers of N-vinyl-pyrrolidones
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40Additives
    • C09D7/60Additives non-macromolecular
    • C09D7/61Additives non-macromolecular inorganic
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2339/00Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2339/04Homopolymers or copolymers of monomers containing heterocyclic rings having nitrogen as ring member
    • C08J2339/06Homopolymers or copolymers of N-vinyl-pyrrolidones
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00Properties
    • C08L2201/10Transparent films; Clear coatings; Transparent materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2203/00Applications
    • C08L2203/16Applications used for films

Abstract

본 발명은 고분자 매트릭스 안에 나노결정 양자점이 잘 침투되어 높은 광학적 투명성을 갖고, 굴절률이 증가된 높은 굴절률을 갖으며, 다기능의 소자 제작이나 광학적 소재로 사용할 수 있는 높은 굴절률을 갖는 투명 고분자 나노 하이브리드 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 주요구성은 황산아연 나노결정 양자점 용액에 폴리비닐피롤리돈을 첨가하여 교반하여 브랜딩시키는 단계와; 더 이상 상 분리가 일어나지 않으면 투명한 하이브리드 용액을 얻어는 단계와; 상기 투명한 하이브리드 용액을 기판위에 스핀 코팅(spin coating)시키는 단계와; 상기 코팅된 필름을 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나노 하이브리드 필름, 광학적 소자, 황산아연 나노결정 양자점, 폴리비닐피롤리돈, 하이브리드 용액

