KR101496928B1 - 양자점 제조장치 - Google Patents

Abstract

양자점 제조장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 전구체 주입시 순간 기화 현상을 방지할 수 있으며, 내부 반응물의 온도 조절이 용이한 양자점 제조장치에 관하여 개시한다.
본 발명은 내부에 용매가 충전되는 반응 공간을 형성하고, 내부를 관찰하도록 투명한 소재로 이루어진 반응조; 상기 반응조를 가열하도록 상기 반응조의 외측에 설치되는 가열수단; 상기 반응조 내부의 용매와 주입된 전구체를 교반하도록 반응조 내에서 회전하는 중공축과, 상기 중공축에 연결되며 토출구를 구비하는 중공 임펠러를 포함하는 교반수단; 및 전구체가 충진되며 상기 중공축에 연결되는 수용부와, 상기 수용부의 전구체를 가압하기 위한 가압수단을 포함하는 전구체 공급부;를 포함하는 양자점 제조장치를 제공한다.

Description

양자점 제조장치{apparatus for manufacturing quantum dot}

본 발명은 양자점 제조장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 전구체 주입시 순간 기화 현상을 방지할 수 있으며, 내부 반응물의 온도 조절이 용이한 양자점 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 양자점(quantum dot, QD)은 나노 크기의 반도체 물질로서 양자제한(quantum confinement) 효과를 나타내는 물질이다. 이러한 양자점은 여기원(excitation source)으로부터 빛을 받아 에너지 여기 상태에 이르면 자체적으로 해당하는 에너지 밴드갭(band gap)에 따른 에너지를 방출한다.

따라서 양자점의 크기를 조절하면 밴드갭을 조절할 수 있게 되어 다양한 파장대의 에너지를 얻을 수 있다. 이러한 특별한 광학적, 전기적 특성을 이용하여 차세대 고휘도 LED, 바이오 센서, 레이저, 태양 전지 나노 소재 등으로 주목 받고 있다.

기존의 양자점은 발광 효율이 낮고 안전성에 있어 많은 문제점을 지니고 있어 양자점 핵에 핵보다 밴드갭이 큰 껍질층을 형성하여 다층 구조를 가지는 양자점을 형성함으로써 양자점의 효율 및 안정성을 개선하는 연구가 이루어지고 있다.

한편, 종래에 있어 양자점 나노 입자를 제조하는 방법은 유리 플라스크등과 같은 소형 배치식 반응기를 사용하는 방법 혹은 유체의 흐름을 이용하는 마이크로 연속식 반응기를 사용하는 방법들이 사용되고 있다. 그러나 이와 같은 방법의 대부분은 소량의 양자점을 제조하는 것에 초첨이 맞추어져 있어 대량의 양자점을 쉽게 합성할 수 없는 단점을 지니고 있다.

관련선행문헌으로는 대한민국 등록특허 10-1295543호 (공고일자 2013년 8월 9일) '양자점 제조장치'가 있다.

본 발명의 목적은 전구체 주입시 순간 기화 현상을 방지할 수 있는 양자점 제조장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 내부 반응물의 열전 평형 상태를 안정적으로 유지시킬 수 있는 양자점 제조장치를 제공함에 있다.

본 발명은 내부에 용매가 충전되는 반응 공간을 형성하고, 내부를 관찰하도록 투명한 소재로 이루어진 반응조; 상기 반응조를 가열하도록 상기 반응조의 외측에 설치되는 가열수단; 상기 반응조 내부의 용매와 주입된 전구체를 교반하도록 반응조 내에서 회전하는 중공축과, 상기 중공축에 연결되며 토출구를 구비하는 중공 임펠러를 포함하는 교반수단; 및 전구체가 충진되며 상기 중공축에 연결되는 수용부와, 상기 수용부의 전구체를 가압하기 위한 가압수단을 포함하는 전구체 공급부;를 포함하는 양자점 제조장치를 제공한다.

상기 가열수단은 수직적으로 복수개로 분할 형성되어, 분할된 부분들의 온도를 개별적으로 조절 가능하게 형성될 수 있다.

상기 반응조의 내부에 냉매가 소통하는 냉각코일을 구비할 수 있다.

상기 냉각코일은 냉매가 나선형으로 하향하며 이동되도록 형성되면 바람직하다.

