KR101762887B1 - Complex containing fluorescence nanoparticles and method for measuring dispersion state of suspension using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 형광 나노입자를 포함하는 복합체 및 이를 이용한 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양자점과 같은 형광 나노입자를 포함하는 복합체를 제조하여 현탁액에 투입하고 응집 반응을 유도한 후, 상기 현탁액의 양자효율 값을 측정함으로써, 현탁액의 분산상태를 확인할 수 있는 형광 나노입자를 포함하는 복합체 및 이를 이용한 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 여러 구현예에 따르면, 양자점과 같은 형광 나노입자를 포함하는 복합체를 현탁액에 투입하고 응집 반응을 통해 변화하는 양자효율 값을 측정함으로써 현탁액의 분산상태를 측정할 수 있다.
또한, 측정하고자 하는 현탁액의 종류에 따라서 상기 복합체의 크기를 조절할 수 있어, 특정한 현탁액의 종류에 한정되지 않고 다양한 분야에 폭넓게 응용이 가능하다.The present invention relates to a composite comprising fluorescent nanoparticles and a method for measuring the dispersion state of a suspension using the fluorescent nanoparticle, and more particularly, to a method for preparing a composite comprising fluorescent nanoparticles such as quantum dots, And measuring the quantum efficiency value of the suspension to confirm the dispersion state of the suspension, and a method for measuring the dispersion state of the suspension using the fluorescent nanoparticle.
According to various embodiments of the present invention, the dispersion state of the suspension can be measured by introducing a composite containing fluorescent nanoparticles such as quantum dots into a suspension and measuring a quantum efficiency value that changes through the aggregation reaction.
In addition, the size of the composite can be adjusted according to the kind of the suspension to be measured, and the present invention is not limited to a specific type of suspension, and can be widely applied to various fields.
Description
본 발명은 형광 나노입자를 포함하는 복합체 및 이를 이용한 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양자점과 같은 형광 나노입자를 포함하는 복합체를 제조하여 현탁액에 투입하고 응집 반응을 유도한 후, 상기 현탁액의 양자효율 값을 측정함으로써, 현탁액의 분산상태를 확인할 수 있는 형광 나노입자를 포함하는 복합체 및 이를 이용한 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a composite comprising fluorescent nanoparticles and a method for measuring the dispersion state of a suspension using the fluorescent nanoparticle, and more particularly, to a method for preparing a composite comprising fluorescent nanoparticles such as quantum dots, And measuring the quantum efficiency value of the suspension to confirm the dispersion state of the suspension, and a method for measuring the dispersion state of the suspension using the fluorescent nanoparticle.
양자점(quantum dot)은 특유의 광학적 특성으로 인하여 다양한 분야에 사용이 가능하다. 특히, 양자점은 양자구속효과로 인하여 그 크기를 조절함으로써, 방출되는 파장을 조절하기 쉬운 특성을 지닌다. 이러한 특성을 바탕으로, 상기 양자점은 센서, 발광 다이오드, 레이저 메모리 장치, 광 검출기 및 태양전지 등에 널리 사용되고 있으나, 나노 크기의 성질 때문에 현탁액과 필름에 적용될 경우에 광학적 특성이 현저히 저하되는 문제점을 가진다.Quantum dots can be used in a variety of fields due to their unique optical properties. In particular, the quantum dot has characteristics that it is easy to control the emitted wavelength by controlling its size due to the quantum confinement effect. On the basis of these properties, the quantum dots are widely used in sensors, light emitting diodes, laser memory devices, photodetectors and solar cells, but they have a problem that their optical properties are significantly lowered when they are applied to suspensions and films due to their nano-sized nature.
연속상의 용매에 미세한 입자가 분산되어있는 현탁액(suspension) 또는 액체상의 입자 분산계는 그 특성에 따라 전단속도의 변화에 관계없이 일정한 점도를 보이는 뉴턴유체와 전단속도가 변할 때 점도도 함께 변하는 비뉴턴유체로 나뉜다. Suspension or liquid phase particle dispersions in which fine particles are dispersed in a continuous phase solvent are classified into Newtonian fluids having a constant viscosity regardless of the change in shear rate and non-Newtonian fluids having a viscosity varying when the shear rate is changed .
비뉴턴유체 중에서 액체 분산매에 고체 입자가 분산되어 있는 현탁액은 전단응력 또는 전단 속도가 증가했을 때, 점도가 급격하게 증가하는 유변학적 특성으로 인하여 액상에서 고상으로의 가역적 상태변화를 일으키는 유체를 전단농화유체라고 한다. 이러한 전단농화 현상을 나타내는 분산체로는 다양한 무기 산화물과 고분자 콜로이드 입자들이 사용되고, 주로 실리카 입자를 사용한 전단농화유체의 연구가 많이 되고 있다.In a non-Newtonian fluid, a suspension in which solid particles are dispersed in a liquid dispersion medium has a shear stress or a shear rate that increases due to the rheological properties of the fluid, which causes a reversible state change from a liquid phase to a solid phase, Fluid. Various inorganic oxides and polymeric colloid particles are used as the dispersion showing the shear thickening phenomenon, and studies of shear thickening fluid mainly using silica particles are being studied.
이러한 특성을 갖는 현탁액의 분산상태를 확인하기 위해서는 현탁액의 점도를 측정하고, 측정된 점도를 기반으로 현탁액의 용매 또는 분산 입자 특성 등을 토대로 분석하였다. 상기와 같은 종래의 분석방법은 계산방법이 복잡하고, 정확한 분석이 어려운 문제점을 가진다.In order to confirm the dispersion state of the suspension having such characteristics, the viscosity of the suspension was measured and based on the measured viscosity, the characteristics of the suspension or the dispersion of the suspension were analyzed. Such a conventional analysis method has a problem that the calculation method is complicated and it is difficult to accurately analyze it.
따라서, 본 발명에서는 양자점과 같은 형광 나노입자를 이용하여 현탁액의 양자효율 값을 측정하는 간단한 방법으로 현탁액의 분산상태를 측정할 수 있다.
Therefore, in the present invention, the dispersion state of the suspension can be measured by a simple method of measuring the quantum efficiency value of the suspension using fluorescent nanoparticles such as quantum dots.
따라서, 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 양자점과 같은 형광 나노입자를 포함하는 복합체를 제조하고, 상기 복합체를 현탁액에 투입하고 응집 반응을 통해 변화된 양자효율 값을 측정하는 간단한 방법으로 현탁액의 분산상태를 측정할 수 있는 형광 나노입자를 포함하는 복합체 및 이를 이용한 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve the conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a fluorescent nanoparticle composite comprising fluorescent nanoparticles such as quantum dots, a method of adding the complex to a suspension, And a method for measuring the dispersion state of a suspension using the fluorescent nanoparticle.
본 발명의 대표적인 일 측면에 따르면, 현탁액의 분산상태를 측정하기 위한 형광 나노입자를 포함하는 복합체로서,According to one representative aspect of the present invention, there is provided a composite comprising fluorescent nanoparticles for measuring a dispersion state of a suspension,
상기 형광 나노입자는 양자점인 것을 특징으로 하는 현탁액의 분산상태 측정용 복합체에 관한 것이다.And the fluorescent nanoparticles are quantum dots. The present invention also relates to a composite for measuring the dispersion state of a suspension.