Description

높은 굴절률을 갖는 투명 고분자 나노 하이브리드 필름 및 이의 제조방법{TRANSPARENT POLYMER NANO HYBRID TYPE FILM HAVING HIGH REFRACTIVE INDEX AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
도 1은 페닐렌 다이아민(o-PDA)로 둘러쌓여진 황산 아연의 전형적인 광각 엑스선 회절 데이터(위) 그리고 나노결정 양자점의 고 해상도 투과전자현미경, 삽입된 이미지 사진.
도 2는 이차원적 원자현미경(AFM) 이미지 사진.
도 3a는 1,2-페닐렌 다이아민(o-PDA)로 둘러쌓여진 황산 아연 나노결정 양자점의 적외선 분광기 스펙트라.
도 3b는 나노하이브리드 필름과 비교한 순수 폴리비닐피롤리돈 필름의 적외선 분광기(FT-IR) 스펙트라.
도 4는 폴리피롤리돈-황산아연 나노결정 양자점 하이브리드 필름의 광학정 투명성 스펙트라.
도 5는 폴리비닐피롤리돈 필름과 나노하이브리드 필름의 형광 발광과 여기 스펙트럼.
도 6은 나노하이브리드 필름의 다양한 굴절률을 도시한 그래프.
도 7은 나노하이브리드 필름의 다양한 흡광계수 그래프.
도 8은 나노하이브리드 필름의 열 무게 측정 분석 그래프.
본 발명은 고분자 매트릭스 안에 나노결정 양자점이 잘 침투되어 높은 광학적 투명성을 갖고, 굴절률이 증가된 높은 굴절률을 갖으며, 다기능의 소자 제작이나 광학적 소재로 사용할 수 있는 높은 굴절률을 갖는 투명 고분자 나노 하이브리드 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
소위 차원이 "0" 인 반도체 나노결정은 양자점(quantum'dots)으로 명명되어지며 이는 그들의 크기 양자화 효과 때문에(황산아연의 경우 5nm 이하 크기에서 강한 양자화 효과를 가진다.) 양자점으로 잘 알려져 있다.
나노결정 양자점을 고분자에 결합하는 것은 고분자 매트릭스 안에 새로운 기능을 부여하게 된다. 이러한 새로운 나노 하이브리드 재료는 높은 굴절률의 필름, 빛 발광 다이오드, 광전도 소자(device), 광학적 디스플레이등과 같은 응용을 기대할 수 있다. 이러한 내용은 다음 문헌에 나타나 있다. J. Mater. Chem. 13, 2189, (2003); Small 2, 495 (2006);Adv. Mater. 12, 1102 (2000); Appl. Phys. Lett. 87, 073110-1 (2005);Adv. Mater. 17, 2877 (2005);Appl. Phys. Lett. 85, 4469 (2004); Adv. Mater. 18, 1188 (2006); Appl.Phys. Lett. 84, 2925 (2004).
광전자 소자의 높은 효율을 위해서는 높은 굴절률과 높은 투명성의 형광성 나노 하이브리드 재료가 요구되어진다. 높은 굴절률의 나노 하이브리드 재료를 합 성하기 위한 일반적인 방법은 높은 굴절률을 갖는 콜로이드 입자를 고분자 매트릭스에 도입하는 것이다. 그러나 불투명의 원인이 되는 무기입자의 광학적 산란은 이러한 나노 하이브리드 재료에서는 반드시 억제되어야 한다.
이러한 문제는 가시광선(400-800nm) 파장의 십분의 일인 입자(일반적으로 25 nm이하)를 투명한 고분자에 결합시켜 레일리 산란(Rayleigh scattering)을 피하는 방법으로 해결할 수 있다. 그러나 나노결정 양자점은 높은 비표면적과 본래의 소수성의 성질 때문에 고분자 안에서 응집되기 쉽워 고분자 매트릭스 내에 균일하게 분산되는 것뿐만 아니라 나노결정 크기와 크기분포 조절이 하이브리드 물성 조절에 결정적으로 요구되어진다.
균일한 분산은 나노 하이브리드 재료의 상 거동과 밀접하게 연관된다. 나노결정 양자점과 이에 상응하는 고분자가 용매에 완전히 녹으면 효과적으로 상분리를 억제할 수 있다. 이렇게 하면 원래 고분자보다 더 높은 굴절률을 나타내는 투명한 괴상(bulk)의 나노 하이브리드 재료 뿐만 아니라 투명한 하이브리드 박막을 제조할 수 있다. 만약 결정 중심(core crystals)이 적합한 유기 리간드에 강하게 둘러 싸여있다면(encapsulate) 제조된 하이브리드내에 나노결정 양자점의 형광성이 유지될 수 있기 때문에 이 방법은 특별하다. 이 방법의 다른 장점은 적절한 고분자의 분자량을 선택할 수 있다는 것이다.
