KR102302598B1 - 나노입자의 합성을 위한 연속식 유동 반응기 - Google Patents

Abstract

고도의 결정화도, 균일한 입자 크기 및 결정에 걸쳐 균일한 화학량론을 가지는 나노입자의 효율적인 합성을 위한 연속식 유동 반응기가 기술된다. 개시된 실시형태는 상기 전구체들의 신속한 핵형성을 위한 에너지원 및 상기 핵을 성장시키기 위한 별도의 가열원을 가지는 유동 반응기를 포함한다. 세그먼트화된 유동은 혼합을 용이하게 하기 위해 제공될 수 있으며, 전구체들의 균일한 에너지 흡수 및 제어 시스템과 연동되어 있는 생산 후 품질 테스트는 생산 파라미터의 자동적 실시간 조정을 가능하게 한다. 핵형성 에너지원은 단일모드, 다중모드 또는 다변수 주파수 마이크로파 에너지일 수 있으며, 상이한 전구체들이 실질적으로 동시에 핵을 형성하는 것을 허용하도록 조정됨으로써 실질적으로 균일한 나노입자를 초래한다. 쉘 적용 시스템도 또한 각각의 나노입자 상에 하나 이상의 쉘 층들이 형성되는 것을 허용하도록 제공될 수 있다.

Description

나노입자의 합성을 위한 연속식 유동 반응기{CONTINUOUS FLOW REACTOR FOR THE SYNTHESIS OF NANOPARTICLES}

본 개시물은 금속 나노입자 및 나노결정질 양자점을 포함하는 균일한 크기의 나노입자의 효율적 및 연속적 제조를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 섹션은 반드시 종래 기술이 아닌 본 개시물에 관한 배경 정보를 제공한다.

나노결정질 재료, 나노결정자, 나노결정, 양자점 및 양자점 재료로서 분류될 수 있는 나노입자는 광범위한 적용을 위해 제조되어 사용된다. 예를 들면, 반도체 나노결정자는 협소한 범위의 파장에 걸쳐 가시 광선을 방출하며, 발광 다이오드 등의 제작에서 사용된다.

나노결정질 양자점 재료를 제조하기 위한 기본 단계, 재료 및 방법은 미국 특허 6,179,912; 6,322,901; 6,833,019; 8,101,021; 및 8,420,155; 미국 특허출원 공개 US2012-0315391, 및 일본 특허출원 공개 2006-188666 에 기재되어 있으며, 이들의 개시물은 참조로 본원에 삽입된다.

나노입자를 제조하기 위한 이들 및 기타 공지된 생산 및 합성 시스템 및 방법은, 비효율적인 생산, 불량한 입자 품질, 일관성 없는 입자 크기, 및/또는 입자를 형성하는데 사용된 원료의 과도한 낭비를 포함하지만 이들에 한정되지 않는 몇 가지 문제를 야기한다.

본 발명은 나노입자의 제조에 필요한 시스템 및 화학에 관한 것이다. 본 발명은 또한 경제적이면서 효율적인 대규모의 균일하고 반복가능한 크기 및 크기 분포의 나노결정질 양자점의 제조에 적합한 시스템 및 화학에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 코어 위의 하나 이상의 쉘들 사이에 나노결정질 양자점을 배치하는데 필요한 화학 및 방법에 관한 것이다 - 나노결정질 양자점의 전자 및/또는 광학 특성을 향상시키고, 또한 이들 재료의 내구성을 개선시키기 위함. 본 발명은, 하기 단계를 포함하는 균일한 크기의 나노입자의 제조 방법을 제공한다: 하나 이상의 제1 전구체와 하나 이상의 제2 전구체를 함께 블렌딩하여, 전구체 혼합물을 형성하는 단계로서, 상기 전구체 혼합물은 용매를 포함하는 것인, 단계, 전구체 혼합물이 유동하는 하나 이상의 튜브들을 포함하는 연속적 유동 경로(continuous flow path)를 따라 전구체 혼합물을 도입하는 단계, 연속적 유동 경로 내로 세그먼트화된 유체(segmentation fluid)를 도입하여, 전구체 혼합물의 인접한 세그먼트들을 분리하는 전구체 혼합물 내에서의 분할(partitions)을 형성하는 단계, 나노입자를 성장시키도록 연속적 유동 경로를 따라 가열원으로 전구체 혼합물을 가열하는 단계로서, 하나 이상의 튜브들의 각각의 튜브는 가열원을 통한 연속적 유동 경로 내에서 1.58mm(1/16 인치) 내지 25.40mm(1 인치)의 내부 직경을 포함하는 것인, 단계, 및 가열 후에 나노입자의 성장을 ??칭(quenching)시키는 단계. 본 발명은 또한, 연속식 유동 반응기를 제공하며, 상기 연속식 유동 반응기는 1분 이내에 핵형성 스테이지를 통해 반응 혼합물을 이동시키도록 구성되는 펌프를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 연속식 유동 반응기는 불활성 유체 삽입기는 질소 가스, 아르곤 가스, 및 이들의 둘 이상의 혼합물 중 하나 이상을 삽입하도록 구성될 수 있다.

본원에서 개시된 도면은 선택된 실시형태의 예시적 목적만을 위한 것이고, 모든 가능한 실시가 아니며, 본 개시물의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 나노 입자의 제조를 위한 4 개의 영역의 연속식 유동 셀 반응기의 등각투시도이다.
도 2 는 나노입자 상에 쉘 층들을 제작하기 위한 임의의 쉘 제작기를 도시하는 도 1 의 4 개의 영역의 연속식 유동 셀 반응기의 개략도이다.
도 3 은 전구체들의 도입 및 가능한 세그먼트화된 유동을 도시하는 도 1 의 연속식 유동 반응기의 영역 1 의 개략도이다.
도 4a 는 이를 통해 진입하는 복수의 라인에 걸쳐 정확한 온도 제어를 가능하게 하는 가열원을 사용하는 나노입자 성장 단계를 도시하는 도 1 의 연속식 유동 반응기의 영역 3 의 개략도이다.
도 4b 는 일어나는 반응의 성장 단계를 위해, 본 시스템에 맞추어질 수 있는 가능한 가변 길이를 가지는, 유동 라인을 허용하는 도 4a 의 가열원 내에 수용된 랙의 평면도이다.
도 4c 는 도 4a 의 가열원 내에서 가능한 적층 배열을 도시하는 도 4b 의 복수의 랙의 등각투시도이다.
도 5a 는 영역 3 의 성장 단계 열원에 복수의 라인을 도입하기 위한 다른 가능한 가열 시스템의 개략도이다.
도 5b 는 도 5a 중 영역 3 의 성장 단계 열원으로의 복수의 라인 중 하나의 라인의 확대도이다.
도 6 은 내부에서 세그먼트화된 질소, 아르곤 등과 같은 반응 불활성 가스에 의한 전구체들의 가능한 세그먼트화된 유동을 나타내는 도 1 에서의 연속적 유동 경로의 확대된 횡단면도를 도시한다.
도 7 은 제작 공정의 성장 단계 (영역 3) 및 쉘 형성 단계 이후에 반응 불활성 가스로부터 나노입자를 분리하기 위한 분리기의 개략도를 도시한다.
도 8 은 시스템 내에서 가외성(redundancy)을 허용함으로써 시스템 중의 임의의 하나의 부품이 고장나는 경우에도 제작이 지속되도록 하기 위해서 주요 위치에 배치된 밸브를 가지는 시스템 레이아웃의 개략도를 도시한다.
도 9 는 핵형성 시간 및 온도 또는 2 개의 상이한 전구체들의 에너지 수준과 관련한 전형적인 반응 차트를 도시한다.
도 10 은 마이크로파 에너지를 제 2 성장 히터로 재전송함으로써 시스템의 에너지 효율을 개선시키기 위한 가능한 배플 시스템의 개략도를 도시한다.
도 11a (종래 기술) 는 상이한 시간에서 핵을 형성하는 상이한 전구체들에 의해 형성된 비균일 나노입자의 결정질 구조의 스케치를 도시한다. In 이 나중에 주위에 증착되는 Cu 풍부 코어를 초래하는 열적 배치 공정을 사용하여 제조된 CulnSe₂ 물질은, CulnSe₂ 의 불균일 나노입자를 생성한다.
도 11b 는 동시에 핵을 형성하는 상이한 전구체들에 의해 형성된 균일 나노입자의 가능한 균일 결정질 구조의 스케치를 도시한다. Cu 및 In 이 동일한 속도로 핵 형성되는 마이크로파 유동 셀 반응기를 사용하여 제조된 CulnSe₂ 나노입자는, 잘 정의된 구조를 가지는 균일 나노입자를 생성한다.
도 12a (종래 기술) 는 투과 전자 현미경법 (Transmission Electron Microscopy: TEM) 을 사용하여 수득된 도 11a 의 결정질 구조의 실제 이미지이다.
도 12b 는 TEM 을 사용하여 수득된 도 11b 의 결정질 구조의 실제 이미지이다.
대응하는 참조 번호는 여러 도면에 걸쳐 대응하는 부분을 나타낸다.

지금부터 첨부된 도면을 참조하여 실시형태의 예를 보다 충분하게 설명할 것이다. 본 개시된 실시형태에 따르면, 그 중에서도 양자점과 같은 나노입자를 합성하기 위한 방법이 상세하게 기재된다.

양자점 및 이의 관련 성분의 제조를 위한 연속식 유동 셀 반응기 생산 시스템은 도 1-10, 도 11b 및 도 12b 에 도시되어 있다.

방법 개요

나노입자 생산 시스템 (20) 의 개념도는 도 1 및 도 2 에 개략적으로 도시되어 있으며, 시스템의 구체적인 예를 제공한다. 시스템 (20) 은 적어도 4 개의 영역 (각각 1-4) 을 통과하는 연속적 유동 경로 (22) 를 포함한다. 영역 1 에서, 2 개 이상의 전구체들 (32, 34) 을 계량하고, 함께 혼합하고, 튜브 (40) 를 통과시키는데, 여기서, 질소, 아르곤 등과 같은 반응 불활성 가스 (42) 는 내부에 삽입되어 다음 영역으로 지나감에 따라 혼합물의 세그먼트화된 유동을 제공할 수 있다. 예를 들면, 하나의 개시된 실시형태에서, 2 개의 전구체들 (32, 34) 은 환원제 및 하나 이상의 양이온성 전구체(들) 일 수 있다. 다르게는, 2 개의 전구체들 (32, 34) 은 하나 이상의 음이온성 전구체(들) 및 하나 이상의 양이온성 전구체(들) 일 수 있다.

영역 2 에서, 전구체 혼합물은 에너지원 (50) 에 의해, 바람직하게는 단일모드, 다중모드 또는 다변수 주파수로부터 선택된 전자레인지의 사용에 의해 신속히 에너지를 공급받는데, 여기서, 전구체들 (32, 34) 은 신속하고 균일하게 핵을 형성한다. 이후, 핵형성된 전구체들의 유동은 영역 3 을 통과하는데, 여기서, 열원 (60) 은 핵형성된 전구체들이 성장 단계에 진입하도록 허용한다. 공정을 영역 4 에서 ??칭하고 (quenched), 생성된 나노입자 (70) 를 반응 불활성 가스 (42) 로부터 분리한다.

시스템 (20) 에 의해 연속적으로 생성되는 나노입자 (70) 의 품질을 테스트하는 나노입자 품질 테스트 시스템 (72) 을 ??칭 이후에 제공할 수 있다. 품질 테스트 시스템 (72) 은, 전구체 전달 시스템 (82), 반응 불활성 가스 전달 시스템 (84), 영역 2 에서의 에너지원 (50), 영역 3 에서의 열원 (60) 및 ??칭 시스템 (86) 과 또한 작동가능하게 접속되어, 생산되는 입자의 측정된 품질에 기초하여 나노입자 품질을 실시간으로 자동적으로 최적화하기 위해 필요한 전구체들 (32, 34) 의 용적, 가스 주입, 시간, 온도, 에너지 수준 및 유속을 에너지원 (50) 및 열원 (60) 을 통해 조절하는 제어 시스템 (80) 과 연동되어 있을 수 있다.

도 2 에서 도시된 바와 같이, 영역 4 이후에 하나 이상의 쉘 층들이 각각의 나노입자 (70) 에 걸쳐 형성되는 것을 가능하게 하는 쉘 제작 시스템 (100) 을 제공할 수 있다.

생산 라인의 복수의 환원제 요소를 밸브 등과 접속가능한 나노입자 유동 경로 및 각각의 전구체들에 제공하여, 도 8 에서 도시된 바와 같이 하나의 부품이 작동불가능하게 되는 경우에도 대체 부품을 통해 유동 경로의 재전송을 가능하게 할 수 있다.

이들 영역의 각각 및 이들의 바람직한 관련 부품은 하기에서 더 상세하게 논의된다.

영역 1 - 전구체 계량 및 혼합

영역 1 에서, 하나 이상의 전구체 (32), 바람직하게는 2 개 이상의 전구체들 (32, 34) 을 이들의 각각의 저장소로부터 계량하고, 영역 2-4 를 통해 연장하는 연속적 유동 경로 (22) 에 적절한 비율로 계량한다. 유동 경로 (22) 는 바람직하게는 1.58mm(1/16 인치)와 25.40mm(1 인치) 사이, 보다 바람직하게는 6.35mm(1/4 인치)와 12.70mm(1/2 인치) 사이의 내부 직경을 가지는 튜브 (40) 이다.

전구체들의 목적하는 농도 또는 초기에 목적하는 것 보다 높은 농도를, 계량 펌프 (110) (예를 들면, 시린지 펌프, 연동 펌프, 격막 펌프) 를 사용하여, 유동 경로 (22) 에 도입하여, 재료 (전구체) 의 목적하는 양을 유동 경로에 분배한다. 농도가 반응에 바람직한 것 보다 높은 경우, 희석은 목적하는 용매를 계량하여 전구체를 용해시킴으로써, 라인에서는 목적하는 농도까지 용해시킴으로써 일어날 수 있다.

반응을 위한 전구체들/성분들의 혼합은, 반응의 전구체들/성분들의 완전한 혼합을 보장하기 위해서, T-혼합기와 같은 정적 혼합기를 사용하여 일어날 수 있다. 다르게는, 상이한 유형의 혼합기, 예를 들면, 능동형 교반기를 사용하여, 전구체들의 혼합 영역을 이탈한 후 균일 용액을 형성하도록 할 수 있다. 바람직하게는 시스템 (20) 을 통해 유동 경로 (22) 를 정의하는 튜브 (40) 에 전구체들을 도입한 후, 영역 2 에 진입하기 전에 혼합기와 혼합한다. 다르게는, 먼저 전구체들을 함께 혼합한 후, 영역 2 를 통해 유동 경로를 정의하는 튜브를 통과시킬 수 있다. 전구체 유동의 합계는 공정 유속을 설정한다. 하나 이상의 추가의 전구체들 (35) (도 2) 도 또한 공급할 수 있다.

유동 경로 (22) 중의 영역 2 로 진행하기 전에, 환원제 유체와 혼화할 수 없는 질소, 아르곤 등과 같은 반응 불활성 가스 (42) 의 플러그를 도입하여, 도 1, 도 2 및 도 6 에서 가장 잘 도시된 바와 같이 유동 경로 (22) 를 통해 세그먼트화된 유동 (120) 을 생성한다. 세그먼트화된 유동의 도입은 다음과 같은 2 개의 목적을 가진다: (1) 유동의 전구체 부분 (122) 내의 난류 혼합 (난류를 생성하는 벽에 대한 유동은 마찰로 인해 튜브의 중간에서의 유동 보다 더 느리다) 의 도입 및 (2) 측벽 상의 재료 증착의 감소. 후자의 현상은 핵형성이 일어나는 부위에 대해 허용되는 측벽 상의 재료의 임의의 증착 (바람직하지 못한 효과) 을 제거하기 위해서 유동, 난류 및 표면 장력의 조합을 통해 일어난다. 경우에 따라, 전구체들의 혼합물을 함유하는 튜브의 내부 표면 상의 표면 조도에 의해 전구체들의 혼합을 추가로 향상시킬 수 있다.

도 3 에서 도시된 바와 같이, 복수의 유동 경로 (22) 튜브 (40) 를 사용하여 나노입자의 생산 속도를 증가시킬 수 있다. 복수의 라인을 사용하여, 2 개의 상이한 전구체들 (32, 34) 을 함께 도입하고, 이들을 혼합한 후, 질소 가스, 아르곤 가스 등을 반응 라인에 도입함으로써 세그먼트화된 유동 (120) 을 도입한다.

영역 2 - 핵형성

유동 경로 (22) 를 통한 본 영역은 핵형성의 개시를 위한 것이다. 에너지원 (50) 에 의한 전구체들 (32, 34) 의 에너지 수준의 신속한 급속 증가는, 유동 경로 튜브 (40) 중의 용액 및/또는 전구체들을, 전구체들이 핵을 형성하고 1 분 이내에, 바람직하게는 10 초 이하 내에, 보다 바람직하게는 3 초 미만 내에, 훨씬 보다 바람직하게는 2 초 미만 내에 동력학적 성장을 겪을 에너지 수준 (온도 포함) 까지 초래한다.

이러한 에너지 수준 증가는 마이크로파/유전 가열, 음파처리, 유도 또는 대류 또는 심지어 레이저 조사를 통한 결합의 파괴에 의한 열적 가열과 같은 몇 가지의 상이한 방법을 사용하여 수행될 수 있다. 이것은 초기의 전구체들 보다 더 크지만 관심 대상의 나노입자 또는 양자점 보다 훨씬 더 작을 수 있는 핵을 형성하는 반응성 성분으로의 전구체들의 신속한 붕괴이다. 핵의 형성을 신속하게 종료하여 크기 제어를 유지한다. 유동 셀 반응기의 영역 2 에서의 반응의 기간은 빠르며, 1 분 미만, 바람직하게는 10 초 이하, 보다 바람직하게는 3 초 미만 내, 훨씬 보다 바람직하게는 2 초 미만 내이다.

에너지원으로부터의 에너지의 인가를 통한 주어진 온도까지의 유동 셀 전구체 재료의 신속한 온도 평형에 대한 필요성은, 생성된 나노입자 크기의 엄격한 제어를 유지하기 위해서 필요하다. 성장 온도 보다 더 높은 온도에서 전형적으로 수행되는 짧은 핵형성 기간을 가짐으로써, 생성된 핵 상에서의 성장은 나노입자 형성의 성장 (영역 3) 단계 동안 새로운 핵의 형성 없이 수행될 수 있다. 핵형성 기간이 연장되는 경우, 핵은 이러한 기간 내내 형성된다. 추가로, 성장이 또한 이러한 단계에서 일어나기 때문에 (이러한 점에서의 바람직하지 못한 특징으로서, 짧은 핵형성 시간의 사용을 통해 최소화됨), 영역 2 에서 즉시 형성되는 핵은 영역 2 의 말단 쪽에서 형성되는 핵 보다 더 클 것이다.

바람직하게는, 에너지원 (50) 은 이를 통과하는 모든 전구체들 (32, 34) 을 균일하게 가열하거나 여기시킨다 (또는 이들의 에너지 수준을 증가시킨다). 마이크로파는 전구체들을 핵형성하기 위한 균일한 가열을 달성하는데 특히 유용한 것으로 판명되었다. 마이크로파는 유동 셀 반응기 내에서의 실시에 따라 3 개의 상이한 방식으로 수행될 수 있다. 단일모드 파형 (여기서, 높은 Q 값은 정상파의 해체/보강 간섭 효과를 통해 수득된다) 은 유동 셀 반응기 내에서 반응 용액을 신속히 가열시키는 고강도 (고에너지 밀도) 마이크로파 피크를 생성하기에 양호하다. 그러나, 이러한 기술에 대한 한계는 복수의 라인이 이러한 방법을 사용하여 효과적으로 가열될 수 없다는 점이다. 제 2 방법은 다중모드 마이크로파의 사용인데, 여기서, 단일 파장의 마이크로파가 사용되지만 (전형적으로는 915 MHz, 2.45 GHz 또는 5.8 GHz), 어떠한 정상파도 생성되지 않는다. 대신에, 배플 시스템은 유동 셀 반응기 공동을 통해 균일한 에너지 노출을 허용하는 복수의 각을 통한 마이크로파를 전송하는데 사용된다. 이것은 반응기 공동을 통해 복수의 유동 셀 튜브의 균일한 가열을 허용한다. 이러한 방법에 대한 단점은 유동 셀 반응기 공동 내에서의 저강도 (저에너지 밀도) 마이크로파 조사이다. 최종적으로, 다변수 주파수 마이크로파가 사용될 수 있는데, 여기서, 상이한 주파수의 마이크로파 (전형적으로는 5.8 GHz 와 7.0 GHz 사이) 는 작은 단계 (0.01 내지 0.1) 로 신속하게 순환되어, 주어진 주파수의 복수의 정상파를 생성함으로써 마이크로파 유동 셀 공동을 통해 균일한 가열을 초래한다.

마이크로파를 통한 전구체의 유속, 전구체들의 농도, 전구체 혼합물을 함유하는 튜브의 직경, 마이크로파 에너지에 노출되는 튜브의 길이 및 사용되는 마이크로파의 파워는, 혼합물의 핵형성을 위한 최적의 시간 및 에너지 노출을 제공하도록 선택된다.

더욱이, 마이크로파의 주파수는 넓은 범위에 걸쳐 대략 마이크로초 동안 신속하게 진동할 수 있다. 가열 공동에서 진동 다중모드 또는 다변수 주파수 마이크로파를 사용할 때, 추가의 가열 효과가 발생한다. 생성된 파형에서 수많은 딥(dips) 및 피크가 존재하지만, 처리를 위한 물리적 윈도우는 단일모드의 마이크로파 주파수 보다 훨씬 더 커진다. 이것은 유동 셀 반응기에서 셀의 대체를 위한 추가의 샘플 크기 및 관용도를 허용한다.

더욱이, 회전, 진동 및 굽힘을 위한 분자에서의 각각의 전이는 주파수 의존적이기 때문에, 다변수 주파수 마이크로파의 사용은 한번에 상이한 분자의 복수의 모드의 여기를 허용한다. 다수의 분자들이 특정 주파수에서 매우 낮은 포획 횡단면을 가질 것이기 때문에, 이것은 마이크로파의 가열 효율을 증가시킨다.

또한, 마이크로파는 2 개 이상의 상이한 전구체들을 여기시키도록 선택되거나 조정될 수 있어서, 이들은 동시에 핵을 형성한다. 도 9 에서 도시된 바와 같이, 상이한 전구체들은 실질적으로 일정한 온도 동안 상이한 시간에 핵을 형성하는 경향이 있다. 마이크로파가 전구체들을 결합하는 주파수 및/또는 인가 파워를 조절함으로써, 2 개의 상이한 전구체들 사이의 핵형성 시간은 실질적으로 동일할 수 있다. 2 개의 상이한 전구체들이 동시에 핵을 형성할 때, 수득된 생성된 나노입자는 도 11b 에서 잘 정의된 결정질 구조 (400) 에 의해 도시된 바와 같이 균일하다. 투과 전자 현미경법 (TEM) 을 사용하여 수득된 균일 구조의 실제 이미지는 도 12b 에 도시되어 있다. 주파수 및/또는 인가 파워의 조절은 상이한 전구체들 사이의 핵형성 시간이 조정 및/또는 최적화되는 것을 가능하게 하여, 이들이 실질적으로 동시에 핵을 형성하는 것을 가능하게 한다.

이와 대조적으로, 전통적인 일정한 가열 방법을 전구체들의 핵형성에 사용하는 경우, 이들은 도 11a (종래 기술) 에서 도시된 불규칙적으로 정의된 결정질 구조 (402) 를 초래하는 도 9 에서의 전형적인 전구체 (InP) 에 대해 파선으로 도시된 바와 같이 일관되게 동시에 핵을 형성하지 않을 것이다. TEM 을 사용하여 수득된 불규칙적으로 정의된 구조의 실제 이미지는 도 12a (종래 기술) 에 도시되어 있다.

예로서, CulnSe₂ 는, 배치 방법 또는 비-마이크로파 개시 방법으로 제조될 때, 도 11a (종래 기술) 및 도 12a (종래 기술) 에서 도시된 바와 같이, 성질이 불균일한 물질 (재료의 배치 내에서 또는 나노입자 자체에서의 Cu 풍부 또는 In 풍부 영역) 을 생성한다. 마이크로파 조건을 적절하게 설정할 때, 이는 In 이 Cu 보다 더 큰 d-오비탈 시스템을 가지고, 따라서, 보다 극성일 수 있기 때문에 - 이것은 Cu 보다 더 빨리 에너지를 흡수하고, 이의 반응 속도 에너지를 증가시키고, 수득된 반응물이 도 11b 및 도 12b 에서 도시된 바와 같이 균일 물질을 생성할 수 있게 한다.

본 실시예는 본 발명의 실시형태의 예시적인 개념, 즉, 고도의 결정화도, 균일한 입자 크기 및 결정에 걸쳐 균일한 화학량론, 도 11b 에서 도시된 바와 같은 배치-투-배치 재현성 (batch-to-batch reproducibility), 및 도 2 에서 도시된 바와 같은 이러한 물질의 대규모 생산 능력을 가지는 나노입자 재료의 생산 능력을 제공한다. 이들 특성은 하기와 같은 여러 기술 또는 복수의 기술의 사용을 통해 입증될 수 있다:

크기 측정: SAX (small angle x-ray scattering: 소각 X 선 산란법), TEM (투과 전자 현미경법), 및 표준 기술을 사용하는 XRD (x-ray diffraction: X 선 회절법) 의 사용을 통한 변동 계수 (coefficient of variance: COV) 의 측정. 이때, COV 는 하기와 같이 정의된다:

COV = ((입자 크기의 표준 편차) / (입자 크기의 평균)) * 100%

여기서, 단일 실행 내의 COV < 15% 는 균일한 입자 크기를 보여주며, 배치-투-배치로부터의 COV < 15% 는 재현성을 보여준다.

결정화도의 정도 및 균일한 화학량론: 결정화도의 정도 또는 결정질 상의 순도 (도 11a 및 도 11b) 는 회절 산란 패턴을 사용하고 푸리에 변환 분석을 수행하여 물질의 결정질 구조를 측정하는 TEM 에 의해 측정될 수 있다. 이것을 측정하는데 사용될 수 있는 다른 기술은 XRD 인데, 여기서, 생성된 회절 패턴을 공지된 결정 구조의 라이브러리와 매칭시키고, 불균일 (상이한 결정으로부터의 복수의 기여) 또는 균일 (목적하는 결정 구조를 매칭시키는 하나의 기여 패턴 회절) 인지에 관하여 확인한다. XRD 및/또는 TEM 중 하나에서의 회절 패턴의 결여는 불량하거나 존재하지 않는 결정 구조를 나타내는 무정형 물질을 나타낸다.

균일한 화학량론 및 균일한 입자 크기: 이러한 정보는 흡광도 분광광도법 또는 광 발광 방출을 사용하여 수득된다. 나노입자의 흡수 및 광 발광 특징은 스펙트럼을 통해 수득된 FWHM (반치폭, 여기서, 흡광 또는 광 발광 피크의 폭은 관심 대상 피크의 높이의 절반으로 측정된다) 이다. FWHM 에서의 증가란, 다음과 같은 복수의 효과 중 하나가 일어날 수 있다: 넓은 입자 크기 분포 (COV > 15%), 높은 결정질 나노입자와 상이한 에너지를 가지는 트랩 상태를 초래하는 불충분한 결정화도, 및 물질의 불균일성 - 나노입자 또는 나노입자의 배치 내에서의 다양한 영역으로부터의 복수의 여기 또는 방출을 초래함. 고도의 결정화도, 균일한 화학량론을 가지며 단분산인 나노입자는 다음과 같은 흡광 및/또는 광 발광 피크를 초래할 것이다: 400 nm - 700 nm 에서의 < 50 nm FWHM, 700 nm - 2000 nm 에서의 < 150 nm FWHM, 2000 nm - 10000 nm 에서의 < 300 nm FWHM.

금속성 나노입자의 경우, 제 1 엑시톤 여기 및 방출 대신에, 표면 공명 플라즈몬을 관찰할 수 있다. 상기에서 제시된 동일한 진술을 사용하면, 고도의 결정화도를 가지는 금속성 나노입자는 표면 플라즈몬 공명 주파수에서 여기될 때 400 nm 와 700 nm 사이에서 여기될 때 < 50 nm FWHM, 표면 플라즈몬 공명 주파수에서 여기될 때 근적외선 범위 (700 nm - 2000 nm) 에서 여기될 때 < 150 nm FWHM 을 가질 것이다.

마이크로파가 작동하는 주파수 또는 주파수들은 또한 바인더 등과 같은 기타 재료를 여기시키지 않고 공정에서 특정 물질을 여기시키도록 선택될 수 있다. 마이크로파 주파수는, 이온화에 의해 물질을 화학적으로 변화시키지 않는 에너지가 충분히 낮은 300 MHz (1.24 μeV) 과 300 GHz (1.24 meV) 사이의 범위이다. 이들 에너지는 이러한 종에 의해 흡수될 때 분자의 회전 및 양방향 회전 에너지에 영향을 미친다. 이들 흡광도는 굽힘 전이, 회전 전이, 양방향 회전 전이의 각각의 유형에 특유하고; 따라서, 에너지는 각각의 전이와 특이적으로 상호작용하도록 선택될 수 있다. 이러한 특성은 여러가지 능력을 허용하는 유동 셀 반응기에서 특정 반응물과 상호작용하도록 목적하는 마이크로파 주파수를 선택하는 능력을 가능하게 한다.

예를 들면, 이것은 고체의 비점과 관련된 온도 한계가 극복되는 것을 가능하게 한다. 나노입자의 합성과 관련된 전구체들만을 선택적으로 활성화시킴으로써, 용매 선택을 현저하게 증가시켜 통상적으로 사용되지 않는 전구체들의 가용성을 가능하도록 할 수 있다. 추가로, 전구체들의 온도를 효과적으로 용매 보다 훨씬 더 높임으로써, 용매의 전통적인 가열을 통해 허용되지 않는 반응을 가능하게 할 수 있다.

에너지원 (50) 을 통해 전구체들 (32, 34) 을 보유하는 튜브 (40) 는, 튜브를 둘러싸고 냉각액을 보유하는 튜브와 같은 냉각 시스템과 함께 구성될 수 있다. 이것은 튜브 자체를 과열시켜 이의 구조적 한계를 손상시키지 않고 핵형성을 촉진하기에 충분히 높은 에너지 수준까지 마이크로파 등에 의해 튜브 내의 전구체들이 가열되는 것을 가능하게 한다.

또한, 전통적인 콜로이드성 나노입자 합성 기술을 사용하여 실현할 수 없는 나노입자를 형성할 수 있다. 예를 들면, GaN 나노입자의 형성에 필요한 에너지는 합성 기술에 이용가능한 임의의 용매의 비점을 초과하기에 충분이 크다. 따라서, 이들 나노입자의 형성은 고에너지 집중적 고가의 증착 시스템, 예를 들면, 원자층 증착 (Atomic Layer Deposition: "ALD") 을 통해서만 이루어진다. 이것은 GaN 나노입자의 형성에 필요한 전구체들만이 본 발명의 마이크로파 개시 반응에서 가열되기 때문에 이루어진다.

더욱이, 하나 이상의 반응 경로가 가능한 경우, 마이크로파 주파수의 선택적 인가는 목적하는 반응 경로의 활성화를 가능하게 한다. 예를 들면, 주어진 반응이 열역학적으로 지배되는 경우, 선택적 마이크로파 활성화의 사용은 동력학적 생성물의 형성을 가능하게 한다. 반응이 마이크로파 에너지를 흡수하려는 종을 선택적으로 표적화하는 능력은 마이크로파 연속식 유동 셀 반응기가 제공할 수 있는 비용으로 통상적으로 전달되지 않는 생성물을 전달하기 위한 연속식 유동 셀 반응기의 능력을 연장시킨다.

선택적 주파수 마이크로파 처리에 의한 가능한 이익의 다른 예는 금속성 염의 나노입자를 합성하기 위한 폴리올 공정의 사용을 포함한다. 이러한 공정에서, 금속성 (Ni, Co, Ag 및 이들의 혼합물) 염 (아세테이트, 클로라이드, 플루오라이드, 나이트레이트) 은 1.0-3.0 mmol 의 에틸렌 글리콜 또는 폴리프로필렌 글리콜 (또는 유사한 폴리올) 이다. 2.45 GHz 에서, 용매는 마이크로파 조사를 매우 강하게 흡수하고, 이후에 금속성 전구체를 위한 환원제로서 작용하는 지점까지 용매를 가열시키고, 금속성 나노입자의 형성을 가능하게 한다. 이들 유형의 반응은 하기와 같이 상징적으로 나타낼 수 있다:

Ni(O₂CCH₃)₂ + 프로필렌 글리콜 → Ni(0) 나노입자

AgNO₃ + 에틸렌 글리콜 → Ag(0) 나노입자

또 다른 예는 PbS 나노입자의 합성을 위한 전구체들의 마이크로파 흡수이다. PbS 의 합성은 다음과 같은 방식으로 이루어질 수 있다. 1.5 mmol 의 올레산 납을 3.0 mmol-12.0 mmol 의 올레산의 첨가와 함께 1-옥타데센 중에 용해시킨다. 1.4 mmol 의 비스(트리메틸실릴)설파이드 (TMS₂S) 를 1-옥타데센 중에 미리 용해시켰다. 2.45 GHz 의 마이크로파 주파수를 선택하는데, 이는 올레산과 1-옥타데센 둘 다 이 주파수에서 매우 낮은 흡수 횡단면을 가지기 때문이다. 한편, TMS₂S 와 올레산 납은 둘 다 상기 주파수에서 비교적 높은 흡수 횡단면을 가지며, 이들 물질에 의한 흡수 및 선택적 활성화를 가능하게 한다. 이들 전형적인 반응은 하기와 같이 상징적으로 나타낼 수 있다.

Pb(올리에이트)₂ + TMS₂S → PbS(올리에이트) 나노입자

영역 3 - 성장

이것은 성장 영역이다. 이 지점에서, 핵은 2 개의 과정을 겪는다: (1) 정확한 코어 크기의 나노입자/양자점을 형성하기 위한 다른 핵과의 조합, 또는 (2) 매우 제어된 속도로 나노입자/양자점의 형성을 가능하게 하는 에피택셜 성장 시스템 (epitaxial growth system) 을 형성하기 위한 미반응 전구체들과의 조합. 상기 물질은, 이들이 특정한 목적하는 코어 크기까지 성장하는데 필요한 기간 동안, 성장 영역에서 잔류하도록 허용되며, 이후에 상기 물질은 영역 4 를 통해 이동한다.

일반적으로, 성장 단계에서, 핵은 바람직하게는 열원 (60) 에서 100 초 초과와 같은 장시간에 걸쳐, 이들이 핵형성 동안 직면하는 것 보다 낮은 에너지 수준에서, 가열된다. 이것은 열역학적 성장 및 오스트발트 숙성 (Ostwald Ripening) 을 가능하게 한다. 상기 가열은 여러 상이한 시스템을 사용하여 이루어질 수 있으며, 상기 시스템은 모래 욕(sand baths), 컨벡션 오븐, 강제 공기 가열, 인덕션 오븐, 오일 욕(oil baths) 및 컬럼 히터를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 열원 (60) 은 핵형성에서 사용되는 에너지원 (50) 과 떨어져 이격되어 있으며, 핵의 최적 성장을 제공하도록 맞춤 제작된다. 열원을 통해 연장하는 유동 경로 튜브 (40) 의 길이, 튜브의 직경, 열원의 온도, 튜브 내의 열의 균일한 분포 및 열원을 통한 핵의 유속은 본 단계 동안 핵의 성장을 최적화하도록 선택됨으로써 (도 4a-4c 및 도 5a-5b 에서 도시됨), 생성된 나노입자에서 균일한 형태 및 크기를 제공한다.

도 4a-4c 를 참조하면, 유동 튜브 (40) 는 열원 (60) 내에 수용가능한 랙 (41) 내에서 구불구불한 배열로 배열될 수 있다. 도 4c 에서 도시된 바와 같이 복수의 랙을 서로의 상부에 적층시킴으로써, 열원 (60) 내에서 공간을 최적화하면서 유동 튜브 (40) 에 대한 효과적인 열 분포를 가능하게 한다. 다른 가능한 배열은 도 5a 및 도 5b 에 도시되어 있는데, 여기서, 각각의 유동 튜브는 열원 (60) 내에 수용된 복수의 열 전달 코일에 의해 열 전달 코일 (43) 을 정의하도록 권취된다(coiled).

영역 4 - ??칭 (Quenching)

유동 경로는 영역 3 에서 영역 4 로 계속 지나가고, 여기서, 반응은 ??칭 욕(quenching bath) 등과 같은 ??칭 시스템 (86) 을 사용하여 온도 감소를 통해 즉시 종료된다. 나노입자 (70) 의 성장을 ??칭시킨 후, 쉘 성장을 위한 재료의 도입을 위해 및 수행되는 인라인 분석의 용이성을 위해 허용하는 탈기 단계 (150) (도 7) 를 통해 세그먼트화를 제거한다.

필요에 따라, 유동 경로 (22) 에서의 압력의 증가는 공정에서 사용되는 용매의 비점을 증가시킴으로써, 시스템이 더 높은 온도 및 에너지 수준에서 작동하는 것을 가능하게 한다. 유동 경로에서 압력을 증가시키기 위한 하나의 가능한 방법은 ??칭 단계의 유동 경로 다운스트림에 제한적 유동 밸브를 삽입하는 것을 포함한다. 밸브를 통한 유동을 조정하여 밸브의 튜브 업스트림에서 압력을 증가시킴으로써, 영역 2 및 영역 3 을 통해 튜브에서 압력을 증가시킬 수 있는데, 여기서, 전구체 및 핵은 활성화하고 성장한다.

바람직하게는, 도 7 에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 반응 불활성 가스 (42) 는 또한 나노입자 (70) 와 분리된다. 유동 경로 (22) 는 챔버 (160) 로 연장되는데, 여기서, 핵은 아래 방향으로 하강하여 아래로부터 이탈하는 반면, 가스는 이탈하여 상기 통풍구 (162) 로부터 수집된다. 다르게는, 반응 불활성 가스는 필요에 따라 유동 경로의 다운스트림에서 미래 시점에 분리될 수 있다.

실-시간 품질 테스트 및 시스템 최적화

도 1 에서 도시된 바와 같이, 생성된 나노입자의 품질을 테스트하는 테스트 시스템 (72) 을 나노입자 생성 후에 제공한다. 예를 들면, 동적 광 산란법 ("DLS") 을 사용하여, 생성된 입자의 특성을 테스트할 수 있다. 다른 가능한 인-라인 테스트 시스템은 UV, VIS 및 IR 스펙트럼을 포함하는 분광광도법, 형광측정법, 및 굴절률의 측정을 포함한다.

테스트 구조는 제어 시스템 (80) 과 연동되어 있을 수 있는데, 여기서, 상기 제어 시스템은 테스트 시스템 (72) 로부터의 결과를 모니터링하고, 생성된 나노입자의 품질을 최적화할 필요에 따라 영역 1-4 에서 성분을 바람직하게는 실시간으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 각각의 전구체들의 유동, 영역 2 및 영역 3 을 통해 인가된 시간 및 온도-가열-여기 에너지, 및 영역 1 의 유동 경로 내로 세그먼트화된 반응 불활성 가스의 양을, 생성된 나노입자의 측정된 품질을 최적화할 필요에 따라 제어 시스템에 의해 조정할 수 있다.

얼마나 많은 쉘을 코어 재료 (영역 1-4 에서 생성됨) 의 표면 상에 도입하는지에 따라, 상이한 세트의 재료 (전구체들/성분) 를 사용하여 영역 1, 영역 3 및 영역 4 를 반복함으로써, 코어/쉘, 코어/쉘/쉘 및 코어/쉘/쉘/쉘 유형의 구조를 형성할 수 있다.

쉘 제작 시스템

도 1 에서 도시된 바와 같이 나노입자의 생산 후에, 생산 후 쉘 적용 시스템 (100) 을 제공할 수 있다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 쉘 제작 시스템은 하나 이상의 추가의 전구체들 (여기서, 전구체들 (170, 172, 174 및 176) 이 도시된다) 을 공급하기 위한 구조 및 이로부터의 다운스트림을 가열하기 위한 보조 열원 (61) 을 포함할 수 있다. 연속적 유동 루프 (180) 를 제공할 수 있는데, 여기서, 전구체들의 임의의 조합을 임의의 주어진 쉘 층에 적용하고 열원 (61) 을 통과시킴으로써, 복수의 쉘 층이 각각의 나노입자 상에 형성되는 것을 가능하게 할 수 있다. 각각의 쉘 층 적용 이후에 제 2 품질 테스트 시스템 (72') 을 제공할 수 있다. 제어 시스템 (80) 과 작동가능하게 연동되어 있는 쉘 제작 시스템의 부품 및 상기 테스트 시스템 (72') 에 의해, 제어 시스템 (80) 은 생성된 각각의 나노입자 상에 쉘 층의 품질을 최적화할 필요에 따라 쉘 제작 시스템의 실시간 조절을 제공할 수 있다.

코어 나노입자 재료를 둘러싸는 쉘 구조의 목적은 두 가지이다. 첫째로, 코어 재료의 격자 파라미터를 밀접하게 매칭시킴으로써, 생성된 나노입자의 양자 수율을 광에 대한 노출시 증가시키는 제 1 쉘을 첨가할 수 있다. 이것은 나노입자 코어 표면을 부동태화시키고(passivating), 비-방사성 재결합 이벤트 (non-radiative recombination events) 에 기여하는 댕글링 본드 (dangling bond) 를 제거함으로써 수행된다. 또한, 나노입자 코어의 재료 및 제 1 쉘을 매칭시키는 격자에 의해, 생성된 나노입자의 양자 수율에서 증가를 또한 일으키는 변형 효과는 감소한다.

상기 제 1 쉘은 또한 코어 재료의 광표백(photo-bleaching) 및/또는 산화와 같은 환경적 열화(degradation) 효과에 대한 장벽을 제공하는 추가의 이점을 가질 수 있는데, 상기 광표백 및/또는 산화는 방출된 광의 청색 이동을 초래하거나, 효과적이고 바람직한 전자 특성의 감소를 위한 복수의 트랩 부위를 제공할 것이다. 그러나, 이것이 제 1 쉘에 의해 제공되지 않는 경우, 응용분야에서 사용될 때 나노입자 재료의 작동 수명을 향상시키는 제 2 쉘 및/또는 제 3 쉘을 제공할 수 있다. 이들 제 2 쉘 및 제 3 쉘이 여기 상태에서 나노입자와 관련된 파동 함수와 상호작용하지 않는다면, 이들은 반드시 광학 특성을 향상시키도록 매칭된 격자이어야 할 필요는 없다. 제 2 쉘 및 제 3 쉘의 주요 목적은 산화, 광표백 및 온도 극단을 포함하지만 이들에 한정되지 않는 환경 영향으로부터 나노입자 코어/쉘에 대한 보호를 제공함으로써 증가된 작동 수명을 제공하는 것이다.

제 1 쉘이 나노입자의 코어 상에 배치된 후, 나노입자의 양자 수율을 측정함으로써 제 1 쉘 무결성을 확인할 수 있다. 제 1 쉘에 의한 불량한 피복률, 또는 제 1 쉘에 의한 불량한 격자 매칭은 낮은 양자 수율 (< 50%) 을 초래하는 반면, 제 1 쉘에 의한 양호한 피복률 및 제 1 쉘과 코어 재료 사이의 양호한 격자 매칭은 높은 양자 수율 (> 50%) 을 초래할 것이다.

재료의 수명은 바람직하게는 250 nm 와 700 nm 사이의 광에 대한 노출, 및 시간의 함수로서의 광 발광 응답의 측정에 의해 평가할 수 있다. 제 2 및 아마도 제 3 쉘의 포함에 의한 이들 나노입자의 안정성의 향상 및 작동 수명의 증가는, 표준 대기 조건에서의 연속 노출시 2 주의 기간에 걸쳐 최소 5 mW 의 광원에 노출된 용매에서 10 wt% 의 재료의 5% 미만의 광분해를 나타낼 것이다.

시스템 가외성 및 재전송가능한 유동 경로

도 8 에서 도시된 바와 같이, 2 개의 에너지원 (50) 및 2 개의 열원 (60) 과 같은 생산 라인의 복수의 환원제 요소를 밸브 (300) 등과 접속가능한 나노입자 유동 경로 (22) 및 각각의 전구체들 (32, 24) 의 환원제 세트에 제공하여, 하나의 부품이 작동불가능하게 되는 경우에도 대체 부품을 통해 유동 경로 (22) 의 재전송을 가능하게 할 수 있다.

과량의 마이크로파 에너지의 보존

도 10 에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 영역 2 에서의 에너지원 (50) 이 전자레인지인 경우, 과량의 마이크로파 에너지는 영역 3 에서의 성장 지역 가열원 (60) 을 가온시키는 것을 보조하도록 보내어 질 수 있다. 예를 들면, 미러 등의 시리즈는 과량의 마이크로파를 수집하고 이들을 열로 전환시키는 고무 등과 같은 방열판에 관한 것일 수 있다.

성장 챔버에 진입하는 마이크로파 에너지는 성장 지역 가열원에 진입하는 마이크로파 에너지의 양을 감쇠시킬 수 있는 삽입 및 이동가능한 배플 (310) 을 통해 제어될 수 있다. 성장 지역 가열원의 온도는 성장 챔버에서 목적하는 온도를 유지할 필요에 따라 배플 위치를 조절하는 제어 시스템 (72) 에 의해 모니터링할 수 있다.

이러한 유동 셀 반응기에서 특히 잘 작동할 수 있는 전형적인 전구체 배합물은, 종래의 주기율 표 명명법을 사용하여, 하기 "A 군" 에서 발견되는 것들로부터 선택된 제 1 전구체들과, 하기 "B 군" 또는 "C 군" 으로부터 선택된 제 2 전구체들을 포함한다.

A 군 - 전구체들

음이온성 전구체 및/또는 환원제를 포함하여,

H₂X

여기서, X = O, S, Se, Te

R₃P=X

여기서, R = -H, -(CH₂)_n-CH₃, -C₆H₅, -C₆H₄-R'

n = 3-18

R' = -(CH₂)_m-CH₃, -CH(CH₃)₂, -C(CH₃)₃

m = 0-17

X = Se, Te

R₃N=X

여기서, R = -H, -(CH₂)_n-CH₃, -Si(CH₃)₃

n = 0-4

X = S, Se, Te

((CH₃)₃Si)₂X

여기서, X = S, Se, Te

(((CH₃)₃Si)₂N)₂X

여기서, X = S, Se, Te

H-X-(CH₂)_n-CH₃

여기서, X = O, S, Se, Te

n = 1-18, 바람직하게는 n = 4-12, 보다 바람직하게는 n = 8-10

HO-CH₂-(CH(OH))_n-CH₃

n = 1-50, 바람직하게는 n = 1-25, 보다 바람직하게는 n = 1-5

HO-CH₂-(CH(OH))_n-CH₂-OH

n = 1-50, 바람직하게는 n = 1-25, 보다 바람직하게는 n = 1-5

H₂NNH₂

NaBH₄

NaCNBH₃

및 이들의 혼합물

B 군 - 전구체들

M(리간드)_y

y = 1 일 때, M = Tl, Ag, Cu

y = 2 일 때, M = Zn, Cd, Hg, Cu, Pb, Ni

y = 3 일 때, M = Al, Ga, B, In, Bi, Fe

리간드 = -(O₂C-(CH₂)_n-CH₃), -(O₂C-(CH₂)_m-, CH=CH-(CH₂)_o-CH₃), -S-(CH₂)_n-CH₃, -PR₃, -OPR₃

n = 2-24, 바람직하게는 n = 8-20, 보다 바람직하게는 n = 12-16

m 및 o = 1-15, 바람직하게는 n 및 o = 12-16, 보다 바람직하게는 n 및 o = 7-9

R = -(CH₂)_pCH₃, -C₆H₅, -C₆H₄-R'

p = 0-18

R' = -(CH₂)_p-CH₃, -CH(CH₃)₂, -C(CH₃)₃

또는 이들의 혼합물.

C 군 - 전구체들

M(리간드)_y

y = 1 일 때, M = Na, K, Rb, Cs, Ag, Cu

y = 2 일 때, M = Mg, Ca, Sr, Ba, Pd, Pt, Cu, Ni

y = 3 일 때, M = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Au

y = 4 일 때, M = Ti, Zr, Hf, Pt, Pd

리간드 = -O₂C-CH₃, -Cl, -F, -NO₃

또는 이들의 혼합물.

본 발명은 상기에서 및 다양한 형태를 참조하는 첨부된 도면에서 개시되어 있다. 그러나, 본 개시물에 의해 제공된 목적은 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니라, 본 발명에 관련된 각종 특징 및 개념의 실시예를 제공하는 것이다. 당업자는 수많은 변형을 인식할 것이며, 변경은 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 상기에서 기재된 형태에 대해 이루어질 수 있다.

Claims (55)

1. 하기 단계를 포함하는 균일한 크기의 나노입자의 제조 방법:
   하나 이상의 제1 전구체와 하나 이상의 제2 전구체를 함께 블렌딩하여, 전구체 혼합물을 형성하는 단계로서, 상기 전구체 혼합물은 용매를 포함하는 것인, 단계;
   전구체 혼합물이 유동하는 하나 이상의 튜브들을 포함하는 연속적 유동 경로(continuous flow path)를 따라 전구체 혼합물을 도입하는 단계;
   연속적 유동 경로 내로 세그먼트화된 유체(segmentation fluid)를 도입하여, 전구체 혼합물의 인접한 세그먼트들을 분리하는 전구체 혼합물 내에서의 분할(partitions)을 형성하는 단계;
   나노입자를 성장시키도록 연속적 유동 경로를 따라 가열원으로 전구체 혼합물을 가열하는 단계로서, 하나 이상의 튜브들의 각각의 튜브는 가열원을 통한 연속적 유동 경로 내에서 1.58mm(1/16 인치) 내지 25.40mm(1 인치)의 내부 직경을 포함하는 것인, 단계; 및
   가열 후에 나노입자의 성장을 ??칭(quenching)시키는 단계.
2. 청구항 1에 있어서, 세그먼트화된 유체를 도입하는 것은 세그먼트화된 가스(segmentation gas)를 도입하는 것을 포함하는, 균일한 크기의 나노입자의 제조 방법.
3. 청구항 1에 있어서, 세그먼트화된 가스를 도입하는 것은 질소 및 아르곤 중 하나 이상을 도입하는 것을 포함하는, 균일한 크기의 나노입자의 제조 방법.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 가열원은 다중모드(multimodal) 마이크로파 에너지원 및 다변수 주파수(multivariable frequency) 마이크로파 에너지원 중 하나 이상을 포함하는, 균일한 크기의 나노입자의 제조 방법.
5. 청구항 1에 있어서, 연속적 유동을 따라 전구체 혼합물을 도입하는 것은 복수의 튜브들을 통해 전구체 혼합물을 도입하는 것을 포함하는, 균일한 크기의 나노입자의 제조 방법.
6. 청구항 1에 있어서, 나노입자의 성장을 ??칭시키는 단계 후에, 연속적 유동 경로로부터 세그먼트화된 유체를 제거하는 단계를 더 포함하는, 균일한 크기의 나노입자의 제조 방법.
7. 청구항 1에 있어서, 혼합물을 가열원으로 가열하기 전에 핵형성(nucleation) 에너지원을 통해 전구체 혼합물을 도입하는 단계를 더 포함하는, 균일한 크기의 나노입자의 제조 방법.
8. 청구항 1에 있어서, 각각의 튜브는 6.35mm(1/4 인치)와 12.70mm(1/2 인치) 사이의 내부 직경을 포함하는, 균일한 크기의 나노입자의 제조 방법.
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