본 발명의 다른 대표적인 일 측면에 따르면, 현탁액의 분산상태를 측정하기 위한 형광 나노입자를 포함하는 복합체의 제조방법에 있어서;According to another exemplary aspect of the present invention, there is provided a method of preparing a composite comprising fluorescent nanoparticles for measuring a dispersion state of a suspension, the method comprising:
(A) 양자점을 제조하는 단계,(A) fabricating a quantum dot,
(B) 코어 입자에 상기 양자점을 코팅시키는 단계, 및(B) coating the core particles with the quantum dots, and
(C) 상기 양자점이 코팅된 코어 입자를 제2 쉘 입자로 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 현탁액의 분산상태 측정용 복합체의 제조방법에 관한 것이다.(C) coating the core particle coated with the quantum dots with the second shell particle. The present invention also relates to a method for producing a composite for dispersion state measurement of a suspension.
본 발명의 또 다른 대표적인 일 측면에 따르면, 상기 현탁액의 분산상태 측정용 복합체를 이용하여 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법에 있어서;According to another exemplary aspect of the present invention, there is provided a method of measuring a dispersion state of a suspension using a composite for measuring the dispersion state of the suspension, the method comprising:
(ⅰ) 현탁액과 복합체가 혼합된 혼합물의 응집 반응이 일어나는 단계, 및(I) an aggregation reaction of a mixture of a suspension and a complex takes place, and
(ⅱ) 상기 (ⅰ) 단계를 통해 응집 반응이 완료된 혼합물의 양자효율 값을 측정하고 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법에 관한 것이다.
(Ii) measuring and analyzing the quantum efficiency of the aggregated mixture through step (i).
본 발명의 여러 구현예에 따르면, 양자점과 같은 형광 나노입자를 포함하는 복합체를 현탁액에 투입하고 응집 반응을 통해 변화하는 양자효율 값을 측정함으로써 현탁액의 분산상태를 측정할 수 있다.According to various embodiments of the present invention, the dispersion state of the suspension can be measured by introducing a composite containing fluorescent nanoparticles such as quantum dots into a suspension and measuring a quantum efficiency value that changes through the aggregation reaction.
또한, 측정하고자 하는 현탁액의 종류에 따라서 상기 복합체의 크기를 조절할 수 있어, 특정한 현탁액의 종류에 한정되지 않고 다양한 분야에 폭넓게 응용이 가능하다.
In addition, the size of the composite can be adjusted according to the kind of the suspension to be measured, and the present invention is not limited to a specific type of suspension, and can be widely applied to various fields.
도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 복합체인 코어-쉘 구조의 나노입자가 현탁액에 투입되고, 광원이 조사되었을 때 일어나는 반응을 도시화한 모식도이다.
도 2는 실시예의 SQS(silica@quantum dot@silica) 나노입자를 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy, TEM)으로 분석한 결과를 나타낸 이미지이다.
도 3의 (a)는 양자점의 흡수 및 방출 스펙트럼을 측정한 결과를 나타내고, (b) 굴절률이 조절된 용매 속에 존재하는 실리카 입자의 흡수 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예의 SQS 나노입자 및 실리카 입자 농도에 따른 양자효율 변화를 나타낸 그래프로, (a)는 SQS 나노입자 농도에 따른 결과를 나타내며, (b)는 실리카 입자 농도에 따른 결과를 나타낸다.
도 5는 실시예의 SQS 나노입자 농도에 따른 PL(Photoluminescence) decay를 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예의 SQS 나노입자 농도에 따른 방출 스펙트럼의 λmax를 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예의 SQS 나노입자 농도에 따른 양자효율의 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 응집 정도에 따른 실시예의 SQS 나노입자에 대한 양자효율의 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a schematic diagram showing a reaction occurring when nanoparticles of a core-shell structure, which is a complex according to an embodiment of the present invention, are introduced into a suspension and a light source is irradiated.
FIG. 2 is an image showing the result of SQS (silica @ quantum dot @ silica) nanoparticles analyzed by transmission electron microscopy (TEM).
FIG. 3A is a graph showing the results of measurement of the absorption and emission spectra of quantum dots, and FIG. 3B is a graph showing the results of measurement of absorption spectra of silica particles present in a solvent having a controlled refractive index. FIG.
FIG. 4 is a graph showing a quantum efficiency change according to the concentration of SQS nanoparticles and silica particles in the examples, wherein (a) shows the results according to the concentration of SQS nanoparticles, and (b) shows the results according to the silica particle concentration.
5 is a graph showing the results of measurement of PL (Photoluminescence) decay according to the concentration of SQS nanoparticles in the examples.
6 is a graph showing the results of measurement of? Max of emission spectrum according to the concentration of SQS nanoparticles in the examples.
FIG. 7 is a graph showing the results of measurement of the change in quantum efficiency according to the concentration of SQS nanoparticles in the examples.
8 is a graph showing the results of measurement of the change in quantum efficiency with respect to the SQS nanoparticles in the examples according to the degree of aggregation.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 측면에 따르면, 현탁액의 분산상태를 측정하기 위한 형광 나노입자를 포함하는 복합체로서, 상기 형광 나노입자는 양자점인 것을 특징으로 하는 현탁액의 분산상태 측정용 복합체에 관한 것이다.According to one aspect of the present invention, there is provided a composite comprising fluorescent nanoparticles for measuring a dispersion state of a suspension, wherein the fluorescent nanoparticles are quantum dots.
일 구현예에 따르면, 상기 복합체는, 코어, 상기 코어를 감싸며 양자점으로 구성된 제1 쉘, 및 상기 제1 쉘을 감싸는 제2 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조인 것이 바람직하다.According to one embodiment, the composite is preferably a core-shell structure comprising a core, a first shell surrounding the core and consisting of quantum dots, and a second shell surrounding the first shell.
상기 코어는 현탁액에 분산되어 있는 물질과 동일한 크기를 갖는 물질이면 제한없이 사용이 가능하다. 바람직하게는 상기 현탁액에 분산되어 있는 물질과 동일한 것이며, 더욱 바람직하게는 실리카이다.The core can be used without restriction as long as it is the same size as the material dispersed in the suspension. Preferably, it is the same as the material dispersed in the suspension, more preferably silica.
상기 제1 쉘은 양자점으로 구성되며, 상기 코어를 감싸도록 형성된다. 상기 양자점은 광원에 노출되면 상기 양자점 입자가 발광하고, 이때 발광되는 양자점은 양자 구속(quantum confinement)현상에 의해 양자점이 응집된다. 상기 응집된 양자점은 빛을 다시 산란시키고, 이는 코어와 제2 쉘을 구성하는 입자의 흡수와 재흡수를 촉진시켜 감소된 양자효율이 회복된다.The first shell is formed of quantum dots and is formed to surround the core. When the quantum dots are exposed to a light source, the quantum dots emit light. At this time, quantum dots aggregate due to a quantum confinement phenomenon. The agglomerated quantum dot scatters light again, which promotes absorption and reabsorption of the particles constituting the core and the second shell, thereby reducing the quantum efficiency.
따라서, 본 발명에서는 상기 양자효율이 회복되는 특성을 이용하였으며, 상기 양자효율이 회복되는 정도에 따라 현탁액의 분산상태를 측정할 수 있음을 확인하였다.Therefore, the present invention utilizes the property that the quantum efficiency is recovered, and it is confirmed that the dispersion state of the suspension can be measured according to the degree of recovery of the quantum efficiency.