본 발명의 목적은 고분자 매트릭스 안에 나노결정 양자점이 잘 침투되어 높은 광학적 투명성을 갖으며, 굴절률이 증가된 높은 굴절률을 갖는 투명 고분자 나 노 하이브리드 필름 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 나노결정 양자점과 결합이 있기 전의 형광발광과 같은 발광을 갖기 때문에 다기능의 소자 제작이나 광학적 소재로 사용할 수 있는 높은 굴절률을 갖는 투명 고분자 나노 하이브리드 필름 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 높은 굴절률을 갖는 투명 고분자 나노 하이브리드 재료의 제조방법은 투명한 황산아연 나노결정 양자점 용액을 폴리비닐피롤리돈과 블랜딩(blending) 시킨 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 황산아연 나노결정 양자점은 총중량을 기준으로 15중량% 내지 44중량%이고, 폴리비닐피롤리돈은 56중량% 내지 85중량%인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 황산아연 나노결정 양자점 용액은 N,N-다이메틸아세트아마이드(DMAC) 무수물 용매에 티올아세트아마이드와 아연이온-페닐렌다이아민을 반응시켜 합성된 것을 특징으로 한다.
또한, 나노 하이브리드 재료 필름의 제조방법은 황산아연 나노결정 양자점 용액에 폴리비닐피롤리돈을 첨가하여 교반하여 브랜딩시키는 단계;
더 이상 상 분리가 일어나지 않으면 투명한 하이브리드 용액을 얻어는 단계;
상기 투명한 하이브리드 용액을 기판위에 스핀 코팅(spin coating)시키는 단계;
상기 코팅된 필름을 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
나노 하이브리드 재료 필름의 제조방법은 황산아연 나노결정 양자점 용액 6 ml에 폴리비닐피롤리돈 0.5g를 첨가하여 약 40~60℃에서 충분히 교반하여 브랜딩시킨다. 이때, 온도가 40℃이하이면 응집이 일어나며 60℃이상일 때는 상용성이 많이 떨어지므로 50℃가 적당하다. 또한, 상기 황산아연 나노결정 양자점 용액은 N,N-다이메틸아세트아마이드(DMAC) 무수물 용매에 티올아세트아마이드와 아연이온-페닐렌다이아민을 반응시켜 합성된 것이 바람직하다.
황산아연 나노결정 양자점 용액에 폴리비닐피롤리돈이 완전히 용해되고, 더 이상 상 분리가 일어나지 않으면 투명한 하이브리드 용액이 생성된다.
생성된 투명한 하이브리드 용액을 기판위에 스핀 코팅(spin coating)하고, 코팅된 필름을 약 40~60℃에서 수분이 제거되도록 건조시켜 24시간 건조시켜 하이브리드 필름을 제작한다.
이와 같이 제작된 하이브리드 필름은 o-PDA의 아민 관능기의 수소와 PVP의 카르보닐기의 산소의 강한 수소결합으로 오랜 기간 동안 하이브리드를 안정하게 유지될 수 있다.
<실시예>
<1,2-페닐렌다이아민으로 개질된 황산아연 나노결정 양자점의 합성>
1,2-페닐렌다이아민(o-PDA)으로 둘러싸인 황산아연 양자점은 N,N-다이메틸아세트아마이드(DMAC) 무수물 용매에서 다음 절차에 의해 합성되었다.
1,2-페닐렌다이아민(o-PDA) 4.54mmol을 45℃에서 N,N-다이메틸아세트아마이드(DMAC) 무수물 용매 10ml에 녹인다. 분리된 유리병에서 아세트산 아연 수화물(Zn(CH3COO)2·2H2O) 2.3mmol를 2분간 초음파 분해(sonication)을 이용해 N,N-다이메틸아세트아마이드(DMAC) 무수물 용매 10ml에 녹인다. 그리고 1,2-페닐렌다이아민(o-PDA)의 아민그룹에 아연 이온(Zn2+)이 흡착할 수 있도록 1,2-페닐렌다이아민(o-PDA)을 첨가한다. 수분동안 질소분위기 하에 실온에서 N,N-다이메틸아세트아마이드(DMAC) 무수물 용매에 녹인 티올아세트아마이드 2.3mmol를 담은 이구 플라스크를 교반시킨다. 용액 온도를 분당 3℃ 속도로 110℃까지 올린다. 교반 분위기 하에 아연이온-페닐렌다이아민 용액을 티올아세트아마이드 용액에 주입하고 혼합물을 165℃까지 올린다. 혼합물을 환류 하에 20분간 열을 가한다. 그런 후 반응물을 실온까지 식힌다. 1,2-페닐렌다이아민으로 개질된 황산아연 양자점의 투명한 용액이 얻어진다. 이 용액은 냉장보관(0-6℃)을 한다.
<고분자의 하이브리드 필름의 합성>
다양한 농도(0, 8.5 21.6 43.5 wt%)의 나노결정 양자점 용액 6ml을 폴리비닐피롤리돈 매트릭스내의 다양한 황산아연의 무게 분율(0, 2.9, 7.5, 15.2 wt%)을 포함한 폴리비닐피롤리돈 0.5g을 블랜딩(blending) 시킨다. 그 혼합물을 50℃에서 8시간 동안 교반시킨다.