또한, 상기 반응조의 내부에 상기 중공축을 지지하는 지지대를 구비할 수 있으며, 상기 지지대는 상기 중공축과 나란하게 형성되는 지지봉과 상기 지지봉에 연결되어 상기 중공축을 감싸는 베어링을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 수용부에 분위기 가스를 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 양자점 제조 장치는 전구체를 반응물에 직접적으로 주입할 수 있도록 함으로써 전구체의 순간 기화 현상을 방지할 수 있는 효과를 가져온다.

또한, 본 발명에 따른 양자점 제조 장치는 가열부와 냉각부를 구비하여 반응물의 열적 평형 상태를 안정적으로 유지시킬 수 있는 효과를 가져온다.

결과적으로, 본 발명에 다른 양자점 제조 장치는 양자점 합성이 용이하며, 양질의 양자점을 대량으로 생산할 수 있도록 하는 효과를 가져온다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양자점 제조 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양자점 제조장치의 전구체 공급부와 교반수단을 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양자점 제조 장치의 가열수단을 나타낸 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 양자점 제조 장치의 냉각코일을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 양자점 제조 장치의 지지대를 나타낸 구성도임.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양자점 제조 장치의 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 양자점 제조장치(100)는, 내부에 용매가 충전되는 반응 공간을 형성하고, 내부를 관찰하도록 투명한 소재로 이루어진 반응조(110)와, 상기 반응조(110)를 가열하도록 상기 반응조(110)의 외측에 설치되는 가열수단(120)과, 상기 반응조(110) 내부의 용매와 주입된 전구체를 교반하도록 반응조 내에서 회전하는 중공축(132)과, 상기 중공축에 연결되며 토출구(도 2의 135)를 구비하는 중공 임펠러(134)를 포함하는 교반수단(130)과, 전구체가 충진되며 상기 중공축에 연결되는 수용부(142)와, 상기 수용부(142)의 전구체를 가압하기 위한 가압수단(144)을 포함하는 전구체 공급부(140)를 포함한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양자점 제조장치의 전구체 공급부와 교반수단을 나타낸 단면도이다.

본 발명에 따른 양자점 제조장치(100)는 전구체 공급부(140)가 교반수단(130)과 일체로 연결되는 것을 특징으로 한다.

종래에는 교반수단(130)과 전구체 공급부(140)가 독립적으로 형성되어 있었으나, 본 발명에 따른 양자점 제조장치(100)는 교반수단(130)의 회전축과 임펠러를 중공 형태로 형성하여, 교반수단(130)의 내부로 전구체를 주입시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 양자점 제조장치(100)는 전구체 공급부(140)가, 전구체가 충진되는 공간을 제공하는 수용부(142)와, 수용부(142)에 수용된 전구체를 가압하여 밀어내기 위한 가압수단(144)을 포함하며, 상기 수용부(142)가 교반수단(130)의 중공축(132)에 연결되어 있다. 따라서, 가압수단(144)을 동작시키면 수용부(142)에 수용된 전구체가 중공축(132)과 중공 임펠러(134)를 통과하여 토출구(135)로 토출되어 주입된다.

또한, 본 발명에 따른 전구체 공급부(140)는 수용부(142)에 분위기 가스를 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지수단(146)을 더 포함한다.

전구체를 반응물의 위에서 주입하는 경우, 반응조(110) 내부의 온도에 의해서 전구체가 순간 기화되는 현상이 발생할 수 있는데, 교반수단(130)의 내부를 통해 전구체를 주입하게 되면, 전구체가 교반수단(130)의 내부를 통과하여, 반응물의 아래쪽으로 공급되기 때문에, 전구체가 주입되는 과정에서 열교환을 거치게 되므로, 순간 기화되는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 중공 임펠러(134)에 형성된 토출구(135)를 통해서 전구체가 토출되기 때문에 전구체가 주입과 동시에 고르게 분산될 수 있는 효과를 가져온다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양자점 제조 장치의 가열수단을 나타낸 구성도이다.

본 발명에 따른 양자점 제조 장치는 가열수단(130)이 수직적으로 복수개로 분할 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 분할된 부불들은 온도를 개별적으로 조절 가능하게 형성되는 것이 바람직하다.

반응조(110)의 외부를 수직적으로 분할하여 가열할 수 있도록 함으로써, 반응조(110)의 온도를 보다 균일하게 조절할 수 있다.

가열수단(130)은 면상 발열체, 스팀, 가열된 오일 등을 이용할 수 있다.