구체적으로, 상기 양자점은 Cds, CdSe, CdTe, ZnS 및 PbS 중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.Specifically, the quantum dot is preferably at least one selected from the group consisting of Cds, CdSe, CdTe, ZnS, and PbS, but is not limited thereto.
상기 제2 쉘은 현탁액 내에서 수분산이 용이하도록 하는 역할을 하며, 또한 상기 제1 쉘의 양자점과 외부물질이 서로 접촉되어 반응되지 않도록, 상기 양자점을 보호하여 광 안정성을 향상시키는 역할을 한다.The second shell serves to facilitate water dispersion in the suspension, and also protects the quantum dots so that the quantum dots of the first shell and the external materials are not in contact with each other, thereby improving light stability.
상기 제2 쉘은 현탁액에 분산되어 있는 고체 입자와 동일한 물질을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 현탁액 내에서 수분산이 용이하도록 하기 위함이다. 더욱 바람직하게는 상기 코어에서 사용된 물질과 동일한 것이며, 실리카이다. It is preferable that the second shell uses the same material as the solid particles dispersed in the suspension, in order to facilitate water dispersion in the suspension. More preferably the same as the material used in the core, and silica.
그리고, 상기 복합체는 직경이 50 내지 150 nm의 크기로 형성될 수 있는데, 상기 직경의 크기가 50 nm 미만이면 양자점과 같은 형광 나노입자를 적용하기 어려운 문제점을 가지며, 150 nm를 초과하면, 복합체가 중력의 영향을 받아 현탁액 내에서 가라앉을 우려가 있어 바람직하지 않다.If the diameter is less than 50 nm, it is difficult to apply fluorescent nanoparticles such as a quantum dot. When the diameter is more than 150 nm, the complex may have a diameter of 50 to 150 nm. It is undesirable because it may sink under the influence of gravity in the suspension.
본 발명에서 적용하고자 하는 현탁액의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 다양한 분야에 모두 응용이 가능하다.The type of suspension to be applied in the present invention is not particularly limited, and can be applied to various fields.
다만, 다른 종류의 현탁액과는 다르게 실리카 입자가 분산되어 있는 실리카 현탁액에 상기 복합체인 코어-쉘 나노입자를 적용하였을 때, 가장 효과적임을 확인하였으며, 이때 상기 코어-쉘 나노입자의 구성은 코어와 제2 쉘은 실리카이고, 제1 쉘은 CdSe/ZnS 양자점을 사용한 경우에 다른 조합과는 달리, 현탁액의 분산도를 측정하는데 효과가 현저히 뛰어난 것을 확인하였다.
However, it has been confirmed that the core-shell nanoparticles, which are the complexes, are most effective when applied to a silica suspension in which silica particles are dispersed, unlike other types of suspensions, wherein the core- 2 shell was silica, and the first shell was remarkably effective in measuring the dispersion degree of the suspension, unlike the other combinations, when CdSe / ZnS quantum dots were used.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 현탁액의 분산상태를 측정하기 위한 형광 나노입자를 포함하는 복합체의 제조방법에 있어서, (A) 양자점을 제조하는 단계, (B) 코어 입자에 상기 양자점을 코팅시키는 단계, 및 (C) 상기 양자점이 코팅된 코어 입자를 제2 쉘 입자로 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 현탁액의 분산상태 측정용 코어-쉘 나노입자의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of producing a composite comprising fluorescent nanoparticles for measuring a dispersion state of a suspension, the method comprising: (A) preparing a quantum dot; (B) And (C) coating the core particles coated with the quantum dots with the second shell particles. The core-shell nanoparticles for measuring the dispersion state of the suspension are provided.
상기 (A) 단계는 제1 쉘인 양자점을 제조하는 단계로서, 상기 양자점은 Cds, CdSe, CdTe, ZnS 및 PbS 중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 양자점을 합성하기 위하여 Bae, W. K.; Kwak, J.; Lim, J.; Lee, D.; Nam, M. K.; Char, K.; Lee, C.; Lee, S., Multicolored Light-Emitting Diodes Based on All-Quantum-Dot Multilayer Films Using Layer-by-Layer Assembly Method. Nano Lett. 2010, 10, 2368-2373 문헌에 나와 있는 방법을 사용하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The step (A) may be a step of producing a quantum dot, which is a first shell, and the quantum dot is preferably at least one selected from Cds, CdSe, CdTe, ZnS and PbS. In the present invention, Bae, W. K .; Kwak, J .; Lim, J .; Lee, D .; Nam, M. K .; Char, K .; Lee, C .; Lee, S., Multicolored Light-Emitting Diodes Based on All-Quantum-Dot Multilayer Films Using Layer-by-Layer Assembly Method. Nano Lett. 2010, 10, 2368-2373, but the present invention is not limited thereto.
본 발명에서는 상기 형광 나노입자로 양자점을 사용하였으나, 이외에도 광원이 조사되었때 형광 특성을 나타내는 물질이라면 모두 사용이 가능하다.In the present invention, quantum dots are used as the fluorescent nanoparticles, but any material that exhibits fluorescence characteristics when a light source is irradiated can be used.
상기 (B) 단계는 코어 입자에 양자점을 코팅시키는 단계로서, 예를 들어, 코어 입자는 stber 방법으로 합성하였으며, 상기 코어 입자가 용해된 용액을 양자점과 혼합하는 공정을 통해 양자점을 코팅시킬 수 있다.The step (B) is a step of coating a core particle with a quantum dot, for example, ber method, and the quantum dots can be coated through a process of mixing the solution in which the core particles are dissolved with the quantum dots.
상기 코어 입자의 표면은 양자점 이외에 불필요한 물질의 흡착 가능성을 배제하기 위하여 표면 안정제(capping agent)를 사용하여 하이드록실기, 카르복실기, 또는 아민기 등의 소수성 친수성 작용기로 치환시키는 것이 더욱 바람직하다. 상기 표면 안정제로는 머캅토프로피온산, 머캅토아세트산, 머캅토석신산, 디티오트리에톨, 글루타티온, 히스티딘 및 티올-함유 실린 중에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.It is more preferable that the surface of the core particle is replaced with a hydrophobic hydrophilic functional group such as a hydroxyl group, a carboxyl group, or an amine group by using a capping agent in order to exclude the possibility of adsorption of unnecessary substances in addition to the quantum dots. As the surface stabilizer, it is preferable to use at least one selected from mercaptopropionic acid, mercaptoacetic acid, mercaptosuccinic acid, dithiotriethol, glutathione, histidine and thiol-containing silane.
상기 (C) 단계는 (B) 단계를 통해 상기 양자점이 코팅된 코어 입자를 제2 쉘 입자로 코팅하는 단계로서, 상기 제2 쉘 입자를 포함하는 용액에 상기 양자점이 코팅된 코어 입자를 투입하고 1 내지 20 시간 동안 반응시켜 코팅시키는 것이 바람직하다.
In the step (C), the core particles coated with the quantum dots are coated with the second shell particles through the step (B), and the core particles coated with the quantum dots are charged into a solution containing the second shell particles For 1 to 20 hours.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 현탁액의 분산상태 측정용 복합체를 이용하여 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법에 있어서, (ⅰ) 현탁액과 복합체가 혼합된 혼합물의 응집 반응이 일어나는 단계, 및 (ⅱ) 상기 (ⅰ) 단계를 통해 응집 반응이 완료된 혼합물의 양자효율 값을 측정하고 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법을 제공한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of measuring a dispersion state of a suspension using the composite for measuring the dispersion state of the suspension, comprising the steps of: (i) causing an aggregation reaction of a mixture of a suspension and a complex, And (ii) measuring and analyzing a quantum efficiency value of the mixture in which the coagulation reaction has been completed through the step (i). The present invention also provides a method for measuring the dispersion state of a suspension.