그 후, 상 분리가 일어나지 않는 매우 투명한 하이브리드 용액이 얻어진다. 얇은 필름을 만들기 위해 기판위에 하이브리드 용액을 스핀 코팅(spin coating)하였다. 코팅된 필름을 50℃에서 24시간 동안 건조하였다.
<하이브리드 필름의 특성>
1) 나노결정 양자점의 고분자 매트릭스 안으로의 침투여부
이와 같이 제조된 하이브리드 필름을 엑스선 회절로 연구하였다. 하이브리드 필름은 PVP의 결정 피크에 아연구조가 속한 회절 피크를 보였다. 황산아연의 함량이 증가할 수로 피크의 세기는 점점 증가했다. 이는 나노결정 양자점이 성공적으로 고분자 매트릭스안에 결합됨을 의미한다.
2) 나노하이브리드 필름안의 나노결정의 크기와 입방구조
하이브리드 필름안의 나노결정의 크기와 조립 환경은 일차적으로 저각 및 광각 엑스선 회절 장치(low-, wide- angle X-ray diffraction, XRD)로 촬영하였다(도 1의 상단). 브래그 방정식(Bragg equation, 2d sinθ =λ)으로 낮은 각에서 회절되는 피크로부터 결정 사이의 거리인 d를 구할 수 있다. 각 나노결정이 유기물의 감싸는 층에 의해 분리된다면 나노결정 사이의 평균 분리거리는 리간드 층을 포함한 입자크기를 의미한다.
본 발명에 의한 하이브리드 필름은 저각 엑스선 회절로부터 나노결정의 평균 크기가 3.5 nm임을 알 수 있으며, 측정결과 합성된 나노결정 양자점과 동일하였다. 이는 하이브리드 필름 안의 나노결정 양자점이 응집이 일어나지 않았음을 의미한다. 게다가 나노결정이 잘 정의된 회절피크를 보이는 것은 규칙적인 결정 조립임을 나타낸다.
황산아연의 입방구조는 광각 엑스선 회절(wide angle X-ray diffraction)을 이용해 알 수 있다. 이러한 광각 엑스선 회절에 관한 데이터베이스는 크기를 측정하는데 사용할 수 있다. 디바이-쉘러 방정식(Debye-Scherrer formula) 에 적용하면(X-Ray Diffraction, Freeman, San Francisco, CA, USA, 1963; Chem. Mater. 12, 1018, 2000), L=0.9λ /Bcosθ로 표현된다. 여기서 L은 간섭성 길이 , B는 반치 폭 길이, λ는 엑스선 파장 길이, 그리고 θ는 회절 각을 의미한다. 만약 나노결성이 구형의 형태를 가지다면, L과 D의 관계는 D=4/3L이다. 여기서 D는 나노결정의 직경을 의미한다. 측정된 직경 3.2nm는 저각 회절 피크로부터 측정된 결정 크기 결과와 일치한다. 직접적인 형태 확인은 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)으로 가능하다(도 1의 하단).
3) 나노 하이브리드 재료 필름의 표면 형태
원자현미경(AFM)의 이미지를 촬영하여 필름 표면의 형태를 확인하여 도2에 나타내었다. 이때, a)폴리피롤리돈 필름, b)폴리피롤리돈-황산아연 나노결정 양자점 필름이며, 높이 윤곽 이미지와 삼차원적 원자현미경은 각 이차원적 이미지 아래에 보여진다.
도시된 바와 같이, 전형적인 나노 하이브리드 재료 필름의 이차원과 삼차원적 이미지는 특별한 응집없이 나노결정 양자점[밝은 부분 (높은 z 축)]이 균일하게 분배되어 있음을 보여준다.
4) 나노결정 양자점 표면과 이와 리간드 사이의 계면상태
본 발명에서 생성된 나노결정 양자점의 표면은 엑스선 광전자 분광기(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)과 적외선분광광도계(Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy)를 이용하여 측정하였으며, 도 3a 및 도 3b에 나타내었다. 적외선 분광기(FT-IR) 스펙트라를 사용하여 PVP와 PVP-나노결정 양자점 하이브리드 필름의 높이 이미지를 비교해 보면 합성된 나노결정 양자점이 PVP 매트릭스와 잘 결합되었음을 알 수 있다. 즉, 나노 하이브리드 재료 필름의 높이 이미지를 분석함으로써 투과전자현미경(고분자 매트릭스 내에 나노결정 양자점을 결합시키기 전)으로 측정된 직경과 나노결정 양자점의 평균 직경이 유사함을 알 수 있었다. 이 사실은 하이브리드 필름내의 나노결정의 응집이 없었음을 직접적으로 증명해주는 것이다. 하이브리드 필름안의 나노결정 양자점의 응집이 없었던 이유는 비록 대분분의 PVP 피크와 o-PDA 피크가 겹쳐졌지만, 높은 분해능의 적외선 분광기(FTIR) 데이터로 증명되는 황산아연 중심의 o-PDA 아민 그룹과 PVP의 카보닐 그룹사이에 수소결합 때문이다.
