KR102036149B1 - Apparatus for synthesizing quantum dot using screw reactor - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 양자점 나노입자를 생성하기 위한 프리커서를 합성하는 프리커서 합성부; 프리커서 합성부로부터 생성된 프리커서에 의해 코어를 양자점 코어를 생성하는 코어 합성부; 및 상기 코어 합성부에서 합성된 양자점 코어에 의해 양자점 코어/쉘을 합성하는 코어/쉘 합성부를 포함하는 양자점 합성 장치에 있어서, 상기 프리커서 합성부, 코어 합성부 및 코어/쉘 합성부는, 나선형으로 꼬여져 있는 스크류 형태의 반응관을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 합성 장치를 제공한다.The present invention, precursor synthesis unit for synthesizing the precursor for generating quantum dot nanoparticles; A core synthesis unit generating a quantum dot core from the core by a precursor generated from the precursor synthesis unit; And a core / shell synthesis unit for synthesizing the quantum dot core / shell by the quantum dot core synthesized by the core synthesis unit, wherein the precursor synthesis unit, the core synthesis unit, and the core / shell synthesis unit are helically. Provided is a quantum dot synthesizing apparatus comprising a twisted screw type reaction tube.
Description
본 발명은 양자점 합성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양자점 합성 공정을 단순화하고 입자 크기가 균일하고 발광 강도가 높은 양자점을 합성할 수 있는 양자점 합성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a quantum dot synthesizing apparatus, and more particularly, to a quantum dot synthesizing apparatus capable of simplifying a quantum dot synthesizing process and synthesizing quantum dots with uniform particle size and high emission intensity.
양자점(Quantum Dot)은, 나노미터 단위 크기의 반도체 결정체(Crystalline)를 말하는데, 입자 크기에 따라 나노 결정의 밴드 갭(Band gap) 차에 의하여 특성이 변한다. 양자점 내 전자는 빛과 같은 에너지를 받으면 에너지 준위가 높은 곳으로 들뜬 후 다시 낮은 곳으로 이동하는데, 이 과정에서 전자가 내놓은 에너지의 파장은 빛의 형태로 방출된다. 양자가 방출하는 빛의 파장은 입자 크기별로 다르며 다양한 색을 표현할 수 있으며, 색 재현력이 뛰어나 디스플레이 기술에 활용되고 있다. Quantum dots refer to semiconductor crystals (Crystalline) of nanometer size, and the characteristics change according to the band gap difference of the nanocrystals according to the particle size. When electrons in the quantum dot receive energy such as light, the energy level rises to the high energy level and then moves back to the low energy level. In this process, the wavelength of the energy emitted by the electron is emitted in the form of light. The wavelength of the light emitted by both is different according to the particle size and can express various colors, and it is used for display technology because of its excellent color reproducibility.
이러한 양자점 합성에 주로 사용되는 종래의 기술은 용액 공정법이다. 도 1은 종래의 용액 공정법을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 용액 공정법에 의해 양자점을 합성하는 장치는, 히팅 맨틀(heating mantle, 1)에 둘러 쌓인 플라스크(2)와 플라스크(2) 내부 용액을 균일하게 할 수 있는 자력 교반기(magnetic stirrer, 3), 그리고 용액의 온도를 제어하는 온도 조절기와 온도계(thermocouple,4)로 구성되어 있다. 추가적으로 안정된 농도를 유지하기 위한 콘덴서(5)와 진공/질소 분위기를 전환할 수 있는 매니 폴더(manifold,6)로 구성되어 있다. The conventional technique mainly used for such quantum dot synthesis is a solution process method. 1 is a view for explaining a conventional solution process method. As shown in FIG. 1, a device for synthesizing a quantum dot by a conventional solution processing method includes a magnetic force capable of uniformizing the
이러한 장치에 의한 양자점 합성 방법은 전구체(precursor)인 유기 화합물을 이용하여 코어(core)를 합성하고 합성한 코어와 안정화제가 혼합 교반되는 반응기에 적절한 쉘(shell)을 쌓기 위하여 전구체를 반복 주입하여 안정된 구조의 코어/쉘 구조를 형성하기도 하며, 최근 원팟(one-pot) 공정으로 모든 반응 물질을 한꺼번에 반응기에 넣고 쉘 공정을 추가하는 방법도 제안되어 있다.The method for synthesizing quantum dots by using such a device is stable by synthesizing a core using an organic compound that is a precursor, and repeatedly injecting a precursor to build an appropriate shell in a reactor in which the synthesized core and a stabilizer are mixed and stirred. In some cases, a core / shell structure of a structure is formed, and a method of adding a shell process to all the reactants at once by a one-pot process has been proposed.
이와 같은 용액 공정법은 대용량화하였을 때 반응물 내의 균일한 조성을 위하여 자력교반기 대신 임펠러를 사용하기도 하지만, 불균일한 온도차, 불균일한 분위기 등으로 인하여 반응물 내에 농도차, 조성차가 발생하게 된다. Such a solution process method uses an impeller instead of a magnetic stirrer for uniform composition in the reactant when the capacity is increased, but a concentration difference and a composition difference occur in the reactant due to uneven temperature difference and uneven atmosphere.
양자점 합성은 오스왈드 라이프닝(Ostwald ripening)으로 온도와 시간의 함수로서 작은 입자는 비교적 큰 입자에 합체되면서 성장하는 것으로 알려져 있으며 원하는 크기의 나노 입자가 형성되었을 때 입자의 성장을 멈추도록 하는 기술이 요구된다. 그러나 기존의 방법으로는 입자의 성장을 멈출 수 있도록 하는 냉각시 온도차가 발생하게 되어 균일한 크기의 입자를 합성하기 어렵다. 따라서 이들 요인들은 양자점 나노 입자의 발광 특성과 균일한 입자 크기 산포에 영향을 주게 된다.Quantum dot synthesis is Oswald ripening, a function of temperature and time, and small particles are known to grow as they coalesce into relatively large particles, and require technology to stop the growth of particles when nanoparticles of desired size are formed. do. However, the conventional method is difficult to synthesize particles of uniform size because a temperature difference occurs during cooling to stop the growth of the particles. Therefore, these factors affect the luminescence properties and uniform particle size distribution of quantum dot nanoparticles.
종래 알려져 있는 일반적인 양자점 합성 방법 중 CdSe/CdZnS/ZnS 구조인 양자점 합성 방법의 예로 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.The conventional quantum dot synthesis method known in the art will be described in detail as an example of a quantum dot synthesis method having a CdSe / CdZnS / ZnS structure.
1) 전구체(프리커서, precursor) 합성1) Synthesis of precursor (precursor)
Cd 프리커서는 삼구 플라스크에 올레산(Oleic acid)과 산화카드뮴(Cd oxide)을 0.05~1.0 사이의 몰 농도가 되도록 계량하여 넣고, 질소 분위기에서 빠르게 교반하면서 170도에서 완전 용해시키고 냉각시킨다.The Cd precursor is placed in a three-necked flask with oleic acid and cadmium oxide at a molar concentration between 0.05 and 1.0, and is completely dissolved and cooled at 170 degrees with rapid stirring in a nitrogen atmosphere.