면상 발열체를 이용하는 경우, 면상 발열체를 복수개로 분할하여 구비함으로써 각 구간의 온도를 개별적으로 조절할 수 있다.

스팀이나 오일등의 가열 매체를 사용하는 경우, 스팀이나 오일이 통과할 수 있도록 내부가 비어있는 유리 또는 금속체 원통 자켓을 사용할 수 있으며, 각각 하나의 유닛으로 구성하여, 수직적으로 적층하여 개별 자켓으로 공급되는 가열 유체의 온도와 유량을 조절하여 각 부분의 온도를 개별적으로 조절할 수 있다.

도시한 실시예는 자켓을 복수개로 분할하여 형성한 것을 나타낸 것으로, 각 가열 자켓은 개별적으로 공급유로(132)와 배출유로(134)를 구비한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 양자점 제조 장치의 냉각코일을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 양자점 제조장치(100)는 반응조의 내부에 냉매가 소통하는 냉각코일을 구비할 수 있다.

냉각코일(150)의 내부로 물 또는 다른 냉매를 통과시켜, 반응물을 냉각하기 위한 것이다. 반응조의 내부에 냉각코일(150)에 공급하는 냉매의 온도와 유량을 조절함으로써, 반응물을 냉각시킬 수 있다.

냉각코일(150)은 냉매가 나선형으로 하향하며 이동되도록 형성하는 것이 바람직하다. 자연대류에 의하여 반응물은 위쪽의 온도가 높고 아래쪽은 온도가 낮아지게 되는데, 냉각코일(150)이 냉매가 나선형으로 하향하도록 형성되면, 위쪽의 냉각효과가 아래쪽의 냉각효과보다 높아지므로, 전체적으로 열적 평형 상태를 유지시키기가 용이하다.

외부에서 가열수단으로 가열하되, 과열될 경우 냉각코일(150)을 통해 반응물을 냉각시킬 수 있도록 함으로써, 반응물의 온도를 보다 정밀하게 조절할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 양자점 제조 장치의 지지대를 나타낸 구성도이다.

교반수단은 중공축(132)이 반응조(110)의 위쪽에서 아래쪽으로 연장되는 형태로 형성되어 있으며, 그 하단에 중공 임펠러(134)가 구비된다.

그런데, 반응조(110)의 크기가 커지게 되면, 중공축(132)의 길이가 길어지게 되고, 그에 따라 중공축의 하단에서는 진동이 심해지며 교반이 어려워진다.

이에, 중공축(132)을 하단에서 지지할 수 있는 지지대(160)를 추가로 구비할 수 있다.

지지대는 중공축과 나란하게 형성되는 지지봉(162)과, 상기 지지봉(162)에 연결되어 상기 중공축(132)을 감싸는 베어링(164)을 포함하여, 지지봉(162)의 하단을 베어링으로 잡아 줌으로써, 중공축(132) 하단의 진동을 저감하여 교반 효율을 향상시켜 균질한 교반이 이루어지도록 할 수 있다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 양자점 제조장치
110 : 반응조
120 : 가열수단
130 : 교반수단
140 : 전구체 공급부
150 : 냉각코일
160 : 지지대

Claims (7)

1. 내부에 용매가 충전되는 반응 공간을 형성하고, 내부를 관찰하도록 투명한 소재로 이루어진 반응조;
   상기 반응조를 가열하도록 상기 반응조의 외측에 설치되는 가열수단;
   상기 반응조 내부의 용매와 주입된 전구체를 교반하도록 반응조 내에서 회전하는 중공축과, 상기 중공축에 연결되며 토출구를 구비하는 중공 임펠러를 포함하는 교반수단; 및
   전구체가 충진되며 상기 중공축에 연결되는 수용부와, 상기 수용부의 전구체를 가압하기 위한 가압수단을 포함하는 전구체 공급부;를 포함하며,
   상기 가열수단은
   수직적으로 복수개로 분할 형성되어, 분할된 부분들의 온도를 개별적으로 조절 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 양자점 제조장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 반응조의 내부에 냉매가 소통하는 냉각코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 냉각코일은
   냉매가 나선형으로 하향하며 이동되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 양자점 제조장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 반응조의 내부에 상기 중공축을 지지하는 지지대를 구비하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 지지대는
   상기 중공축과 나란하게 형성되는 지지봉과
   상기 지지봉에 연결되어 상기 중공축을 감싸는 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 수용부에 분위기 가스를 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조장치.

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