또한, 엑스선 광전자 분광학 자료는 중심과 리간드 사이의 계면상태를 보여준다. 나노결정 표면의 아연(Zn)원자와 아민 관능기가 결합되어 있으므로 리간드와 중심간의 결합력에 있어서 N 1s와 Zn 2p 상태는 중요한 정보를 제공한다. 적외선분광기(FTIR)로 껍질의 구조가 o-PDA와 일치함을 확인 할 수 있었다.
5) 나노하이브리드 재료 필름의 광학적 투명성
나노 하이브리드 재료 필름의 광학적 투명성(석영기판사용)은 순수 PVP필름과 비교하여 도4 및 표1에 나타내었다. 이때, (a) 황산 아연 0wt% (b) 황산 아연 3wt% (c) 황산 아연 7.5wt% (d) 황산 아연 15wt%이다. 도 4 및 표1에 나타난 바와 같이, 나노 하이브리드 재료 필름은 광학적 투명성(400nm에서 T>5%, 750nm에서 T>98.5%)을 가졌으며, 굴절률이 기본 고분자인 폴리 비닐피롤리돈(550nm에서 1.48)과 비교했을 때 상당히 증가(황산아연 무게분율 15%의 경우 550nm에서 1.56)하였다. 즉, 무기물 나노결정 크기가 약 3nm이고 입자들의 응집이 없었기 때문에 하이브리드 필름의 투과율은 매우 높다. 순수 PVP필름은 550nm-800nm 파장 영역에선 99%이상을 400nm에서 98%이상의 투과율을 보였다. 황산아연의 함량이 증가할수록 나노 하이브리드 재료 필름의 투과율을 무시해도 될 만큼의 감소를 보였다. 약 15wt%의 황산아연을 포함한 나노 하이브리드 재료 필름의 경우, 750nm에서 98.5%, 400nm에서 95%이상의 투과율을 보였다. 자외선-가시광선의 경계(약 400nm)에서의 높은 투과율은 나노결정양자점이 필름 내에 균일하게 분산되어 있음을 뜻한다. 또한 필름 존재로 인한 산란이 없었으므로 필름은 좋은 광학적 성질이 있음을 알 수 있었다.
Figure 112007035535417-pat00001
6) 나노하이브리드 재료 필름의 형광발광
o-PDA로 개질된 황산아연 나노양자점은 형광발광에 있어서 결함이 없음을 보였다. 도 5에 도시된 바와 같이, 하이브리드 얇은 필름의 형광방출과 여기를 조사한 결과, 나노 하이브리드 재료 필름은 305nm의 여기오함께 358nm에서의 발광을 보였다. 반면에, 순수 PVP필름은 이 여기에서 어떠한 발광을 보이지 않았고, 이 발광에서 어떠한 여기도 보이지 않았다. 하이브리드 필름의 형광발광 분광은 DMAc 용매안의 순수 나노결정양자점의 분광결과와 거의 유사하였다. 이는 나노결정의 광학적 성질이 완전히 보존됨을 뜻한다. 하이브리드 필름의 변함없는 형광발광은 나노결정양자점의 껍질(o-PDA)이 고분자의 입체장애에 의해 치환되지 않았음을 나타낸다.
그리고 o-PDA 부재시 나노결정의 형광 발광보다 o-PDA로 보호된 나노결정의 형광 발광이 더 강했다. 게다가 o-PDA로 보호된 나노결정은 o-PDA 부재시 합성된 황산아연 나노결정의 일반적인 방광 영역인 약 450nm에서 표면적 결함을 보이지 않는 것을 알 수 있다.
7) 나노하이브리드 재료 필름의 굴절률
나노 하이브리드 재료 필름의 굴절률을 측정하여 도 6 및 표1에 나타내었다. 이때, (a) 황산 아연 0wt% (순수 폴리비닐피롤리돈 필름) (b) 황산 아연 3wt% (c) 황산 아연 7.5wt% (d) 황산 아연 15wt%이다. 도시된 바와 같이, 나노결정 양자점의 함량이 증가할 수록 선형적으로 증가됨을 보여준다. 필름의 두께는 약 500nm이다. 약 15wt%의 황산아연이 PVP 매트릭스 안에 도입되면, 하이브리드 얇은 필름의 굴절률은 550nm에서 1.565에 도달했다. 이는 고분자 매트릭스의 1.48과 비교할 수 있다. 나노결정 양자점의 양이 증가할수록 굴절률의 선형적인 증가는 원자현미경(AFM)이미지에서 보여졌듯이 나노결정 양자점이 균일하게 분산되어있기 때문이다. 이는 높은 굴절률의 나노 하이브리드 재료 얇은 필름을 만드는 우리의 접근이 적합함을 나타낸다.
8) 흡광계수로 판단한 나노하이브리드 필름의 광학적 투과율