상기 (ⅰ) 단계는 현탁액에 상기 복합체를 투입하고 응집 반응이 일어나는 단계로, 상기 응집 반응이 유도되기 위해서는 광원을 조사하거나, 또는 응집 반응 유도 물질을 투입할 수도 있다. 상기 응집 반응 유도 물질로는 NaCl 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the step (i), the complex is introduced into the suspension and an aggregation reaction occurs. In order to induce the aggregation reaction, a light source may be irradiated or an aggregation inducing substance may be added. Examples of the coagulation reaction inducing material include, but not limited to, NaCl.
상기 복합체에 대한 구조적 설명은 앞서 상술한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.Structural description of the complex is the same as the above-mentioned description, so it will be omitted.
상기 복합체는 필요에 따라 용매에 분산시켜 사용할 수 있으며, 상기 용매로는 증류수를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.The complex may be dispersed in a solvent if necessary. The solvent is preferably, but not limited to, distilled water.
이때 투입되는 상기 복합체 용액의 농도는 10 wt% 이내로, 0.1 wt% 가량의 매우 소량의 코어-쉘 나노입자만으로도 현탁액의 분산상태가 측정 가능한 것을 확인하였다.At this time, it was confirmed that the dispersion state of the suspension can be measured with only a very small amount of the core-shell nanoparticles of about 0.1 wt%, within 10 wt% of the concentration of the complex solution.
상기 응집 반응시간은 10 내지 180 분인 것이 바람직한데, 더욱 바람직하게는 30 내지 100 분이며, 더욱 더 바람직하게는 50 내지 70 분이다. 상기 반응시간이 10 분 미만이면, 양자효율이 회복되는 시간이 충분하지 못하고, 180 분을 초과하는 경우에는 양자효율이 더 이상 회복되지 않으므로 불필요하다.The flocculation reaction time is preferably from 10 to 180 minutes, more preferably from 30 to 100 minutes, even more preferably from 50 to 70 minutes. If the reaction time is less than 10 minutes, the recovery time of the quantum efficiency is insufficient. If the reaction time is more than 180 minutes, the quantum efficiency is not recovered and is not necessary.
이와 관련하여, 도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 (A) 단계에서 일어나는 반응을 도시화한 모식도로, 다음 3 단계의 반응이 빠르게 일어난다. In this regard, FIG. 1 is a schematic diagram showing a reaction occurring in step (A) according to an embodiment of the present invention, and the following three-step reaction occurs rapidly.
먼저, (1) 450 nm에서 빛이 조사되면 양자점에 의하여 빛이 흡수되고 이로 인하여 양자점의 방출에 의한 재흡수가 일어나며, (2) 복합체 표면과 용매 사이의 굴절률 차이에 의하여 각 복합체 간의 빛의 산란이 일어나고, 따라서, (3) 상기 복합체 내부의 양자점 간, 또는 각 복합체 간의 FRET(Fster Resonance Energy Transfer) 현상이 일어나게 된다.First, when light is irradiated at (450 nm), light is absorbed by the quantum dots, resulting in reabsorption due to the emission of quantum dots. (2) Light scattering between the complexes due to the refractive index difference between the surface of the composite and the solvent (3) FRET between the quantum dots inside the composite, or each complex, (F ster Resonance Energy Transfer) phenomenon.
상기 FRET 현상은 거리(R)에 의해 분리된 전자 주게와 전자 받게가 하기 식 (1)에 의해 나타낼 수 있다.The FRET phenomenon can be represented by the following equation (1): electron acceptance divided by the distance R and electron acceptance.
………… (1) ... ... ... ... (One)
상기 식 (1)에서 R0은 donor와 acceptor 사이의 Frster 반지름(Å)이다. FRET 효율은 50 %이고 하기 식 (2)에 의해 나타낼 수 있다.In the above formula (1), R 0 is F rster radius (Å). The FRET efficiency is 50% and can be expressed by the following equation (2).
………… (2) ... ... ... ... (2)
상기 식 (2)에서 K2은 쌍극자 방향성 인자, n은 중간 굴절률, ΦD는 acceptor의 부재에 따른 donor의 양자수율이다. J(λ)는 donor의 방출 스펙트럼과 acceptor의 흡수 스펙트럼이 겹치는 구간으로 하기 식 (3)으로 나타낼 수 있다.In the formula (2), K 2 is a dipole direction factor, n is a middle refractive index, and Φ D is a quantum yield of the donor depending on the absence of an acceptor. J (λ) is the interval between the donor emission spectrum and the acceptor absorption spectrum, which can be expressed by the following equation (3).
………… (3) ... ... ... ... (3)
상기 식 (3)에서 FD(λ)는 donor의 형광 방출 세기이고, εA는 acceptor의 흡광 계수이다. 즉, 상기 FRET 효과는 donor의 방출과 acceptor의 흡수 사이에 겹치는 부분에 의하여 영향을 크게 받게 된다.In the above equation (3), FD (?) Is the fluorescence emission intensity of the donor and? A is the extinction coefficient of the acceptor. That is, the FRET effect is greatly affected by the overlap between donor release and acceptor absorption.
이러한 FRET 현상은 형광 나노입자를 포함하는 복합체의 형광 강도를 감소시킬 수 있으나, 오히려 상기 복합체 내부의 양자점과 각 복합체 간의 빛의 산란으로 인하여 양자효율을 회복시키는데 더욱 큰 영향을 주는 것을 확인하였다.This FRET phenomenon can reduce the fluorescence intensity of the fluorescent nanoparticle-containing complex, but it has been confirmed that the FRET phenomenon has a greater effect on restoring the quantum efficiency due to scattering of light between the quantum dots inside the complex and each complex.
따라서, 본 발명 따른 형광 나노입자를 포함하는 복합체를 이용하여 상술한 바와 같이 회복되는 양자효율의 값을 측정함으로써, 현탁액의 분산상태를 측정할 수 있다.Therefore, the dispersion state of the suspension can be measured by measuring the value of the quantum efficiency recovered as described above using the composite comprising the fluorescent nanoparticles according to the present invention.
상기 (ⅱ) 단계는 상기 (ⅰ) 단계를 통해 응집 반응이 완료된 혼합물의 양자효율 값을 측정하고 분석하는 단계이다.The step (ii) is a step of measuring and analyzing the quantum efficiency value of the mixture in which the aggregation reaction has been completed through the step (i).
상기 분석은 측정된 양자효율의 값과 기준 값을 비교함으로써 수행된다. 상기 분석에 사용되는 기준 값은 동일한 실험조건에서 응집 정도를 다르게 실시하여 형성된 값으로서, 예를 들면, 도 8에서 보는 바와 같이, 응집 반응 유도 물질인 NaCl의 농도에 따라 응집 정도가 다르게 형성된 샘플의 양자효율 값을 다수 측정하여 나타낸 것을 말한다. 이때 측정된 샘플 값은 최소 2 개 이상인 것이 바람직하다.The analysis is performed by comparing the measured value of the quantum efficiency with the reference value. As shown in FIG. 8, the reference value used for the analysis is a value formed by performing the degree of coagulation differently under the same experimental conditions. For example, as shown in FIG. 8, And quantum efficiency values are measured and measured. At this time, the measured sample value is preferably at least two.