Se 프리커서는 산소와 차단된 분위기의 플라스크에 트리옥틸포스핀(Trioctylphosphine)과 Se 분말을 몰 농도 0.7~1.5M이 되도록 계량하여 넣고 상온에서 완전용해시킨다.Se precursor is measured by dissolving trioctylphosphine (Trioctylphosphine) and Se powder in a flask of oxygen-blocked atmosphere to a molar concentration of 0.7 ~ 1.5M and completely dissolved at room temperature.
Zn 프리커서는 1-옥타데센(Octadecene)과 올레산(Oleic acid)과 산화아연(Zn oxide)을 몰 농도 0.5~1.5M 이 되도록 계량하여 질소 분위기에서 빠르게 교반하면서 300도에서 완전히 용해시키고 60도~150도 사이로 유지시킨다.Zn precursor weighs 1-octadecene, oleic acid, and zinc oxide to a molar concentration of 0.5 to 1.5 M, and dissolves completely at 300 degrees with rapid stirring in a nitrogen atmosphere. Keep it between 150 degrees.
S 프리커서는 1-옥타데센(Octadecene)과 S 분말을 0.1M이 되도록 계량하여 질소 분위기에서 빠르게 교반하면서 120도에서 완전용해시킨다.The S precursor was weighed to 0.1M with 1-octadecene and S powder and dissolved completely at 120 ° C with rapid stirring in a nitrogen atmosphere.
이들 합성온도와 몰비는 목적으로 하는 파장에 따라 달라질 수 있다.These synthesis temperatures and molar ratios may vary depending on the desired wavelength.
2) 코어(core) 합성2) core synthesis
코어는 플라스크에 산화 트리옥틸포스핀(Trioctylphosphine oxide)와 1-옥타데센(Octadecene)과 Cd 프리커서를 계량하여 넣고 질수 분위기에서 빠르게 교반하면서 용액의 온도가 270~290도가 되도록 한 후 올레일아민(Oleylamine)과 Se 프리커서를 빠르게 주입하고 250~270도 사이의 온도에서 유지시키다. The core is weighed with trioctylphosphine oxide, 1-octadecene, and Cd precursor in a flask, and the solution is 270-290 degrees with rapid stirring in a saturation atmosphere, followed by oleylamine ( Oleylamine) and Se precursors are rapidly injected and maintained at temperatures between 250 and 270 degrees.
유지 시간은 오스왈드 라이프닝(Oswald ripening) 이론에 따라 온도와 시간의 함수에 따라 나노 입자가 성장하기 때문에, 목표로 하는 파장, 즉 나노 입자의 크기가 되도록 시간을 유지한 후 냉각시킨다. 냉각 시에는 냉각중 나노 입자가 성장되지 않도록 하기 위하여 급냉시킨다. 냉각된 나노 입자에 함유된 불필요한 유기물들은 원심 분리를 하여 부유된 유기물을 제거시킨다. Since the retention time is nanoparticles grow as a function of temperature and time according to the Oswald ripening theory, the retention time is maintained after cooling the target wavelength, that is, the size of the nanoparticles. During cooling, quenching is performed to prevent the nanoparticles from growing during cooling. Unnecessary organic matter contained in the cooled nanoparticles is centrifuged to remove suspended organic matter.
3) 코어/쉘(core/shell) 합성3) core / shell synthesis
플라스크에 1-옥타데센(Octadecene)과 올레일아민(Oleylamine)과 합성된 코어를 넣고 질소 분위기에서 빠르게 교반하면서 승온시킨다. 목적으로 하는 발광 파장을 얻기 위하여 필요한 요소는 코어의 파장과 쉘의 두께이다. 입자의 크기와 발광 파장이 상관관계가 있기 때문이다. Put the core synthesized with 1-octadecene (Octadecene) and oleylamine (Oleylamine) in the flask and the temperature is raised while stirring rapidly in a nitrogen atmosphere. The necessary elements for obtaining the desired emission wavelength are the wavelength of the core and the thickness of the shell. This is because the particle size correlates with the emission wavelength.
온도가 70도가 되면 쉘 1층을 쌓기 위하여 Cd, Zn 프리커서를 빠르게 주입하고, 220~250도 사이에서 쉘 2층을 쌓기 위하여 Cd, Zn 프리커서와 S 프리커서를 빠르게 주입 후 일정시간 유지한다. 이와 같은 순서로 필요한 쉘을 쌓게 된다. When the temperature reaches 70 degrees, Cd and Zn precursors are injected rapidly to build up the first layer of the shell, and Cd, Zn precursors and S precursors are rapidly maintained after injecting the shell two layers between 220 and 250 degrees. . In this order, you build the necessary shells.
5) 워싱(washing) 및 입자 분리5) Washing and Particle Separation
220~250도 사이에서 쉘 쌓는 공정이 끝나면 표면 안정화를 위하여 약 10~30분 유지한다. 일정한 크기의 나노 입자를 얻기 위하여 급냉시킨다. 이 반응물에도 반응 부산물, 유기물이 잔존해 있기 때문에 원심 분리를 통해 유기물을 제거한다. When the shell stacking process is finished at 220 ~ 250 ° C, keep it for about 10 ~ 30 minutes to stabilize the surface. It is quenched to obtain nanoparticles of constant size. Reaction by-products and organics remain in the reactants, so the organics are removed by centrifugation.
나노 입자를 분리하는 것은 극성이 강한 솔벤트, 아세톤이나 에탄올을 이용하여 원심 분리를 통하여 입자를 크기별 분리한다. 각 반응중 반응물을 빠르게 교반하는 것은 마그네틱바 또는 아지테이터 등을 이용하여 강제 교반시키고 있으나 비교적 균일한 교반으로 알려져 있는 방법이지만, 반응물의 양에 따라 반응 교반 속도가 달라지게 되며, 이는 입자의 크기와 안정된 나노입자형성에 영향을 줄 수 있다.Separation of nanoparticles is carried out by centrifugation to separate the particles by size using a strong solvent, acetone or ethanol. The rapid stirring of the reactants during each reaction is a forced stirring using a magnetic bar or an agitator, but it is a method known as relatively uniform stirring. However, the reaction stirring speed varies depending on the amount of the reactants. May affect stable nanoparticle formation.
이와 같은 기존의 양자점 합성 방법에서는 프리서커용 반응기, 코어용 반응기, 코어/쉘용 반응기가 별도로 필요하고 각 반응 후 다시 계량, 측량하여 합성하기 때문에 연속공정이 불가능한 단점이 있다. 또한 반응 시간, 입자 분리 등의 차이로 인하여 균일한 특성을 갖는 나노 입자를 얻기 힘들다는 문제가 있다.Such conventional quantum dot synthesis method requires a pre-circuit reactor, a reactor for cores, a reactor for cores / shells separately, and there is a disadvantage that a continuous process is impossible because it is synthesized by weighing and measuring again after each reaction. In addition, there is a problem in that it is difficult to obtain nanoparticles having uniform properties due to differences in reaction time, particle separation, and the like.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 양자점 합성 공정을 단순화하고, 균일한 온도 및 조건에서 양자점이 합성될 수 있도록 하며, 최적의 양자점 합성 시간으로 제어할 수 있는 양자점 합성 장치 및 양자점 합성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, to simplify the quantum dot synthesis process, to be able to synthesize the quantum dots at a uniform temperature and conditions, quantum dot synthesis that can be controlled by the optimal quantum dot synthesis time An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for synthesizing a quantum dot.
또한, 본 발명은, 프리 커서에서부터 코어/쉘 공정까지 일련의 연속적인 공정을 통하여 양자점을 합성할 수 있는 양자점 합성 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a quantum dot synthesizing apparatus and method capable of synthesizing quantum dots through a series of continuous processes from a free cursor to a core / shell process.
또한, 본 발명은, 나노 입자 크기가 균일한 양자점을 합성하고 이에 따라 양자 효율 및 색순도가 선명한 양자점을 합성할 수 있는 합성장치 및 합성 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a synthesis apparatus and a synthesis method capable of synthesizing quantum dots having uniform nanoparticle sizes and thus synthesizing quantum dots with quantum efficiency and color purity.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 양자점 나노입자를 생성하기 위한 프리커서를 합성하는 프리커서 합성부; 프리커서 합성부로부터 생성된 프리커서에 의해 코어를 양자점 코어를 생성하는 코어 합성부; 및 상기 코어 합성부에서 합성된 양자점 코어에 의해 양자점 코어/쉘을 합성하는 코어/쉘 합성부를 포함하는 양자점 합성 장치에 있어서, 상기 프리커서 합성부, 코어 합성부 및 코어/쉘 합성부는, 나선형으로 꼬여져 있는 스크류 형태의 반응관을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 합성 장치.In order to solve the above problems, the present invention, precursor synthesis unit for synthesizing the precursor for generating quantum dot nanoparticles; A core synthesis unit generating a quantum dot core from the core by a precursor generated from the precursor synthesis unit; And a core / shell synthesis unit for synthesizing the quantum dot core / shell by the quantum dot core synthesized by the core synthesis unit, wherein the precursor synthesis unit, the core synthesis unit, and the core / shell synthesis unit are helically. Quantum dot synthesizing apparatus comprising a twisted screw type reaction tube.
여기에서, 상기 스크류 형태의 반응관의 꼬임 간격은 부분적으로 다르게 형성되어 반응물의 유속이 조절되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the twisting interval of the screw-shaped reaction tube is partially different, so that the flow rate of the reactant is controlled.
또한, 꼬임 간격을 스크류 형태의 반응관의 다른 곳보다 좁게 하여 반응물의 유속을 빠르게 함으로써 워싱 및 입자 분리가 이루어지도록 하고, 꼬임 간격을 스크류 형태의 반응관의 다른 곳보다 넓게 하여 반응물의 유속을 느리게 함으로써 부유물이 배출되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the kink interval is narrower than other parts of the screw-type reaction tube to increase the flow rate of the reactant to allow washing and particle separation, and the kink interval is wider than other parts of the screw-type reaction tube to slow the flow rate of the reactant. It is preferable to allow the suspended matter to be discharged.
또한, 상기 스크류 형태의 반응관의 길이 및 내경은 부분적으로 다르게 형성될 수 있다.In addition, the length and the inner diameter of the screw-shaped reaction tube may be partially formed differently.
또한, 상기 스크류 형태의 반응관의 내면에는 꼬임 방향에 수직 방향으로 적어도 하나 이상의 홈이 형성될 수 있다.In addition, at least one groove may be formed on an inner surface of the screw-shaped reaction tube in a direction perpendicular to the twisting direction.
또한, 상기 스크류 형태의 반응관의 외부는 온도 조절이 가능한 액상 매체로 채워져 있으며, 상기 액상 매체는 가열 장치 또는 냉각 장치에 의해 순환 제어되어 스크류 반응관의 온도를 조절할 수 있다.In addition, the outside of the screw-shaped reaction tube is filled with a liquid medium capable of temperature control, the liquid medium can be circulated controlled by a heating device or a cooling device to adjust the temperature of the screw reaction tube.
또한, 상기 프리커서 합성부는, 카드뮴 프리커서를 합성하는 카드뮴 프리커서 합성부; 황 프리커서를 합성하는 황 프리커서 합성부; 아연 프리커서를 합성하는 아연 프리커서 합성부; 및 셀레늄 프리커서를 합성하는 셀레늄 프리커서 합성부중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The precursor synthesis unit may include a cadmium precursor synthesis unit synthesizing a cadmium precursor; A sulfur precursor synthesis unit for synthesizing a sulfur precursor; Zinc precursor synthesis unit for synthesizing the zinc precursor; And a selenium precursor synthesis unit for synthesizing the selenium precursor.
또한, 상기 코어/쉘 합성부는, 프리커서, 코어 또는 반응원료가 주입되는 주입구가 스크류 형태의 반응관의 미리 설정된 일정 길이에 위치하는 것이 바람직하다.In addition, the core / shell synthesis unit, it is preferable that the injection hole into which the precursor, the core, or the reaction raw material is injected is positioned at a predetermined length of the screw-type reaction tube.
또한, 상기 코어/쉘 합성부는, 쉘의 층 개수에 따라 미리 설정된 위치에 프리커서가 주입되는 주입구가 위치할 수 있다.In addition, the core / shell compounding unit may have an injection hole in which a precursor is injected at a predetermined position according to the number of layers of the shell.
본 발명에 의하면, 양자점 합성 공정을 단순화하고, 균일한 온도 및 조건에서 양자점이 합성될 수 있도록 하며, 최적의 양자점 합성 시간으로 제어할 수 있는 양자점 합성 장치 및 양자점 합성 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a quantum dot synthesizing apparatus and a quantum dot synthesizing method capable of simplifying the quantum dot synthesizing process, allowing quantum dots to be synthesized at uniform temperatures and conditions, and controlling the optimal quantum dot synthesizing time.
또한, 본 발명은, 프리 커서에서부터 코어/쉘 공정까지 일련의 연속적인 공정을 통하여 양자점을 합성할 수 있는 양자점 합성 장치 및 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a quantum dot synthesizing apparatus and method capable of synthesizing quantum dots through a series of continuous processes from a free cursor to a core / shell process.
또한, 본 발명은, 나노 입자 크기가 균일한 양자점을 합성하고 이에 따라 양자 효율 및 색순도가 선명한 양자점을 합성할 수 있는 합성장치 및 합성 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention may provide a synthesis apparatus and a synthesis method capable of synthesizing quantum dots having a uniform nanoparticle size and thus quantifying quantum dots having a clear quantum efficiency and color purity.
도 1은 종래의 용액 공정법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 양자점 합성 장치(100)의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5는 프리커서 합성부(10), 코어 합성부(20) 및 코어/쉘 합성부(30)의 스크류 반응관(40)을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 프리커서 합성부(10)를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 코어 합성부(20)를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 코어/쉘 합성부(30)를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 의한 양자점 합성 장치(100)에 의해 생성된 양자점 나노 입자를 자외선에 의해 조사한 사진이고, 도 10은 발광 특성, 도 11은 흡광 특성을 각각 나타낸 것이다.1 is a view for explaining a conventional solution process method.
2 is a view showing an embodiment of the quantum dot synthesizing apparatus 100 according to the present invention.
3 to 5 are diagrams for explaining the
6 is a diagram for explaining the
7 is a diagram for explaining the
8 is a diagram for explaining the core /
9 is a photograph of the quantum dot nanoparticles produced by the quantum dot synthesis apparatus 100 according to the present invention irradiated with ultraviolet rays, FIG. 10 shows light emission characteristics, and FIG. 11 shows light absorption characteristics.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 의한 양자점 합성 장치(100)의 일실시예를 나타낸 도면이다.2 is a view showing an embodiment of the quantum dot synthesizing apparatus 100 according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 양자점 합성 장치(100)는, 프리커서 합성부(10), 코어 합성부(20) 및 코어/쉘 합성부(30)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the quantum dot synthesizing apparatus 100 of the present embodiment includes a
여기에서, 프리커서 합성부(10), 코어 합성부(20) 및 코어/쉘 합성부(30)는 나선형으로 꼬여져 있는 스크류 형태의 반응관(40, 이하, "스크류 반응관(40)"이라고도 한다)으로 형성되어 있으며, 이들은 서로 연결되어 있어서 연속적인 공정을 가능하게 한다.Here, the
도 3 내지 도 5는 프리커서 합성부(10), 코어 합성부(20) 및 코어/쉘 합성부(30)의 스크류 반응관(40)을 설명하기 위한 도면이다.3 to 5 are diagrams for explaining the
도 3 및 도 5를 참조하면, 프리커서 합성부(10), 코어 합성부(20) 및 코어/쉘 합성부(30)는 나선형으로 꼬여 있는 스크류 형태의 반응관(40)으로 형성된다.3 and 5, the
여기에서, 스크류 반응관(40)은 각 공정에서의 필요 조건에 따라 도 4에 나타낸 바와 같이 꼬임 간격이 부분적으로 다르게 형성될 수 있다.Herein, the
꼬임 간격을 넓게 하면 반응 시간이 빨라지고 반대로 좁게 하면 반응 시간이 느려지게 되는데, 각각의 공정은 반응 시간의 함수이기 때문에 꼬임 간격을 부분적으로 다르게 함으로써 반응 시간을 조절할 수 있게 된다.The wider the twist interval, the faster the reaction time, and narrower, the narrower the reaction time. Each process is a function of the reaction time, so that the reaction time can be controlled by changing the twist interval partially.
또한, 공정상의 필요에 따라 스크류 형태의 반응관(40)의 길이도 조절할 수 있도록 할 수 있다. 반응관이 길어지면 반응 시간이 길어지게 되고 짧을수록 반응 시간은 짧아지게 된다. 스크류 반응관(40)의 길이를 조절하여 반응 시간을 조절할 수 있도록 함으로써, 양자점 합성시 불필요한 반응 시간을 줄일 수 있도록 하였다. In addition, the length of the screw-shaped
또한, 스크류 형태의 반응관(40)의 내경도 조절할 수 있도록 하여 반응관을 지나는 반응물의 유속을 달리 하도록 함으로써, 반응 시간 및 합성 조건을 변경할 수 있다. 내경이 커지면 유속이 느려지므로 반응관 내의 반응물이 잠시 멈춰지는 역할을 하고 내경이 작아지면 유속이 빨라진다.In addition, by adjusting the inner diameter of the
스크류 반응관(40)의 길이 및 내경 또한 각 공정별로 또한 각 공정내에서도 부분적으로 서로 다르게 되도록 형성할 수 있다. The length and the inner diameter of the
한편, 스크류 형태의 반응관(40)의 내면에는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 꼬임 방향의 수직 방향으로 복수개의 홈(41)이 형성될 수 있다. 즉, 스크류 곡률과 정반대가 되도록 홈을 형성함으로써, 홈에 의해 일정 압력으로 유체 형태의 반응물이 흘러갈 때 마찰에 의해 버블링 효과가 발생하게 되므로 마그네틱바 또는 아지테이터보다 안정되고 균일한 교반이 가능하도록 한다. 따라서 교반 효과가 상승된다.On the other hand, the inner surface of the
홈(41) 또한 스크류 반응관(40)의 전부에 형성될 수도 있으나 공정상의 필요 조건에 따라 일부분에만 부분적으로 형성될 수 있다.The
다시 도 2를 참조하면, 스크류 반응관(40)의 외부는 온도 조절이 가능한 액상 매체인 물 또는 오일로 채워져 있으며, 이들 액상 매체는 별도로 연결된 가열 장치 또는 냉각 장치(도 6 내지 도 8 참조)에 의해 순환 제어됨으로써 스크류 반응관(40)의 온도를 조절하게 된다. 이러한 구조에 의하여, 스크류 반응관(40)의 처음과 끝 부분의 합성 조건을 같게 할 수 있다. Referring again to FIG. 2, the exterior of the
가열부(heating zone,44)는 가열 장치로 연결되어 일정한 반응 온도로 순환 공급되며 냉각부(cooling zone,45)는 냉각 장치를 통해 일정한 냉각 온도로 순환 공급되도록 구성된다.The
급속 회전부/원심 분리부(42)는, 스크류 형태의 반응관(40)의 꼬임 간격을 다른 곳보다 작게 함으로써 이루어질 수 있다. 여기에서, 워싱(washing) 및 원심 분리에 의한 입자 분리 공정이 이루어지는데, 필요에 따라 이 부분에서의 내경을 변화시키는 것에 의해서도 가능하다.The quick turn /
워싱 및 입자 분리 공정은 스크류 반응관(40)의 곡률과 직경의 변화로 가능하게 된다. 곡률이 크고 직경이 적은 구간을 통과할 때 통과 시작점에 에탄올 또는 아세톤을 일정량 주입하게 되면 반응 증기압이 발생하게 되어 반응물에 버블링이 일어나고 유속을 제어하기 위하여 직경을 3배 이상 크게, 곡률을 50% 이상 줄이면 원심 분리를 통하여 입자를 분리하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.Washing and particle separation processes are made possible by changes in curvature and diameter of the
부유물 배출구(43)는, 꼬임 간격을 넓게 하여 완만한 곡률을 가지도록 형성되는데 이를 통해 불순물이나 부유물이 배출된다. 여기에서는 유속이 느려지므로 상/하부가 분리되는 구간이 되고 상부에 있는 부유물인 유기물을 제거하고 하부에 있는 반응물만 다음 공정으로 이송한다. 필요시 원할한 흐름을 위하여 헥산(hexane) 등의 솔벤트를 사용할 수 있다. The
합성 장치(100) 전체는 반응전 내부 불순물을 제거하기 위하여 진공 배기하고 반응 중에는 불활성가스인 질소, 헬륨, 알곤 등의 분위기에서 반응한다. 필요에 따라 원할한 반응물의 흐름을 위하여 스크류 반응관 사이에 압력차이를 두어 압력차에 따라 반응물의 이동속도를 변화시킬 수 있다.The entire synthesis apparatus 100 is evacuated in order to remove internal impurities before the reaction, and reacts in an atmosphere of nitrogen, helium, argon, and the like, which are inert gases during the reaction. If necessary, there may be a pressure difference between the screw reaction tubes for a smooth flow of the reactant, and the moving speed of the reactant may be changed according to the pressure difference.
반응이 완료되면, 반응물은 보관용 반응 용기로 이송되어 보관되도록 구성된다.Once the reaction is complete, the reactants are configured to be transferred to and stored in a storage reaction vessel.
도 6은 프리커서 합성부(10)를 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining the
프리커서 합성부(10)는 양자점 나노입자를 생성하기 위한 프리커서를 합성하는 수단으로서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 프리커서 합성부(10)는 카드뮴(Cd) 프리커서 합성부(11), 황(S) 프리커서 합성부(12), 아연(Zn) 프리커서 합성부(13) 및 셀레늄(Se) 프리커서 합성부(14) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함한다.The
각각의 합성부(11,12,13,14)는 앞서 설명한 바와 같이, 나선형으로 꼬여 있는 스크류 형태의 반응관(40)을 포함하며, 각각 가열 장치(112) 및 냉각 장치(117)와 연결되는 가열부(115) 및 냉각부(116)를 구비한다.As described above, each of the
카드뮴(Cd) 프리커서 합성부(11)는, 다음과 같이 동작한다.The cadmium (Cd)
카드뮴 프리커서를 만들기 위하여, 주입구(111)에 올레산(Oleic acid)과 산화카드뮴(Cd oxide)을 0.05~1.0 사이의 몰 농도가 되도록 계량하여 넣고 진공 배기 후 질소 분위기로 전환한다. In order to make the cadmium precursor, the oleic acid (Oleic acid) and cadmium oxide (Cd oxide) in the
가열 장치(112)에서 170도로 가열된 액상 매체는 유입관(113)을 통해 스크류 반응관의 외부로 주입되고 스크류 반응관의 외부를 순환하여 배출관(114)를 통해 다시 가열 장치(112)로 나와 일정한 온도가 되도록 가열되고 다시 반응관으로 주입/배출되는 과정을 반복하면서 반응관의 온도를 조절한다.The liquid medium heated at 170 degrees in the
스크류 반응관의 온도가 170도로 일정하게 되면 질소 가스 압력을 이용하여 주입구(111)를 통해 주입된 반응물이 스크류 형태의 반응관(40)을 통해 지나가면서 혼합된다.When the temperature of the screw reaction tube is constant at 170 degrees, the reactants injected through the
이 때, 반응에 필요한 시간은 전술한 바와 같이, 스크류 반응관(40)의 길이와 내경에 의해 조절 가능하다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 반응관(40)의 내면에는 꼬임 방향과 수직 방향으로 홈(41)이 형성되어 있으므로 반응물의 교반이 보다 잘 이루어질 수 있다.At this time, the time required for the reaction can be adjusted by the length and the inner diameter of the
카드뮴 프리커서 합성에 적절한 반응관 내경은 0.5~3cm로서 바람직하게는 1cm이다. 스크류관의 길이는 1cm 내경의 반응관을 사용할 경우 150cm 내외가 적당하다. Suitable inner diameter of the reaction tube for cadmium precursor synthesis is 0.5 to 3 cm, preferably 1 cm. The length of the screw tube is suitable to about 150cm when using a reaction tube of 1cm inner diameter.
반응관(40)을 통해 반응에 걸리는 시간은 3~7분 사이이며 바람직한 반응시간은 5분30초 정도이다.The time taken for the reaction through the
반응이 완료된 카드뮴 프리커서는 냉각부(116)으로 이송되고, 냉각 장치(117)에서 공급되는 냉각수에 의해 냉각된다. 냉각부(116)의 스크류 형태의 반응관은 대략 100cm 길이이고, 이를 약 5분간 통과하면서 냉각되고 냉각수의 온도는 50도~60도가 적합하다.After the reaction is completed, the cadmium precursor is transferred to the
냉각이 완료된 카드뮴 프리커서는 코어 합성시에는 코어 합성부 연결관(118)으로, 코어/쉘 합성시에는 코어/쉘 합성부 연결관(119)로 이송된다. 모든 반응시 반응물의 이송은 질소가스에 의해 강제 이송된다. 질소 가스 압력은 반응관(40)의 내경과 반응 시간에 따라 상시 변경할 수 있다.The cooled cadmium precursor is transferred to the
다음으로, 황(S) 프리커서 합성부(12)는, 다음과 같이 동작한다.Next, the sulfur (S)
주입구(111)를 통해 1-옥타데센(Octadecene)과 황(S) 분말을 0.1M이 되도록 계량하여 넣고 진공 배기 후 질소 분위기로 전환한다. 반응관(40)의 온도는 가열장치(112)에서 120도로 가열된 액상 매체에 의해 전술한 바와 마찬가지로 가열부(115)의 스크류 반응관(40)이 가열되며, 내경 1cm와 약 150cm 의 스크류 반응관을 5분 30초 동안 통과하면서 합성이 완료된다. 1-octadecene (Octadecene) and sulfur (S) powder is metered to 0.1 M through the
합성이 완료된 황 프리커서는 냉각부(117)의 100cm 길이의 50~60도의 스크류 반응관을 약 5분간 통과하면서 합성이 완료된다.The synthesis of the sulfur precursor completed synthesis is completed while passing about 50 minutes 60 ~ 50 degree screw reaction tube of 100cm length of the
카드뮴 프리커서와 마찬가지로 질소 가스의 압력을 이용하여 이송이 되며, 코어 합성시에는 코어 합성부 연결관(118)으로, 코어/쉘 합성을 위해서는 코어/쉘 합성시에는 코어/쉘 합성부 연결관(119)로 이송된다.As with the cadmium precursor, it is transported using the pressure of nitrogen gas, and the
아연(Zn) 프리커서 합성부(13)는, 다음과 같이 동작한다.The zinc (Zn)
아연 프리커서를 합성하기 위하여, 주입구(111)에 1-옥타데센(Octadecene)과 올레산(Oleic acid)와 산화 아연(Zn oxide)를 몰농도 0.5~1.5M 이 되도록 계량하여 넣고 진공 배기 후 질소 분위기로 전환한다. In order to synthesize the zinc precursor, 1-octadecene (Octadecene), oleic acid (Oleic acid) and zinc oxide (Zn oxide) are metered to a molar concentration of 0.5 to 1.5M in the
반응관(40)의 온도는 가열 장치(112)에서 온도 300도로 유지되는 액상에 의해 가열부(115)의 스크류 반응관(40)이 가열되며, 내경 1cm와 약 200cm의 스크류 반응관을 5분 30초 동안 통과하면서 합성이 완료된다.The temperature of the
합성이 완료된 반응물은 관내에 주입된 질소 가스의 압력에 의하여 냉각부(116)로 이송되며, 냉각부(116)의 스크류 반응관의 길이는 100cm이고 통과 시간은 5분이 적합하며, 냉각부(116)의 온도는 냉각 장치(117)에 의해 100~120도로 유지되도록 제어된다. The synthesized reactant is transferred to the
이들 카드뮴(Cd), 황(S), 아연(Zn)의 프리커서는 상온으로 냉각시 굳는, 젤 또는 고체화 되기 때문에 원할한 반응의 흐름을 위하여 적절한 온도를 유지하게 되어 있다.These precursors of cadmium (Cd), sulfur (S), and zinc (Zn) harden when cooled to room temperature, and become gels or solids, so they are maintained at an appropriate temperature for a smooth reaction flow.
셀레늄 프리커서 합성부(14)는 다음과 같이 동작한다.The selenium
Se(셀레늄) 프리커서를 합성하기 위하여, 주입구(111)에 트리옥틸포스핀(Trioctylphosphine)과 셀레늄(Se) 분말을 몰농도 0.7~1.5M이 되도록 계량하여 넣고 진공 배기 후 질소분위기로 전환한다. In order to synthesize the Se (selenium) precursor, trioctylphosphine (Trioctylphosphine) and selenium (Se) powder is metered to a molar concentration of 0.7 to 1.5M in the
반응관(40)의 온도는 가열장치(112)에 의해 가열부(115)의 온도가 50~60도로 유지되도록 하고, 내경 1cm, 길이 약 430cm인 스크류 반응관을 10분 30초 동안 통과하면서 합성이 완료된다. 이후, 코어 합성을 위하여 코어 합성부 연결관(118)로 이송된다.The temperature of the
도 7은 코어 합성부(20)를 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining the
코어 합성부(20)는, 프리커서 합성부(10)로부터 생성된 프리커서에 의해 코어를 양자점 코어를 생성하는 수단으로서, 프리커서와 코어를 합성하기 위한 보조 원료에 의해 양자점 코어를 생성한다.The
도 7에서는, 코어 합성부(20)는 카드뮴 프리커서 합성부(11) 및 셀레늄 프리커서 합성부(14)와 연결되어 여기에서 생성된 프리커서를 공급받는다.In FIG. 7, the
코어 합성부(20) 또한 앞서 설명한 바와 같이, 스크류 형태의 반응관(40)으로 형성되며, 가열 장치(23) 및 냉각 장치(24)와 연결되는 가열부(25) 및 냉각부(26)로 구성된다.As described above, the
또한, 코어 합성부(20)의 스크류 형태의 반응관(40)은 도 7에 나타낸 바와 같이 꼬임 간격이 부분적으로 서로 다르도록 구성되어 있다.In addition, the screw-shaped
앞서 설명한 바와 같이, 꼬임 간격이 좁은 곳(28)은 급속 회전부/원심 분리부로서 기능하며, 꼬임 간격이 넓은 곳(29)은 부유물 배출구로서 기능하게 된다.As previously described, the
코어 합성부(20)는 다음과 같이 동작한다.The
우선, 제1 주입구(21)에 산화트리옥틸포스핀(Trioctylphosphine oxide)과 1-옥타데센(Octadecene)을 계량하여 넣고, 제2 주입구(22)에 올레일아민(Oleylamine)과 셀레늄 프리커서 합성부(14)로부터 합성되어 이송된 셀레늄 프리커서를 계량하여 넣고 진공 배기 후 질소 분위기로 전환한다. 그리고, 카드뮴 프리커서 합성부(11)로부터 카드뮴 프리커서가 반응관(40)으로 주입되고 제1 주입구(21)로 주입된 반응물과 혼합된다.First, trioctylphosphine oxide and 1-octadecene (Octadecene) are metered into the
가열 장치(23)를 통하여 270~290도로 가열된 액상이 가열부(25)로 들어가서 반응관(40) 외부를 채우고 다시 가열 장치(23)로 순환되면서 반응관(40)의 가열부(25)의 온도를 일정하게 유지한다.The liquid phase heated to 270 to 290 degrees through the
코어 합성을 위한 스크류 반응관(40)의 길이는 250cm 가 바람직하며, 3분 20초 경과 후 반응물이 100cm 지점에 있는 제2 주입구(22)을 통과하기 직전 제2 주입구(22)에 올레아민(Oleylamine)과 셀레늄 프리커서 합성부(14)로부터 이송된 셀레늄 프리커서를 주입한다.The length of the
제1 주입구(21)와 제2 주입구(22)를 통해 주입된 반응물들이 혼합되고 반응하면서 코어가 성장하게 된다. 필요로 하는 코어의 크기 즉 발광 파장의 결정은 스크류 반응관의 길이와 시간으로 제어할 수 있다. 실험에 따르면 다음의 표로 결과를 정리할 수 있다.The reactants injected through the
반응이 완료된 반응물에는 CdSe 코어 뿐 아니라, 유기물이나 반응 부산물 등의 불순물들이 많이 혼재해 있으며, 결정성과 결함을 줄이기 위하여 불순물들을 완전히 제거해야만 한다. After the reaction is completed, not only CdSe core but also impurities such as organic matter and by-products are mixed, and impurities must be completely removed to reduce crystallinity and defects.
이를 위하여 성장하고 있던 코어를 급냉시켜 희망하는 크기로 만들고, 코어와 불순물을 분리하기 위하여 냉각부(26)로 반응물을 이송시켜야 한다. CdSe 코어와 불순물 등을 분리하기 위하여 제3 주입구(27)에 극성이 강한 에탄올, 아세톤 등을 주입하고, 제1 유속 조절부(28) 및 제2 유속 조절부(29)로 나타낸 바와 같이 스크류 반응관의 꼬임 간격을 변화시킴으로써 반응물의 유속을 변화시킨다.To this end, the growing core is quenched to a desired size, and the reactant must be transferred to the
냉각부(26)는 냉각 장치(211)에 의해 0~4도로 유지된다.The cooling
스크류 반응관의 제1 유속 조절부(28)를 통과하는 반응물은 꼬임 간격이 좁기 때문에 매우 빠른 유속으로 지나가게 되며 반응관의 길이 150~200cm를 약 5분에 통과하도록 하고, 제2 유속 조절부(29)에서 꼬임 간격이 넓기 때문에 즉, 곡률이 급히 완만해짐에 따라 비교적 가벼운 유기물 등의 불순물들이 부유되면서 흘러 지나가게 된다. 이때 부유물 배출관(212)을 통하여 부유물들이 외부로 제거될 수 있는데, 이는 반응관의 압력보다 다소 낮은 압력을 유지하는 콘덴서를 이용함으로써 이루어진다. The reactant passing through the first flow
정제가 완료된 CdSe 코어는 쉘 공정을 위하여 코어/쉘 합성부 연결관(213)로 이송된다. 물론 코어 반응에도 질소의 압력을 이용하여 반응물을 이송시킨다.The purified CdSe core is transferred to the core /
도 8은 코어/쉘 합성부(30)를 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram for explaining the core /
도 8을 참조하면, 코어/쉘 합성부(30)는 코어 합성부(20)와 유사하게 가열부(302) 및 냉각부(307)를 구비하며, 카드뮴 프리커서 합성부(11), 아연 프리커서 합성부(12), 황 프리커서 합성부(13) 및 코어 합성부(20)와 연결되어 있다.Referring to FIG. 8, the core /
우선, 제1 주입구(301)에 코어 합성부(20)로부터 이송된 CdSe 코어와 1-Octadecene과 Oleylamine을 계량하여 넣고 진공 배기 후 질소 분위기로 전환한다.First, the CdSe core, 1-Octadecene, and Oleylamine transferred from the
목적으로 하는 발광파장을 얻기 위하여 필요한 요소는 코어의 파장과 쉘의 두께이다. 입자의 크기와 발광 파장이 상관관계가 있기 때문이다. Factors necessary for obtaining the desired emission wavelength are the wavelength of the core and the thickness of the shell. This is because the particle size correlates with the emission wavelength.
스크류 반응관의 가열부(302)의 온도는 가열 장치(303)에 의해 220~250도로 제어 순환된다. 예컨대, 240도가 되면 제1 주입구(301)로 주입된 반응물이 질소의 압력으로 스크류 반응관을 따라 가열 반응된다. The temperature of the
반응관의 길이는 300cm가 바람직하고 총 반응시간은 쉘의 층수에 따라 달라지게 된다. The length of the reaction tube is preferably 300 cm, and the total reaction time depends on the number of layers in the shell.
쉘은 짝수층이 바람직하며, 각층의 쉘이 쌓이는 반응시간은 100cm에 약 10분이다. 쉘을 쌓기 위하여 제2 주입구(303)에 카드뮴 프리커서 합성부(11)로부터 이송된 Cd 프리커서와 아연 프리커서 합성부(13)로부터 Zn 프리커서를 주입한다. 이들 주입은 반응관을 통하여 질소의 압력으로 주입되기 때문에 별도의 진공 배기는 불필요하다. The even numbered layer of the shell is preferable, and the reaction time for the shell of each layer is about 10 minutes at 100 cm. In order to stack the shell, the Cd precursor transferred from the cadmium
주입 후 100cm 길이의 반응관을 10분간 통과하고 다시 2층을 쌓기 위하여 제3 주입구(304)에 카드뮴, 아연, 황 프리커서를 주입하고 마찬가지로 100cm 길이의 반응관을 10분간 통과하고 다시 3층을 쌓기 위하여 제4 주입구(305)로 프리커서들을 주입하여 반응시키고, 다시 4층을 쌓기 위하여 제5 주입구(306)로 프리커서들을 주입시키고 반응시킨다.After the injection, it passes through a 100 cm long reaction tube for 10 minutes and injects cadmium, zinc and sulfur precursors into the
이 쉘은 최외각 쉘로서 ZnS 쉘을 쌓아 발광특성을 개선할 수도 있다. 이와 같이 반응시키면 CdSe/CdZnS/ZnS의 코어/쉘 구조의 양자점이 합성된다. This shell can also improve the light emission characteristics by stacking the ZnS shell as the outermost shell. In this way, quantum dots of the core / shell structure of CdSe / CdZnS / ZnS are synthesized.
코어와 마찬가지로 반응이 완료된 반응물에는 CdSe/CdZnS/ZnS 양자점 뿐 아니라, 유기물이나 반응 부산물 등의 불순물들이 많이 혼재해 있으며, 결정성과 결함을 줄이기 위하여 불순물들을 완전히 제거해야만 한다. 합성된 나노입자와 불순물을 분리하기 위하여 냉각부(307)로 반응물을 이송시킨다.Like the cores, the reactants that have completed the reaction contain not only CdSe / CdZnS / ZnS quantum dots but also impurities such as organic materials and reaction by-products, and impurities must be completely removed to reduce crystallinity and defects. The reactant is transferred to the
코어 합성부(20)에서와 마찬가지로 합성된 나노 입자와 불순물 등을 분리하기 위하여 제6 주입구(308)에 극성이 강한 에탄올, 아세톤 등을 주입하고, 제1 유속 조절부(308) 및 제2 유속 조절부(309)의 꼬임 간격을 좁게 또는 넓게 형성함으로써 스크류 반응관의 유속을 변화시키고 이에 의해 불순물을 제거할 수 있다.As in the
냉각부(307)은 냉각 장치(310)에 의해 0~4도로 유지되도록 제어되고, 스크류 반응관의 제1 유속 조절부(308)을 통과하는 반응물은 매우 빠른 유속으로 지나가게 되며 반응관의 길이 150~200cm를 약 5분에 통과하도록 하고, 스크류 반응관(40)의 제2 유속 조절부(309)에서 곡률이 급히 완만해짐에 따라 비교적 가벼운 유기물 등의 불순물들이 부유되고, 이때 부유물 배출관(311)을 통하여 부유물들이 외부로 제거될 수 있다. 이는 반응관의 압력보다 다소 낮은 압력을 유지하는 콘덴서를 이용하여 이루어질 수 있다.The
정제가 완료된 CdSe/CdZnS/ZnS 코어/쉘 나노입자는 입자 배출부(312)로 배출된다.The purified CdSe / CdZnS / ZnS core / shell nanoparticles are discharged to the
여기에서, 코어 및 코어/쉘은 ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, MgS, MgSe, MgTe, CaS, CaSe, CaTe, SrS, SrSe, SrTe, BaS, BaSe, BaTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InSb, Ge, Si 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 또한 필요에 따라 코어/쉘 합성부(30)에서, 양자점 코어와 양자점 쉘 사이에 적층되는 1개 이상의 이들의 조합 또는 격자상수가 유사한 원소로 구성된 양자점 버퍼층이 더욱 합성될 수 있다. Wherein the core and core / shell are ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, MgS, MgSe, MgTe, CaS, CaSe, CaTe, SrS, SrSe, SrTe, BaS, BaSe, BaTe , GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InSb, Ge, Si, and combinations thereof. In addition, if necessary, the core /
이러한 코어/쉘 공정에서의 장점은 쉘을 쌓기 위한 주입구가 스크류 반응관(40)의 미리 설정된 일정 길이에 위치해 있기 때문에 항상 균일한 크기의 쉘을 쌓을 수 있으며, 쉘 2층, 쉘 3층 등을 쌓을 때에도 계산된 코어의 크기와 계산된 쌓여진 크기에 따라 스크류 반응관(40)에 쉘을 쌓기 위한 Cd, Zn, S 등의 주입구를 미리 설정된 위치에 배치함으로써 주입구의 거리를 제어할 수 있기 때문에 항상 균일하고 결함이 없는 쉘을 쌓을 수 있다.The advantage of this core / shell process is that since the inlet for stacking the shell is located at a predetermined length of the
한편, 양자점 나노 입자의 크기, 즉 발광 파장은 코어의 파장, 쉘의 수에 따라 정해지게 되며 나노 입자의 크기를 크게 하기 위하여 보다 많은 다수의 쉘을 쌓는 경우에는 발광 특성이 저하되게 되므로 바람직한 쉘의 층수는 4~6층이다. On the other hand, the size of the quantum dot nanoparticles, that is, the emission wavelength is determined according to the wavelength of the core and the number of shells, and when a large number of shells are stacked in order to increase the size of the nanoparticles, the light emission characteristics are deteriorated. The number of floors is 4-6.
예를 들면, 510nm 코어에 4층을 쌓을 경우 525nm 가 되며, 6층을 쌓을 경우 530nm가 된다. 또한 600nm의 코어에 4층을 쌓을 경우 620nm가 되며, 6층을 쌓을 경우 625nm가 된다. 이러한 관계를 이용하여 최종적으로 얻고자 하는 양자점 나노입자의 발광 파장을 코어의 크기와 쉘의 수로 정할 수 있다.For example, stacking four layers on a 510nm core results in 525nm, and stacking six layers results in 530nm. In addition, stacking four layers on a 600nm core results in 620nm, and stacking six layers results in 625nm. Using this relationship, the emission wavelength of the quantum dot nanoparticles to be finally obtained can be determined by the size of the core and the number of shells.
이상과 같이 스크류 반응관을 사용하여, 안정적이고 균일하고 불순물이 없어 결함이 없고 발 광특성이 우수한 양자점 나노입자를 얻을 수 있다.Using the screw reaction tube as described above, it is possible to obtain quantum dot nanoparticles that are stable, uniform and free of impurities, have no defects, and have excellent light emitting characteristics.
도 9는 본 발명에 의한 양자점 합성 장치(100)에 의해 생성된 양자점 나노 입자를 자외선에 의해 조사한 사진이고, 도 10은 발광 특성, 도 11은 흡광 특성을 각각 나타낸 것이다.9 is a photograph of the quantum dot nanoparticles produced by the quantum dot synthesizing apparatus 100 according to the present invention irradiated with ultraviolet rays, and FIG. 10 shows light emission characteristics, and FIG. 11 shows light absorption characteristics.
도 10의 발광 특성에서, x축은 발광 파장(nm), y축은 절대 강도이다. 발광 특성의 측정은 Horiba FluoroMax-4 Spectrofluorometer를 이용하여 여기 파장 385nm로 측정하였다.In the light emission characteristic of Fig. 10, the x axis is the emission wavelength (nm) and the y axis is the absolute intensity. The luminescence properties were measured at an excitation wavelength of 385 nm using a Horiba FluoroMax-4 Spectrofluorometer.
도 11의 흡광 특성에서, x축은 흡수 파장(nm), y축은 절대 강도이다. 흡광 특성의 측정은 Agilent Cary300 Spectrophotometer를 이용하여 측정하였다.In the light absorption characteristic of FIG. 11, the x axis is an absorption wavelength (nm) and the y axis is an absolute intensity. Absorption characteristics were measured using an Agilent Cary300 Spectrophotometer.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였으나 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며 다양한 수정/변형 실시가 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications / deformations may be made.
100...양자점 합성 장치
10...프리커서 합성부
20...코어 합성부
30...코어/쉘 합성부100.Quantum Synthesis Device
10.Precursor Synthesis
20 ... core composite
30 core / shell composite
Claims (9)
상기 프리커서 합성부, 코어 합성부 및 코어/쉘 합성부는, 나선형으로 꼬여져 있는 스크류 형태의 반응관을 포함하고,
상기 스크류 형태의 반응관의 꼬임 간격은 부분적으로 다르게 형성되어 반응물의 유속이 조절되도록 하되,
상기 스크류 형태의 반응관은, 꼬임 간격을 스크류 형태의 반응관의 다른 곳보다 좁게 하여 반응물의 유속을 빠르게 함으로써 워싱 및 입자 분리가 이루어지도록 하는 급속 회전부/원심 분리부와, 꼬임 간격을 스크류 형태의 반응관의 다른 곳보다 넓게 하여 반응물의 유속을 느리게 함으로써 부유물이 배출되도록 부유물 배출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 양자점 합성 장치.
A precursor synthesis unit for synthesizing a precursor for generating quantum dot nanoparticles; A core synthesizing unit generating a quantum dot core from a core by a precursor generated from the precursor synthesizing unit; And a core / shell synthesis unit for synthesizing the quantum dot core / shell by the quantum dot core synthesized by the core synthesis unit.
The precursor synthesis unit, core synthesis unit, and core / shell synthesis unit include a screw-shaped reaction tube twisted spirally,
The twist interval of the screw-shaped reaction tube is formed to be different in part so as to control the flow rate of the reactant,
The screw-type reaction tube is a quick rotation part / centrifugal separation portion for washing and particle separation by making the twist interval narrower than other parts of the screw-type reaction tube to increase the flow rate of the reactant, and the twist interval is screw-shaped A quantum dot synthesizing apparatus characterized by comprising a float discharge port so that the suspended matter is discharged by wider than the other parts of the reaction tube to slow the flow rate of the reactants.
상기 스크류 형태의 반응관의 길이 및 내경은 부분적으로 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 양자점 합성 장치.
The method of claim 1,
The length and the inner diameter of the screw-shaped reaction tube is partially formed different quantum dot synthesis apparatus.
상기 스크류 형태의 반응관의 내면에는 꼬임 방향에 수직 방향으로 적어도 하나 이상의 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 양자점 합성 장치.
The method of claim 1,
At least one groove is formed on an inner surface of the screw-shaped reaction tube in a direction perpendicular to the twisting direction.
상기 스크류 형태의 반응관의 외부는 온도 조절이 가능한 액상 매체로 채워져 있으며, 상기 액상 매체는 가열 장치 또는 냉각 장치에 의해 순환 제어되어 스크류 반응관의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 양자점 합성 장치.
The method of claim 1,
The outside of the screw-type reaction tube is filled with a liquid medium capable of temperature control, the liquid medium is circulated controlled by a heating device or a cooling device to adjust the temperature of the screw reaction tube characterized in that the device.
상기 프리커서 합성부는,
카드뮴 프리커서를 합성하는 카드뮴 프리커서 합성부;
황 프리커서를 합성하는 황 프리커서 합성부;
아연 프리커서를 합성하는 아연 프리커서 합성부; 및
셀레늄 프리커서를 합성하는 셀레늄 프리커서 합성부
중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 합성 장치.
The method of claim 1,
The precursor synthesis unit,
A cadmium precursor synthesizer for synthesizing the cadmium precursor;
A sulfur precursor synthesis unit for synthesizing a sulfur precursor;
Zinc precursor synthesis unit for synthesizing the zinc precursor; And
Selenium precursor synthesis section for synthesizing selenium precursor
Quantum dot synthesizing apparatus comprising at least any one of.
상기 코어/쉘 합성부는,
프리커서, 코어 또는 반응원료가 주입되는 주입구가 스크류 형태의 반응관의 미리 설정된 일정 길이에 위치하는 것을 특징으로 하는 양자점 합성 장치.
The method of claim 1,
The core / shell composite portion,
A quantum dot synthesizing apparatus, characterized in that the precursor, the injection hole in which the core or the reaction material is injected is located at a predetermined length of the screw-shaped reaction tube.
상기 코어/쉘 합성부는,
쉘의 층 개수에 따라 미리 설정된 위치에 프리커서가 주입되는 주입구가 위치한 것을 특징으로 하는 양자점 합성 장치.The method of claim 8,
The core / shell composite portion,
A quantum dot synthesizing apparatus, characterized in that the injection hole for the precursor is injected in a predetermined position according to the number of layers of the shell.
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