나노하이브리드 필름의 다양한 흡광계수(k)를 측정하여 도 7 및 표1에 나타내었다. 이때, (a) 황산 아연 0wt% (b) 황산 아연 3wt% (c) 황산 아연 7.5wt% (d) 황산 아연 15wt%이다. 도시된 바와 같이, PVP 필름의 흡광계수(k)는 측정 영역(260-830nm)에서 거의 '0'에 가깝다. 나노결정 함량의 점진적인 증가는 k값이 가시광선 영역(400nm-750nm)에서 무시할 만큼 증가한다. 가장 큰 k값은 황산아연 15wt% 함유한 경우 550 nm에서 0.0015이다. 이는 가시광선 영역에서 매우 훌륭한 광학적 투과율을 나타낸다(Chem. Mate. 13, 1137, 2001). 나노결정의 농도 증가는 자외선 영역에서 k 값의 단조로운 증가를 유도한다. 이 영역에서의 k값의 점진적인 증가는 나노결정 양자점의 빛 흡수율의 증가 때문이다. 흡광계수와 파장은 투과분광과 매우 관련이 있다. 왜냐하면 가시광선 영역에서 무시할 만큼의 흡수는 관찰되지만, 나노결정 양자점에 의해 약 300nm에서 흡수가 최고에 도달하기 때문이다.
9) 나노하이브리드 필름의 열적 안정성
나노하이브리드 필름의 열 무게 측정 분석하여 도 8에 나타내었다. 도시된 바와 같이, 열 무게 측정분석 데이타로부터 나노 하이브리드 재료 필름이 200℃까지 열적으로 안정함을 알 수 있다. 이는 순수 고분자 필름(PVP)과 유사한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 고분자 나노 하이브리드 재료 필름은 고분자 매트릭스 안에 나노결정 양자점이 잘 침투되어 높은 광학적 투명성(400nm에서 T>5%, 750nm에서 T>98.5%)을 갖으며, 굴절률이 증가되는 효과가 있다.
또한, 나노 하이브리드 재료 필름은 나노결정 양자점과 결합이 있기 전의 형광발광과 같은 발광을 갖기 때문에 광학적 소자의 박막으로 사용가능하며 나노 하이브리드 재료 용액은 다기능의 소자 제작이나 광학적 소재로 사용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 투명한 황산아연 나노결정 양자점 용액을 폴리비닐피롤리돈과 블랜딩(blending) 시킨 것을 특징으로 하는 투명 고분자 나노 하이브리드 재료 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 황산아연 나노결정 양자점은 총중량을 기준으로 15중량% 내지 44중량%이고, 폴리비닐피롤리돈은 56중량% 내지 85중량%인 것을 특징으로 하는 투명 고분자 나노 하이브리드 재료 필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 황산아연 나노결정 양자점 용액은 N,N-다이메틸아세트아마이드(DMAC) 무수물 용매에 티올아세트아마이드와 아연이온-페닐렌다이아민을 반응시켜 합성된 것을 특징으로 하는 투명 고분자 나노 하이브리드 재료 필름.
  4. 황산아연 나노결정 양자점 용액에 폴리비닐피롤리돈을 첨가하여 교반하여 브랜딩 시키는 단계;
    더 이상 상 분리가 일어나지 않으면 투명한 하이브리드 용액을 얻어는 단계;
    상기 투명한 하이브리드 용액을 기판위에 스핀 코팅(spin coating)시키는 단계;
    상기 코팅된 필름을 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 고분자 나노 하이브리드 재료 필름의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 황산아연 나노결정 양자점 용액은 N,N-다이메틸아세트아마이드(DMAC) 무수물 용매에 티올아세트아마이드와 아연이온-페닐렌다이아민을 반응시켜 합성된 것을 특징으로 하는 투명 고분자 나노 하이브리드 재료 필름의 제조방법.
KR1020070046760A 2007-05-14 2007-05-14 높은 굴절률을 갖는 투명 고분자 나노 하이브리드 필름 및이의 제조방법 KR100886916B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070046760A KR100886916B1 (ko) 2007-05-14 2007-05-14 높은 굴절률을 갖는 투명 고분자 나노 하이브리드 필름 및이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070046760A KR100886916B1 (ko) 2007-05-14 2007-05-14 높은 굴절률을 갖는 투명 고분자 나노 하이브리드 필름 및이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080100726A KR20080100726A (ko) 2008-11-19
KR100886916B1 true KR100886916B1 (ko) 2009-03-09