즉, 상기 (ⅱ) 단계는 상기 (ⅰ) 단계를 통해 응집 반응이 완료된 현탁액의 양자효율 값을 측정하고, 이를 기준 값과 비교하여 현탁액의 분산상태를 확인할 수 있다.That is, in the step (ii), the quantum efficiency value of the suspension subjected to the aggregation reaction is measured through the step (i), and the dispersion state of the suspension can be confirmed by comparing the quantum efficiency value with the reference value.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following Examples. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. It is natural that it belongs to the claims.
또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
In addition, the experimental results presented below only show representative experimental results of the embodiments and the comparative examples, and the respective effects of various embodiments of the present invention which are not explicitly described below will be specifically described in the corresponding part.
(재료 및 기구)(Materials and apparatus)
1. 재료1. Materials
산화카드뮴(CdO, 99.99%), 아세트산아연(Zn(OAc)2, 99.9%, 분말), 황(S, 99.9%, 분말), 셀레늄(Se, 99.99%, powder), 트리옥틸포스핀(triocrylphosphine, TOP, 90%), 올레산(oleic acid, OA, 90%), 1-옥타데센(1-octadecene, ODE, 90%), 테트라에틸 오쏘실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS), 수산화암모늄(NH4OH, 5M), 3-머캅토프로필트리메톡시실란(3-mercaptopropyltrimethoxysilane, MPTMS, 95%), 디메틸설폭시드(dimethyl sulfoxide, DMSO, 99.5%), 클로로포름 및 에탄올을 모두 시그마-알드리치에서 구입하여 사용하였으며, 구입된 시약은 추가 정제 없이 그대로 사용하였다. 또한, DI water는 Millipore water purification (18 MΩ·cm) system으로 제조된 것을 사용하였다.Oxidation cadmium (CdO, 99.99%), zinc acetate (Zn (OAc) 2, 99.9 %, powder), sulfur (S, 99.9%, powder), selenium (Se, 99.99%, powder), trioctyl phosphine (triocrylphosphine , TOP, 90%), oleic acid (oleic acid, OA, 90% ), 1- octadecene (1-octadecene, ODE, 90 %), tetraethyl ortho silicate (tetraethyl orthosilicate, TEOS), ammonium hydroxide (NH 4 OH , 5M), 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS, 95%), dimethyl sulfoxide (DMSO, 99.5%), chloroform and ethanol were all purchased from Sigma-Aldrich , And the purchased reagent was used without further purification. DI water was prepared using Millipore water purification (18 MΩ · cm) system.
2. 기구2. Organization
합성된 양자점, 실리카, 실리카@양자점@실리카 나노입자의 크기와 형상(morphology)은 준탄성 광산란법(Quasi-Elastic Light Scattering, Malvern Nano-ZS)과 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscopy, JEOL JEM-2100 and JEM-2010)을 이용하여 측정하였다.The size and morphology of the synthesized quantum dot, silica and silica @ quantum dot @ silica nanoparticles were measured by Quasi-Elastic Light Scattering (Malvern Nano-ZS) and Transmission Electron Microscopy (JEOL JEM-2100 and JEM-2010).
그리고, 양자점과 실리카 입자의 UV 흡수 스펙트럼은 Spectrophotometer(Shimadzu 1650 PC)를 이용하여 측정하였으며, 발광 스펙트럼은 Photoluminescence(PL) spectrometer(Perkin-Elmer LS 55)를 이용하여 측정하였다.The UV absorption spectra of the quantum dots and silica particles were measured using a spectrophotometer (Shimadzu 1650 PC) and the emission spectra were measured using a photoluminescence (PL) spectrometer (Perkin-Elmer LS 55).
양자효율은 Otsuka Electronics, QE-1000를 이용하여 측정하였으며, 들뜸 에너지원으로써 450 nm의 Xenon 레이저와 함께 적분구(integrating sphere)를 이용하였다.
The quantum efficiency was measured using Otsuka Electronics, QE-1000, and an integrating sphere was used together with a 450 nm Xenon laser as excitation energy source.
(제조예 1: 양자점의 합성)(Preparation Example 1: synthesis of quantum dot)
100 mL의 플라스크에 CdO 0.2 mmol, Zn(OAc)2 4mmol, 및 OA 5 mL를 투입하고 혼합한 후, 진공을 걸어주어 150 ℃의 온도로 30 분 동안 가열한다. 여기에 질소 분위기하에서 ODE 15 mL를 첨가하여 교반한 후, 300 ℃의 온도로 가열하여 Cd(OA)2와 Zn(OA)2의 투명한 용액을 제조하였다.Add 0.2 mmol of CdO, 4 mmol of Zn (OAc) 2 , and 5 mL of OA to a 100 mL flask, mix, and heat at 150 ° C for 30 minutes. 15 mL of ODE was added thereto under a nitrogen atmosphere, and the mixture was stirred and heated at a temperature of 300 ° C. to prepare a transparent solution of Cd (OA) 2 and Zn (OA) 2 .
그리고, TOP 2 mL에 Se 0.4 mmol과 S 3 mmol을 용해시켜 준비하고, 준비된 용액을 상기 Cd(OA)2와 Zn(OA)2 용액이 든 플라스크의 vessel에 주입하면서 300 ℃의 온도로 10 분 동안 급격하게 반응시켜 CdSe/ZnS 양자점을 수득하였다. 수득된 CdSe/ZnS 양자점을 과량의 아세톤과 클로로포름에 재분산시키는 공정을 3차례 수행하여 정제하고, 마지막으로 클로로포름에 분산시켜 합성을 완료하였다.
Then, 0.4 mmol of Se and 3 mmol of S were dissolved in
(제조예 2: 표면에 티올기가 형성된 실리카 입자의 제조)(Preparation Example 2: Preparation of silica particles having a thiol group on its surface)
Stber method 방법으로 실리카 입자를 제조하였으며, 구체적으로 다음의 조건으로 합성하였다.St The silica particles were prepared by the ber method and were synthesized specifically under the following conditions.
TEOS 2.68 mL, 증류수 8.4 mL, NH4OH 1.44 mL를 에탄올 47.78 mL에 용해시킨 후, 6시간 동안 상온에서 교반하여 실리카 입자를 제조하였다. 상기 실리카 입자에 MPTMS 15 μL를 추가하고 상온에서 18 시간 동안 교반하여 표면에 티올기가 형성된 실리카 입자를 수득하였으며, 수득된 티올기가 형성된 실리카 입자는 수차례 에탄올에 재분산시키고 원심분리하여 준비하였다.
2.68 mL of TEOS, 8.4 mL of distilled water and 1.44 mL of NH 4 OH were dissolved in 47.78 mL of ethanol and stirred at room temperature for 6 hours to prepare silica particles. 15 μL of MPTMS was added to the silica particles, and the mixture was stirred at room temperature for 18 hours to obtain silica particles having thiol groups on their surfaces. The silica particles having the thiol groups thus obtained were redispersed in ethanol several times and prepared by centrifugation.
(실시예: 실리카@양자점@실리카 나노입자(SQS)의 제조)(Example: Preparation of silica @ quantum dot @ silica nanoparticles (SQS)
70 mL 바이알에 제조예 1의 CdSe/ZnS 양자점 현탁액 3 mL를 투입하고, 진공 오븐에서 클로로포름의 대부분을 증발시켰다. 그리고, 에탄올(50 mg/mL)에 용해되어 있는 제조예 2의 실리카 입자 2 mL를 추가하고, 1분 동안 소니케이션하여 혼합한 후, 클로로포름 20 mL와 함께 5분 동안 교반하였다. 여기에, 클로로포름 20 mL, MPTMS 1 mL, 및 NH4OH 1 mL를 첨가하고 1 시간 동안 반응시켜 양자점이 코팅된 실리카(실리카@양자점)를 제조하였다.To a 70 mL vial was added 3 mL of the CdSe / ZnS quantum dot suspension of Preparation Example 1, and most of the chloroform was evaporated in a vacuum oven. Then, 2 mL of the silica particles of Production Example 2 dissolved in ethanol (50 mg / mL) was added, and the mixture was sonicated for 1 minute and then mixed with 20 mL of chloroform for 5 minutes. To this, 20 mL of chloroform, 1 mL of MPTMS, and 1 mL of NH 4 OH were added and reacted for 1 hour to prepare quantum dot-coated silica (silica @ quantum dot).
상기 실리카@양자점을 에탄올 40 mL, TEOS 1 mL 및 NH4OH 1 mL가 혼합된 용액에 투입하고 12 시간 동안 반응시킨 후, 수차례 에탄올에 재분산시키고 원심분리하여 정제하여 실리카@양자점@실리카 나노입자를 제조하였다.
The silica @ quantum dots were added to a mixed solution of 40 mL of ethanol, 1 mL of TEOS and 1 mL of NH 4 OH, reacted for 12 hours, redispersed several times in ethanol and centrifuged to obtain silica @ quantum dot @ silica nano Particles were prepared.
(시험예 1: SQS 나노입자의 TEM 분석)(Test Example 1: TEM analysis of SQS nanoparticles)
실시예의 SQS 나노입자를 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy, TEM)으로 분석하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.SQS nanoparticles of the examples were analyzed by transmission electron microscopy (TEM) and the results are shown in FIG.
도 2의 (b)는 상기 SQS 나노입자의 표면을 확대한 사진으로, 도 2를 참조하면, 상기 SQS 나노입자의 각 구조에 따른 평균 직경을 살펴볼 수 있다. 즉, 실리카 코어는 110 ± 10 nm이고, 양자점 쉘은 5 ± 1 nm이며, 실리카@양자점@실리카 나노입자는 115 ± 10 nm인 것을 알 수 있다.FIG. 2 (b) is an enlarged photograph of the surface of the SQS nanoparticles. Referring to FIG. 2, the average diameter according to each structure of the SQS nanoparticles can be observed. That is, the silica core is 110 ± 10 nm, the quantum dot shell is 5 ± 1 nm, and the silica @ quantum dot @ silica nanoparticle is 115 ± 10 nm.
그리고, 실리카 코어의 표면은 대략 약 250 개의 양자점이 둘러 싸고 있으며, 상기 양자점 쉘은 얇은 실리카 층이 둘러 싸고 있음을 확인할 수 있다.
The surface of the silica core is surrounded by approximately 250 quantum dots, and the quantum dot shell is surrounded by a thin silica layer.
(시험예 2: QD 및 Silica 입자의 흡수 및 방출 스펙트럼 분석)(Test Example 2: Absorption and emission spectrum analysis of QD and Silica particles)
실리카 현탁액에서 얻어지는 UV-vis 스펙트럼에서 빛의 산란으로부터 흡수 스펙트럼을 분리하기 위하여, 굴절률이 조절된 용매를 준비하고, 상기 용매에 10 wt%의 실리카 입자를 투입하여 흡수 스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.In order to separate the absorption spectrum from the light scattering in the UV-vis spectrum obtained from the silica suspension, a refractive index controlled solvent was prepared and the absorption spectrum was measured by adding 10 wt% silica particles to the solvent. 3.
도 3의 (a)는 양자점의 흡수 및 방출 스펙트럼을 측정한 결과를 나타내고, (b) 굴절률이 조절된 용매 속에 존재하는 실리카 입자의 흡수 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸다.Fig. 3 (a) shows the results of measurement of the absorption and emission spectra of the quantum dots, and (b) shows the results of measurement of the absorption spectrum of the silica particles present in the solvent with controlled refractive index.
도 3의 (a)를 참조하면 500 nm에서 넓은 흡수 스펙트럼 밴드가 나타나고, 495 nm에서는 좁은 방출 피크가 나타나며, 반치폭 (Full-width-at-half-maximum, FWHM)은 약 37.5 nm인 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 3 (a), a broad absorption spectrum band appears at 500 nm, a narrow emission peak at 495 nm, and a full-width-at-half-maximum (FWHM) of about 37.5 nm have.
즉, 양자점의 흡수 및 방출 스펙트라가 겹치는 부분은 양자점이 방출한 빛을 흡수할 수 있음을 보여주는 것이다.In other words, the overlap between the absorption and emission spectra of the quantum dots shows that the quantum dots can absorb the emitted light.
반면에, 도 3의 (b)를 참조하면, 실리카 입자는 파장에 따라 굴절률 값이 달라지며, 고 농도인 10 wt%에서도 UV 피크 세기가 크지 않은 것으로 보아, 조사된 빛을 흡수하지 않는 다는 것을 알 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 3 (b), the refractive index of the silica particles varies depending on the wavelength, and the UV peak intensity is not high even at a high concentration of 10 wt% Able to know.
(단, 상기 굴절률이 조절된 용매(Refractive index-matched solvent, RIM-S)는 증류수와 DMSO를 12:88의 부피 비율로 혼합하여 제조하였다.)
(The refractive index-matched solvent (RIM-S) was prepared by mixing distilled water and DMSO in a volume ratio of 12:88.)
(시험예 3: SQS 나노입자 및 실리카 현탁액의 농도에 따른 양자효율의 변화)(Test Example 3: Change in quantum efficiency depending on the concentration of SQS nanoparticles and silica suspension)
실시예의 SQS 나노입자를 증류수(DI water)와 굴절률이 조절된 용매(RI-matched solvent)에 각각 투입하고, 0.1, 0.5, 1, 3.0, 6.0 및 12.0 wt%의 농도별로 준비하여 12 wt%의 실리카 현탁액에 투입한 후, 여기에 0.1 M의 NaCl을 첨가하여 응집 반응을 유도하고 측정된 양자효율의 변화를 도 4에 나타내었다.SQS nanoparticles of the examples were added to distilled water (DI water) and RI-matched solvent, respectively, and prepared at concentrations of 0.1, 0.5, 1, 3.0, 6.0 and 12.0 wt% After injecting into a silica suspension, 0.1 M NaCl was added thereto to induce an aggregation reaction, and the change in measured quantum efficiency is shown in FIG.
도 4의 (a)을 참조하면, 증류와 굴절률이 조절된 용매를 사용한 모든 조건에서 SQS 입자의 농도가 증가할수록 양자효율은 감소하였음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4 (a), the quantum efficiency decreases as the concentration of SQS particles increases under all conditions using distilled and refined solvents.
이러한 현상은 SQS 나노입자의 농도가 증가할수록 양자점에 의한 방출 및 재흡수가 상승함과 동시에, 상기 SQS 나노입자의 표면에서 빛의 산란이 일어나기 때문에 발생한다. This phenomenon occurs because the scattering of light occurs at the surface of the SQS nanoparticles while the emission and reabsorption by the quantum dots increase as the concentration of the SQS nanoparticles increases.
그러나, 이때 SQS 나노입자 내의 양자점 사이에 발생하는 FRET 현상은 크게 영향을 주지 않는다. 그 이유는 SQS 현탁액 내에 존재하는 SQS 나노입자 간 평균 거리가 CdSe/ZnS 양자점의 Fㆆster radius(500 nm)보다 길기 때문에, 상기 SQS 나노입자 간에서 발생하는 FRET 현상은 매우 미미한 수준에 그치기 때문이다.However, the FRET phenomenon occurring between the quantum dots in the SQS nanoparticles does not have a significant effect at this time. This is because the average distance between SQS nanoparticles in the SQS suspension is longer than that of the CdSe / ZnS quantum dots, so that the FRET phenomenon occurring between the SQS nanoparticles is very small .
따라서, 상기 SQS 현탁액의 양자효율은 양자점에 의한 방출 및 재흡수 때문에 감소할 수 있는데, 이는 상기 SQS 현탁액 내에 존재하는 SQS 나노입자의 표면에서 일어나는 빛의 산란이 SQS 나노입자에 부딪히는 횟수를 증가시켰기 때문이다. Thus, the quantum efficiency of the SQS suspension can be reduced due to the release and reabsorption by the quantum dots, as increased scattering of light from the surface of the SQS nanoparticles present in the SQS suspension increases the number of times the SQS nanoparticles are struck to be.
즉, 양자점에 의한 재흡수를 향상시키고, 결국에는 SQS 현탁액의 양자효율을 감소시키게 된다. 따라서, 현탁액 내에 존재하는 SQS 나노입자의 농도가 증가할수록 양자효율이 감소하게 된다.That is, it increases the reabsorption by the quantum dots and eventually reduces the quantum efficiency of the SQS suspension. Therefore, as the concentration of the SQS nanoparticles present in the suspension increases, the quantum efficiency decreases.
반면에, 굴절률이 조절된 용매에 상기 SQS 나노입자를 적용했을 경우에는 SQS 나노입자의 표면에서 발생하는 빛의 산란이 거의 없어지게 된다. 즉, 도 4의 (a)에서 보는 바와 같이, 굴절률이 조절된 용매에 분산된 SQS 나노입자의 양자효율은 증류수보다 높은 것을 알 수 있다.On the other hand, when the SQS nanoparticles are applied to a solvent whose refractive index is controlled, scattering of light generated from the surface of the SQS nanoparticles is substantially eliminated. That is, as shown in FIG. 4 (a), the quantum efficiency of the SQS nanoparticles dispersed in the solvent having a controlled refractive index is higher than that of distilled water.
도 4의 (b)는 실리카 입자의 농도 증가에 따른 각 용매에서의 양자효율 변화를 나타낸 그래프로, 마찬가지로 실리카 입자의 농도가 증가할수록 양자효율이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
FIG. 4 (b) is a graph showing a change in quantum efficiency in each solvent as the concentration of silica particles increases. It can be seen that as the concentration of silica particles increases, the quantum efficiency decreases.
(시험예 4: SQS 나노입자 농도에 따른 PL decay 분석)(Test Example 4: PL decay analysis according to SQS nanoparticle concentration)
실시예의 SQS 나노입자를 굴절률이 조절된 용매에 투입하고, 0.1, 0.5, 1, 3.0, 6.0 및 12.0 wt%의 농도별로 제조하여 준비한 후, 500 nm의 광원하에서 PL(Photoluminescence) decay를 측정하였으며, 그 결과를 도 5 및 하기 표 1에 나타내었다.The SQS nanoparticles of the Examples were put into a solvent whose refractive index was controlled and were prepared for each concentration of 0.1, 0.5, 1, 3.0, 6.0 and 12.0 wt%, and PL (Photoluminescence) decay was measured under a light source of 500 nm. The results are shown in Fig. 5 and Table 1 below.
도 5를 참조하면, 광 발광은 입자의 농도에 상관없이 단일-지수 decay를 나타낸다. SQS 나노입자의 농도가 증가할수록 decay의 곡선 경사는 수 나노초 정도로 변화한다. PL decay 시간은 SQS 입자의 농도가 증가할수록 증가하므로, FRET는 각 SQS 나노입자 간에 발생하지 않는다. 이를 통해 샘플에서 방출되는 광자의 재흡수가 높은 입자 농도에서의 양자효울을 감소시키는 요인이라고 분석하였다.Referring to FIG. 5, photoluminescence represents a single-exponential decay regardless of the concentration of the particles. As the concentration of SQS nanoparticles increases, the curve slope of decay changes by a few nanoseconds. Since the PL decay time increases with increasing SQS particle concentration, FRET does not occur between each SQS nanoparticle. This suggests that the reabsorption of the photons emitted from the sample is a factor reducing the quantum efficiency at higher particle concentrations.
또한, 도 6은 실시예의 SQS 나노입자를 증류수(DI water)와 굴절률이 조절된 용매(RI-matched solvent)에 각각 투입하고, 0.1, 0.5, 1, 3.0, 6.0 및 12.0 wt%의 농도별로 제조하여 준비한 후, SQS 나노입자 농도에 따른 방출 스펙트럼의 λmax를 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the SQS nanoparticles of the Example in a DI water and an RI-matched solvent, respectively. The SQS nanoparticles were prepared at concentrations of 0.1, 0.5, 1, 3.0, 6.0 and 12.0 wt% And then measuring the? Max of the emission spectrum according to the concentration of the SQS nanoparticles.
도 6을 참조하면, 상기 SQS 나노입자가 증가할수록 장파장으로 이동하는 특성을 나타낸다. 양자점의 농도가 높은 방출 스펙트럼에서의 장파장 이동은 일반적으로 FRET와 작은 양자점에서 큰 양자점으로부터 방출되는 재흡수에 의해 일어난다. 왜냐하면 FRET 본 실험 조건하에서 SQS 농도에 의한 영향을 크게 받지 않고, 이러한 이동은 양자점에 의한 방출 및 재흡수 때문이다. 왜냐하면, 상술한 도 2에서 보는 바와 같이, 양자점은 우선적으로 높은 파장보다 낮은 파장에서 방출이 흡수되기 때문이다.
Referring to FIG. 6, the SQS nanoparticles are shifted to a longer wavelength as the SQS nanoparticles increase. Long wavelength shifts in the high emission spectra of QDs are generally caused by FRET and reabsorption from large quantum dots at small QDs. This is because the FRET is not greatly affected by the SQS concentration under the experimental conditions and this migration is due to the release and reabsorption by the QDs. This is because the quantum dots preferentially absorb the emission at a wavelength lower than the high wavelength, as shown in Fig. 2 described above.
(시험예 5: 응집 반응시간에 따른 양자효율의 변화 분석)(Test Example 5: Analysis of change in quantum efficiency with agglomeration reaction time)
실시예의 SQS 나노입자를 증류수(DI water)와 굴절률이 조절된 용매(RI-matched solvent)에 각각 투입하고, 0.1 wt%의 농도로 준비하여 12 wt%의 실리카 현탁액에 투입한 후, 여기에 0.1 M의 NaCl을 투입하여 응집 반응을 유도하였다. 그리고, 상기 NaCl을 투입한 시점(0 hr)을 시작으로 시간 경과에 따른 양자효율의 변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.The SQS nanoparticles of the example were added to DI water and RI-matched solvent, respectively, and added to a 12 wt% silica suspension at a concentration of 0.1 wt%. 0.1 wt% of 0.1 wt% M NaCl was added to induce flocculation reaction. Then, the change in quantum efficiency over time was measured starting from the point of time when the NaCl was added (0 hr), and the result is shown in FIG.
도 7을 참조하면, 증류수 속의 SQS 나노입자는 응집 반응으로 인하여 빛의 산란이 일어나고, 단면적과 응집체의 확산계수를 감소시키기 때문에 빛의 자유 행로를 증가시킨다. 결과적으로, 응집은 재흡수를 감소시키게 되므로, 양자효율을 증가시킨다.Referring to FIG. 7, SQS nanoparticles in the distilled water increase scattering of light due to agglutination reaction and increase the free path of light because of decreasing the cross-sectional area and the diffusion coefficient of aggregate. As a result, aggregation reduces reabsorption, thereby increasing quantum efficiency.
반면에, 굴절률이 조절된 용매 속의 SQS 나노입자는 응집 반응에 의한 빛의 산란이 미미하여 양자효율의 변화가 적은 것을 알 수 있다.
On the other hand, SQS nanoparticles in a controlled refractive index solvent exhibit less scattering of light due to agglutination reaction, resulting in less change in quantum efficiency.
(시험예 6: 응집 정도에 따른 양자효율의 변화 분석)(Test Example 6: Analysis of change in quantum efficiency according to degree of aggregation)
실시예의 SQS 나노입자를 증류수에 투입하여 0.1 wt%의 농도로 제조하고, 12 wt%의 실리카 현탁액과 혼합한 후, 여기에 각 농도별 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.35, 0.4, 0.45, 0.5, 및 0.6 M의 NaCl을 투입하여 응집 반응을 유도하고 양자효율의 변화를 측정하여 그 결과를 도 8에 나타내었다.0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, and 0.35, respectively, for each concentration. The SQS nanoparticles of the Examples were added to distilled water to a concentration of 0.1 wt% , 0.4, 0.45, 0.5, and 0.6 M of NaCl were added to induce flocculation reaction, and the change in quantum efficiency was measured. The results are shown in FIG.
도 8을 참조하면, NaCl의 몰(M) 농도가 증가할수록 양자효율이 증가하는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는, 응집 정도가 증가할수록 빛이 반사되는 흡수 및 재흡수가 감소하기 때문에 양자효율의 회복이 빠르게 일어나기 때문이다.
Referring to FIG. 8, it can be seen that the quantum efficiency increases as the molar (M) concentration of NaCl increases. This is because as the degree of cohesion increases, the absorption and reabsorption of light are reduced, which leads to a rapid recovery of quantum efficiency.
(시험예 7: 양자효율의 분석을 통한 현탁액의 분산상태를 측정)(Test Example 7: Measurement of dispersion state of suspension through analysis of quantum efficiency)
실시예의 SQS 나노입자를 증류수에 투입하여 0.1 wt%의 농도로 제조하고, 12 wt%의 실리카 현탁액과 혼합한 후, 여기에 하기 표 2에서 제시한 농도별 NaCl을 투입하여 응집 반응을 유도하고 양자효율의 변화를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.SQS nanoparticles of the Examples were added to distilled water to prepare 0.1 wt% of the solution, mixed with 12 wt% of silica suspension, and then added with NaCl according to the concentrations shown in Table 2 below to induce aggregation reaction. The results are shown in Table 2 below.
상기 표 2를 살펴보면, 0.15 M의 NaCl 경우에는 측정된 양자효율의 값이 4.81인 것을 알 수 있는데, 이는 상기 시험예 6에서 측정된 결과인 도 8과 비교하였을 때, 그 결과가 일치하였으며, 나머지 값들도 모두 일치하는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the measured quantum efficiency is 4.81 in the case of 0.15 M NaCl, which is consistent with the results of FIG. 8 measured in Test Example 6, It can be confirmed that the values are all the same.
즉, 이러한 결과는 본 발명에 따른 SQS 나노입자를 현탁액에 투입하고, 응집 반응이 유도되었을 때 측정된 양자효율 값의 변화를 통해 현탁액의 분산 상태를 확인할 수 있다는 것을 보여주는 결과이다.
That is, these results show that the dispersed state of the suspension can be confirmed by injecting the SQS nanoparticles according to the present invention into the suspension and changing the measured quantum efficiency value when the aggregation reaction is induced.
따라서, 본 발명의 여러 구현예에 따르면, 양자점과 같은 형광 나노입자를 포함하는 복합체를 현탁액에 투입하고 응집 반응을 통해 변화하는 양자효율 값을 측정함으로써 현탁액의 분산상태를 측정할 수 있다.Accordingly, according to various embodiments of the present invention, the dispersion state of the suspension can be measured by introducing a composite containing fluorescent nanoparticles such as quantum dots into a suspension and measuring the quantum efficiency value that changes through the coagulation reaction.
또한, 측정하고자 하는 현탁액의 종류에 따라서 상기 복합체의 크기를 조절할 수 있어, 특정한 현탁액의 종류에 한정되지 않고 다양한 분야에 폭넓게 응용이 가능하다.
In addition, the size of the composite can be adjusted according to the kind of the suspension to be measured, and the present invention is not limited to a specific type of suspension, and can be widely applied to various fields.
Claims (20)
(ⅱ) 상기 (ⅰ) 단계를 통해 응집 반응이 완료된 혼합물의 양자효율 값을 측정하고 분석하는 단계를 포함하며,
상기 복합체는 형광 나노입자를 포함하고,
상기 형광 나노입자는 양자점인 것을 특징으로 하는 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법.
(I) an aggregation reaction of a mixture of a suspension and a complex takes place, and
(Ii) measuring and analyzing the quantum efficiency value of the mixture in which the aggregation reaction has been completed through the step (i)
Wherein said complex comprises fluorescent nanoparticles,
Wherein the fluorescent nanoparticle is a quantum dot.
상기 (ⅰ) 단계에서의 응집 반응시간은 10 내지 180 분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the aggregation reaction time in the step (i) is performed for 10 to 180 minutes.
상기 복합체는,
코어,
상기 코어를 감싸며 양자점으로 구성된 제1 쉘, 및
상기 제1 쉘을 감싸는 제2 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조인 것을 특징으로 하는 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법.
14. The method of claim 13,
The composite may comprise:
core,
A first shell surrounding the core and formed of quantum dots, and
And a second shell surrounding the first shell. ≪ Desc / Clms Page number 20 >
상기 양자점은 Cds, CdSe, CdTe 및 PbS 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the quantum dot is at least one selected from Cds, CdSe, CdTe and PbS.
상기 코어와 상기 제2 쉘은 서로 동일하며,
상기 코어 및 상기 제2 쉘은 실리카인 것을 특징으로 하는 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the core and the second shell are identical to each other,
Wherein the core and the second shell are silica. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 코어는 실리카이고,
상기 제1 쉘은 CdSe/ZnS 양자점이며,
상기 제2 쉘은 실리카인 것을 특징으로 하는 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the core is silica,
The first shell is a CdSe / ZnS quantum dot,
Lt; RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI > wherein said second shell is silica.
상기 복합체는 직경이 50 내지 150 nm의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein said complex has a size of 50 to 150 nm in diameter.
상기 현탁액은 실리카 현탁액인 것을 특징으로 하는 현탁액의 분산상태를 측정하는 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the suspension is a silica suspension.
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