Family

ID=40287154

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070046760A KR100886916B1 (ko) 2007-05-14 2007-05-14 높은 굴절률을 갖는 투명 고분자 나노 하이브리드 필름 및이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100886916B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101079271B1 (ko) 2008-12-16 2011-11-03 한국세라믹기술원 나노하이브리드 복합체의 제조방법
CN103030822A (zh) * 2012-12-20 2013-04-10 杭州纳晶科技有限公司 量子点粉末及其制备方法、硅胶透镜及其制作方法和led 灯具

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101744904B1 (ko) 2010-03-22 2017-06-21 삼성디스플레이 주식회사 양자점-블록공중합체 하이브리드 및 이의 제조 방법과 분산 방법, 그리고 양자점 블록공중합체 하이브리드를 포함하는 발광 소자 및 이의 제조 방법
KR101546937B1 (ko) 2012-04-04 2015-08-25 삼성전자 주식회사 백라이트 유닛용 필름 및 이를 포함하는 백라이트 유닛과 액정 디스플레이 장치
KR101299674B1 (ko) * 2012-05-10 2013-08-26 주식회사 나노스퀘어 양자점 필름 키트

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010060192A (ko) * 1999-10-26 2001-07-06 플레믹 크리스티안 리튬 배터리에 사용하기 위한 중합체 전해질 멤브레인
WO2006104693A1 (en) 2005-03-24 2006-10-05 3M Innovative Properties Company Methods of preparing polymer nanocomposite having surface modified nanoparticles
KR20070121380A (ko) * 2006-06-22 2007-12-27 삼성전자주식회사 나노결정 입자를 함유하는 박막 및 그의 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010060192A (ko) * 1999-10-26 2001-07-06 플레믹 크리스티안 리튬 배터리에 사용하기 위한 중합체 전해질 멤브레인
WO2006104693A1 (en) 2005-03-24 2006-10-05 3M Innovative Properties Company Methods of preparing polymer nanocomposite having surface modified nanoparticles
KR20070121380A (ko) * 2006-06-22 2007-12-27 삼성전자주식회사 나노결정 입자를 함유하는 박막 및 그의 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Changli Lu et al., 'High refractive index thin films of ZnS/polythiourethane nanocomposites', Journal of Materials Chemistry, 2003, Vol 13, pp 526-530

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101079271B1 (ko) 2008-12-16 2011-11-03 한국세라믹기술원 나노하이브리드 복합체의 제조방법
CN103030822A (zh) * 2012-12-20 2013-04-10 杭州纳晶科技有限公司 量子点粉末及其制备方法、硅胶透镜及其制作方法和led 灯具
CN103030822B (zh) * 2012-12-20 2014-09-24 纳晶科技股份有限公司 量子点粉末及其制备方法、硅胶透镜及其制作方法和led 灯具

Also Published As

Publication number Publication date
KR20080100726A (ko) 2008-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hung et al. Effect of surface stabilization of nanoparticles on luminescent characteristics in ZnO/poly (hydroxyethyl methacrylate) nanohybrid films
US10753012B2 (en) Synthesis, capping and dispersion of nanocrystals
Kuljanin et al. Synthesis and characterization of nanocomposite of polyvinyl alcohol and lead sulfide nanoparticles
Tao et al. Transparent dispensible high‐refractive index ZrO2/epoxy nanocomposites for LED encapsulation
US9617657B2 (en) Synthesis, capping and dispersion of nanocrystals
EP1931724B1 (en) Transparent polymer nanocomposites containing nanoparticles and method of making same
Li et al. Preparation and characterization of transparent ZnO/epoxy nanocomposites with high-UV shielding efficiency
Habibi et al. Preparation and characterization of nanocomposite ZnO–Ag thin film containing nano-sized Ag particles: influence of preheating, annealing temperature and silver content on characteristics
Matsuyama et al. Transparent polymeric hybrid film of ZnO nanoparticle quantum dots and PMMA with high luminescence and tunable emission color
JP4415972B2 (ja) 金属酸化物ナノ粒子の製造方法
Ge et al. Preparation and characterization of PS‐PMMA/ZnO nanocomposite films with novel properties of high transparency and UV‐shielding capacity
KR100886916B1 (ko) 높은 굴절률을 갖는 투명 고분자 나노 하이브리드 필름 및이의 제조방법
US20150380688A1 (en) Advanced light extraction structure
US9359689B2 (en) Synthesis, capping and dispersion of nanocrystals
KR20140102210A (ko) 나노결정 코어 및 나노결정 쉘을 지닌 반도체 구조물
Li et al. Controlled synthesis, growth mechanism, and properties of monodisperse CdS colloidal spheres
Ruiterkamp et al. Surface functionalization of titanium dioxide nanoparticles with alkanephosphonic acids for transparent nanocomposites
Santamaría Razo et al. A version of Stöber synthesis enabling the facile prediction of silica nanospheres size for the fabrication of opal photonic crystals
US20090029167A1 (en) Polymer nanocomposites including dispersed nanoparticles and inorganic nanoplatelets
JP3932866B2 (ja) 重合性液体組成物
El-naggar et al. PVA/PVP/PEG polymeric blend loaded with nano-Zn0. 75− x Fe x Cd0. 25S: effect of iron concentration on the optical characteristics
Dimos et al. Synthesis and characterization of ZnS nanosized semiconductor particles within mesoporous solids
Huang et al. High performance surface-modified TiO2/silicone nanocomposite
JP2021501438A (ja) 厚いシェルコーティングを有する安定なInP量子ドット及びその製造方法
Enomoto et al. Unique hydrophobization and hybridization via direct phase transfer of ZrO2 nanoparticles from water to toluene producing highly transparent polystyrene and poly (methyl methacrylate) hybrid bulk materials

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120201

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130206

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee