KR102324378B1 - Semiconductor nanoparticle with hydrophobic side chain ligand-polymer nanocomposite, preparation method thereof and optoelectronic device comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 광전자 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소수성 측쇄 리간드가 결합된 반도체 나노입자의 표면을 양친매성 고분자로 캡슐화하고, 상기 반도체 나노입자 표면의 양친매성 고분자를 가교제로 사용하여 매트릭스 고분자를 가교함으로써, 반도체 나노입자를 고농도로 함유하는 경우에도 반도체 나노입자 간의 응집 현상을 억제할 수 있고, 양친매성 고분자가 직접 매트릭스 고분자의 가교제 역할을 하므로 자외선 또는 열 경화와 같은 추가적인 방법 없이도 고 투명성 및 고 발광성의 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 제조할 수 있다.The present invention relates to a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand, a method for preparing the same, and an optoelectronic device comprising the same, and more particularly, encapsulating the surface of a semiconductor nanoparticle to which a hydrophobic side chain ligand is bound with an amphiphilic polymer. And, by using the amphiphilic polymer on the surface of the semiconductor nanoparticles as a crosslinking agent to crosslink the matrix polymer, even when the semiconductor nanoparticles are contained in a high concentration, the aggregation phenomenon between the semiconductor nanoparticles can be suppressed, and the amphipathic polymer is directly formed into the matrix. Since it acts as a crosslinking agent for the polymer, a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having high transparency and high luminescence can be prepared without additional methods such as ultraviolet or thermal curing.

Description

소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 광전자 장치{Semiconductor nanoparticle with hydrophobic side chain ligand-polymer nanocomposite, preparation method thereof and optoelectronic device comprising the same}Semiconductor nanoparticle with hydrophobic side chain ligand-polymer nanocomposite, preparation method thereof and optoelectronic device comprising the same

본 발명은 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 광전자 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소수성 측쇄 리간드가 결합된 반도체 나노입자의 표면을 양친매성 고분자로 캡슐화하고, 상기 반도체 나노입자 표면의 양친매성 고분자를 가교제로 사용하여 매트릭스 고분자를 가교함으로써, 반도체 나노입자를 고농도로 함유하는 경우에도 반도체 나노입자 간의 응집 현상을 억제할 수 있고, 양친매성 고분자가 직접 매트릭스 고분자의 가교제 역할을 하므로 자외선 또는 열 경화와 같은 추가적인 방법 없이도 고 투명성 및 고 발광성의 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 제조할 수 있는 기술에 관한 것이다.
The present invention relates to a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand, a method for preparing the same, and an optoelectronic device comprising the same, and more particularly, encapsulating the surface of a semiconductor nanoparticle to which a hydrophobic side chain ligand is bound with an amphiphilic polymer. And, by using the amphiphilic polymer on the surface of the semiconductor nanoparticles as a crosslinking agent to crosslink the matrix polymer, even when the semiconductor nanoparticles are contained in a high concentration, the aggregation phenomenon between the semiconductor nanoparticles can be suppressed, and the amphipathic polymer is directly formed into the matrix. It relates to a technology capable of producing a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite with high transparency and high luminescence without additional methods such as ultraviolet or thermal curing because it acts as a crosslinking agent for a polymer.

형광 반도체 나노 결정 또는 양자점(QD)은 뛰어난 광학 특성으로 인해 발광 다이오드, 태양 전지 및 발광형 태양 집광기와 같은 차세대 장치 개발에 큰 관심을 모으고 있다(비특허문헌 1).Fluorescent semiconductor nanocrystals or quantum dots (QDs) have attracted great interest in the development of next-generation devices such as light emitting diodes, solar cells, and light emitting solar concentrators due to their excellent optical properties (Non-Patent Document 1).

특히, 양자점의 높은 색순도, 광 발광 양자수율(PLQY; photoluminescence quantum yield) 및 광화학적 안정성으로 인해 발광 다이오드(LED; light emitting diode)의 대체 형광체로 적합하다. 예를 들어, 백색 LED 어플리케이션에서 양자점은 LED 칩의 청색광을 녹색 및 적색으로 변환하여 백색광을 생성하는 컬러 변환기로 사용된다(비특허문헌 2).In particular, due to the high color purity of quantum dots, photoluminescence quantum yield (PLQY), and photochemical stability, it is suitable as an alternative phosphor for light emitting diodes (LEDs). For example, in a white LED application, quantum dots are used as a color converter that converts blue light of an LED chip into green and red to generate white light (Non-Patent Document 2).

이러한 응용에서, 양자점은 가혹한 환경에서 그들을 보호하는 고분자 매트릭스에 묻혀있는 양자점으로 구성된 고분자 나노복합체의 형태로 사용된다. LED 용도에 사용되는 다양한 종류의 고분자 중에서도 가시광선 투과율, 열 안정성 및 광 추출 효율이 우수하여 실리콘계 고분자가 많이 사용되고 있다. 그러나, 실리콘계 고분자를 매트릭스로 사용하는 경우, 양자점의 응집과 높은 경화 온도로 인하여 고 투명성 및 고 발광성인 나노복합체를 제조하는 것이 어렵다(비특허문헌 3). In these applications, quantum dots are used in the form of polymer nanocomposites composed of quantum dots embedded in a polymer matrix that protects them from harsh environments. Among the various types of polymers used for LED applications, silicone-based polymers are widely used because of their excellent visible light transmittance, thermal stability, and light extraction efficiency. However, when a silicon-based polymer is used as a matrix, it is difficult to prepare a nanocomposite having high transparency and high luminescence due to aggregation of quantum dots and high curing temperature (Non-Patent Document 3).

고분자 매트릭스에서 양자점의 응집은 대개 양자점 집합체에 의한 광 산란과 인접한 양자점 사이의 Forster 공명 에너지 전달(FRET)에 의한 발광 소광 때문에 광학 특성의 심각한 저하를 수반한다. 또한 실리콘 고분자의 높은 경화 온도는 표면 리간드를 분리하고 트랩 상태를 만들어 각 양자점의 양자 효율(QY; quantum yield)을 감소시킴으로써 양자점 표면을 손상시킬 수 있다(비특허문헌 4, 5).The aggregation of quantum dots in a polymer matrix is usually accompanied by severe degradation of optical properties due to light scattering by quantum dot aggregates and luminescence quenching by Forster resonance energy transfer (FRET) between adjacent quantum dots. In addition, the high curing temperature of the silicone polymer can damage the surface of the quantum dots by separating the surface ligands and creating a trap state to reduce the quantum efficiency (QY; quantum yield) of each quantum dot (Non-Patent Documents 4 and 5).

실리콘 매트릭스 내의 양자점의 분산성을 향상시키기 위해 다양한 연구를 수행하였고, 예를 들어, 양자점의 표면 리간드를 실리콘 매트릭스와 더 잘 호환되는 리간드로 대체하였다. 본 발명자의 이전 연구에서, 폴리(디메틸실록산)(PDMS) 매트릭스에서의 양자점의 분산은 양자점의 표면을 티올 결합그룹을 함유하는 소수성 리간드로 변형시킴으로써 개선되었지만, 나노복합체의 양자 효율(QE)은 유의미하게 향상되지 않았다. Tao et al.는 바이모달 PDMS-그래프트된 양자점(QD)을 사용하여 투명한 QD/PDMS 나노복합체를 만들었지만, 나노복합체 내의 양자점 농도는 낮았으며(1 중량 % 미만) 리간드 교환 후 PDMS-그래프트된 QD의 양자 효율은 현저히 감소하였다(~ 50 %). 두 방법 모두 양자점의 표면 패시베이션에 악영향을 미치고 양자 효율을 감소시키는 리간드 교환 반응을 이용하였다(비특허문헌 6, 7).Various studies have been conducted to improve the dispersibility of quantum dots in a silicon matrix, for example, replacing the surface ligands of quantum dots with ligands that are more compatible with the silicon matrix. In our previous work, the dispersion of quantum dots in a poly(dimethylsiloxane) (PDMS) matrix was improved by modifying the surface of the quantum dots with a hydrophobic ligand containing a thiol binding group, but the quantum efficiency (QE) of the nanocomposite was not significant. did not improve significantly. Tao et al. made transparent QD/PDMS nanocomposites using bimodal PDMS-grafted quantum dots (QDs), but the quantum dot concentration in the nanocomposites was low (less than 1 wt %) and PDMS-grafted QDs after ligand exchange. The quantum efficiencies of were significantly decreased (~ 50%). Both methods used a ligand exchange reaction that adversely affects the surface passivation of quantum dots and reduces quantum efficiency (Non-Patent Documents 6 and 7).

따라서, 본 발명자는 소수성 측쇄 리간드가 결합된 반도체 나노입자의 표면을 양친매성 고분자로 캡슐화하고, 상기 반도체 나노입자 표면의 양친매성 고분자를 가교제로 사용하여 매트릭스 고분자를 가교함으로써, 반도체 나노입자를 고농도로 함유하는 경우에도 반도체 나노입자 간의 응집 현상을 억제할 수 있고, 양친매성 고분자가 직접 매트릭스 고분자의 가교제 역할을 하므로 자외선 또는 열 경화와 같은 추가적인 방법 없이도 고 투명성 및 고 발광성의 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 제조할 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
Therefore, the present inventors encapsulate the surface of the semiconductor nanoparticles to which the hydrophobic side chain ligand is bound with an amphiphilic polymer, and use the amphiphilic polymer on the surface of the semiconductor nanoparticles as a crosslinking agent to crosslink the matrix polymer, thereby increasing the semiconductor nanoparticles to a high concentration. Even when contained, aggregation between semiconductor nanoparticles can be suppressed, and since the amphiphilic polymer directly acts as a crosslinking agent for the matrix polymer, high transparency and high luminescence semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite without additional methods such as UV or thermal curing The present invention was completed by focusing on that it can be manufactured.

비특허문헌 1. Nozik, A. J. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 14.1-2 (2002): 115-120.Non-Patent Literature 1. Nozik, A. J. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 14.1-2 (2002): 115-120. 비특허문헌 2. Jang, Ho Seong, et al. Advanced Materials 20.14 (2008): 2696-2702.Non-Patent Document 2. Jang, Ho Seong, et al. Advanced Materials 20.14 (2008): 2696-2702. 비특허문헌 3. Ziegler, Jan, et al. Advanced materials 20.21 (2008): 4068-4073.Non-Patent Document 3. Ziegler, Jan, et al. Advanced materials 20.21 (2008): 4068-4073. 비특허문헌 4. Lunz, Manuela, et al. Superlattices and Microstructures 47.1 (2010): 98-102.Non-Patent Document 4. Lunz, Manuela, et al. Superlattices and Microstructures 47.1 (2010): 98-102. 비특허문헌 5. Li, Yangyang, and Ben Q. Li. RSC Advances 4.47 (2014): 24612-24618.Non-Patent Document 5. Li, Yangyang, and Ben Q. Li. RSC Advances 4.47 (2014): 24612-24618. 비특허문헌 6. Yoon, Cheolsang, et al. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 428 (2013): 86-91.Non-Patent Document 6. Yoon, Cheolsang, et al. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 428 (2013): 86-91. 비특허문헌 7. Tao, Peng, et al. Journal of Materials Chemistry C 1.1 (2013): 86-94.Non-Patent Document 7. Tao, Peng, et al. Journal of Materials Chemistry C 1.1 (2013): 86-94.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 소수성 측쇄 리간드가 결합된 반도체 나노입자의 표면을 양친매성 고분자로 캡슐화하고, 상기 반도체 나노입자 표면의 양친매성 고분자를 가교제로 사용하여 매트릭스 고분자를 가교함으로써, 반도체 나노입자를 고농도로 함유하는 경우에도 반도체 나노입자 간의 응집 현상을 억제할 수 있고, 양친매성 고분자가 직접 매트릭스 고분자의 가교제 역할을 하므로 자외선 또는 열 경화와 같은 추가적인 방법 없이도 고 투명성 및 고 발광성의 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 제조하고자 하는 것이다.
The present invention has been devised in consideration of the above problems, and an object of the present invention is to encapsulate the surface of semiconductor nanoparticles to which a hydrophobic side chain ligand is bound with an amphiphilic polymer, and to use the amphiphilic polymer on the surface of the semiconductor nanoparticles as a crosslinking agent. By crosslinking the matrix polymer using It is an object to prepare a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite with high transparency and high luminescence without the need for it.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 (ⅰ) 고분자 매트릭스 및 (ⅱ) 상기 고분자 매트릭스에 분산되어 임베딩된(embedding) 복수의 반도체 나노입자를 함유하고, 상기 복수의 반도체 나노입자는 각각 양친매성 고분자에 의해 캡슐화된 것이며, 상기 반도체 나노입자는 코어-쉘 형태의 다중층 구조를 가지고, 그 최외각 쉘에 결합된 C1-C100 알킬의 소수성 측쇄 리간드를 함유하며, 상기 반도체 나노입자에 결합된 소수성 측쇄 리간드와 상기 양친매성 고분자의 소수성 그룹 간의 소수성 상호작용(hydrophobic interaction)에 의해 상기 반도체 나노입자가 캡슐화되는 것을 특징으로 하는, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체에 관한 것이다.One aspect of the present invention for achieving the object as described above contains (i) a polymer matrix and (ii) a plurality of semiconductor nanoparticles dispersed and embedded in the polymer matrix, the plurality of semiconductor nanoparticles are each encapsulated by an amphiphilic polymer, and the semiconductor nanoparticles have a core-shell multilayer structure, and contain a hydrophobic side chain ligand of C 1 -C 100 alkyl bound to the outermost shell, and the semiconductor Semiconductor nanoparticles having a hydrophobic side chain ligand, characterized in that the semiconductor nanoparticles are encapsulated by a hydrophobic interaction between a hydrophobic side chain ligand bound to the nanoparticles and a hydrophobic group of the amphipathic polymer - a polymer nanocomposite is about

본 발명의 다른 측면은 본 발명에 따른, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 포함하는 필름에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a film comprising a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand according to the present invention.

본 발명의 또 다른 측면은 본 발명에 따른, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 포함하는 발광 다이오드에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a light emitting diode comprising a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand according to the present invention.

본 발명의 또 다른 측면은 본 발명에 따른, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 포함하는 광전자 장치에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to an optoelectronic device comprising a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand according to the present invention.

본 발명의 또 다른 측면은 (a) 반도체 나노입자가 분산된 현탁액에 양친매성 고분자를 용해시켜, 상기 양친매성 고분자에 의해 캡슐화된 반도체 나노입자를 형성하는 단계, 및 (b) 상기 양친매성 고분자에 의해 캡슐화된 반도체 나노입자를 함유하는 현탁액에 매트릭스 고분자를 첨가하고 실온에서 혼합하는 단계를 포함하고, 상기 반도체 나노입자는 코어-쉘 형태의 다중층 구조를 가지고, 그 최외각 쉘에 결합된 C1-C100 알킬의 소수성 측쇄 리간드를 함유하며, 상기 반도체 나노입자에 결합된 소수성 측쇄 리간드와 상기 양친매성 고분자의 소수성 그룹 간의 소수성 상호작용(hydrophobic interaction)에 의해 상기 반도체 나노입자가 캡슐화되는 것을 특징으로 하는, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체의 제조방법에 관한 것이다.
Another aspect of the present invention is (a) dissolving an amphiphilic polymer in a suspension in which the semiconductor nanoparticles are dispersed to form semiconductor nanoparticles encapsulated by the amphiphilic polymer, and (b) in the amphiphilic polymer It was added to the matrix polymer in the suspension containing the semiconductor nanoparticles encapsulated by the method comprising: mixing at room temperature, and the semiconductor nanoparticles have a core-a has a multilayer structure of a shell-type, coupled to the outermost shell, C 1 -C 100 containing a hydrophobic side chain ligand of alkyl, characterized in that the semiconductor nanoparticles are encapsulated by a hydrophobic interaction between the hydrophobic side chain ligand bound to the semiconductor nanoparticles and the hydrophobic group of the amphiphilic polymer which relates to a method for preparing a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand.

본 발명에 따르면, 소수성 측쇄 리간드가 결합된 반도체 나노입자의 표면을 양친매성 고분자로 캡슐화하고, 상기 반도체 나노입자 표면의 양친매성 고분자를 가교제로 사용하여 고분자 매트릭스를 가교함으로써, 반도체 나노입자를 고농도로 함유하는 경우에도 반도체 나노입자 간의 응집 현상을 억제할 수 있고, 양친매성 고분자가 직접 매트릭스 고분자의 가교제 역할을 하므로 자외선 또는 열 경화와 같은 추가적인 방법 없이도 고 투명성 및 고 발광성의 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 제조할 수 있다.
According to the present invention, by encapsulating the surface of the semiconductor nanoparticles to which the hydrophobic side chain ligand is bound with an amphiphilic polymer, and using the amphiphilic polymer on the surface of the semiconductor nanoparticles as a crosslinking agent to crosslink the polymer matrix, Even when contained, aggregation between semiconductor nanoparticles can be suppressed, and since the amphiphilic polymer directly acts as a crosslinking agent for the matrix polymer, high transparency and high luminescence semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite without additional methods such as UV or thermal curing can be manufactured.

도 1은 본 발명의 제조예 1로부터 합성된 CdSe@ZnS/ZnS 양자점(QD) 및 실시예 1로부터 형성된 QD-PSMA의 (a) PL 강도를 나타낸 그래프, (b) TEM 이미지, (c) PGMEA(1-Methoxy-2-Propyl Acetate)에서의 콜로이달 안정성을 나타낸 이미지 및 (d, e) 준탄성 광 산란(QELS) 결과 그래프이다[(d) 제조예 1의 QD, (e) 실시예 1의 QD-PSMA].
도 2는 본 발명의 실시예 1로부터 QD-PSMA/PDMS 나노복합체를 제조하는 과정에서 표면 개질된 QD(QD-PSMA) 및 아민-말단 PDMS 사이의 겔화(gelation)를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1로부터 QD-PSMA/PDMS 나노복합체를 제조하는 과정에서 말레산무수물(MA)/NH2 비율에 따른 겔화 반응 결과를 나타낸 이미지이다.
도 4는 본 발명에 실시예 1에 따라 말레산무수물(MA)/NH2 비율이 2.2일 때 QD 농도에 따른 유리 기판 상의 QD-PSMA/PDMA 나노복합체의 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1로부터 제조된 QD-PSMA/PDMA 나노복합체 필름 및 비교예로부터 제조된 QD/sylgard 나노복합체의 (a) 광발광 스펙트럼 및 (b) 투과율을 나타낸 그래프이다[QD-PSMA/PDMA 및 QD/sylgard 옆의 수치는 QD의 농도(중량%)를 나타냄].
도 6은 본 발명의 (a) 실시예 1로부터 제조된 QD-PSMA/PDMS 및 (b) 비교예로부터 제조된 QD/sylgard 나노복합체 내의 QD의 공초점 현미경 이미지, (c, d) 실시예 1의 QD-PSMA/PDMS 복합체의 상이한 QD 농도(1 wt%, 10 wt)에서의 투과전자 현미경(TEM) 이미지이다.
도 7은 (a) 60 mA의 순방향 바이어스 전류에서 QD 농도가 서로 다른 QD-PSMA/PDMS(실시예 1)와 QD 농도 1 wt%의 QD/Sylgard(비교예)를 사용한 LED 칩의 광효율 및 (b) QD-PSMA/PDMS 1 wt% 및 QD/Sylgard 1 wt%로 사용한 LED 칩의 발광(EL) 스펙트럼이다.
1 is a graph showing (a) PL intensity of CdSe@ZnS/ZnS quantum dots (QD) synthesized from Preparation Example 1 of the present invention and QD-PSMA formed from Example 1, (b) TEM image, (c) PGMEA Images and (d, e) quasi-elastic light scattering (QELS) result graphs showing colloidal stability in (1-Methoxy-2-Propyl Acetate) [(d) QD of Preparation Example 1, (e) Example 1 QD-PSMA].
Figure 2 is a schematic diagram showing the gelation (gelation) between the surface-modified QD (QD-PSMA) and amine-terminated PDMS in the process of preparing the QD-PSMA / PDMS nanocomposite from Example 1 of the present invention.
3 is an image showing the gelation reaction results according to the maleic anhydride (MA)/NH 2 ratio in the process of preparing the QD-PSMA/PDMS nanocomposite from Example 1 of the present invention.
4 is an image of QD-PSMA/PDMA nanocomposite on a glass substrate according to QD concentration when maleic anhydride (MA)/NH 2 ratio is 2.2 according to Example 1 of the present invention.
5 is a graph showing (a) photoluminescence spectrum and (b) transmittance of the QD-PSMA/PDMA nanocomposite film prepared from Example 1 of the present invention and the QD/sylgard nanocomposite prepared from Comparative Example [QD- The figures next to PSMA/PDMA and QD/sylgard indicate the concentration of QD in weight percent].
6 is a confocal microscope image of (a) QD-PSMA/PDMS prepared from Example 1 and (b) QD/sylgard nanocomposite prepared from Comparative Example of the present invention, (c, d) Example 1 Transmission electron microscopy (TEM) images of QD-PSMA/PDMS complexes at different QD concentrations (1 wt%, 10 wt).
7 shows (a) the luminous efficiency and ( b) Emission (EL) spectrum of the LED chip using 1 wt% QD-PSMA/PDMS and 1 wt% QD/Sylgard.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.

종래 실리콘계 고분자 매트릭스를 사용하여 반도체 나노입자-고분자 복합체를 제조하는 경우 반도체 나노입자의 응집 및 실리콘의 높은 경화 온도로 인하여 고 투명성 및 고 발광성의 반도체 나노입자-고분자 복합체를 제조하는 것이 어려운 단점이 존재하였다. 본 발명에서는 소수성 측쇄 리간드가 결합된 반도체 나노입자의 표면을 양친매성 고분자로 캡슐화하고, 상기 반도체 나노입자 표면의 양친매성 고분자를 가교제로 사용하여 매트릭스 고분자를 가교함으로써, 반도체 나노입자를 고농도로 함유하는 경우에도 반도체 나노입자 간의 응집 현상을 억제할 수 있고, 양친매성 고분자가 직접 매트릭스 고분자의 가교제 역할을 하므로 자외선 또는 열 경화와 같은 추가적인 방법 없이도 고 투명성 및 고 발광성의 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 제조할 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.In the case of manufacturing a semiconductor nanoparticle-polymer composite using a conventional silicon-based polymer matrix, it is difficult to prepare a semiconductor nanoparticle-polymer composite having high transparency and high luminescence due to aggregation of semiconductor nanoparticles and a high curing temperature of silicon. did. In the present invention, the surface of the semiconductor nanoparticles to which the hydrophobic side chain ligand is bound is encapsulated with an amphipathic polymer, and the matrix polymer is crosslinked by using the amphiphilic polymer on the surface of the semiconductor nanoparticles as a crosslinking agent, thereby containing semiconductor nanoparticles at a high concentration. In this case, aggregation between semiconductor nanoparticles can be suppressed, and the amphiphilic polymer directly acts as a crosslinking agent for the matrix polymer, so a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite with high transparency and high luminescence can be prepared without additional methods such as UV or thermal curing. It was possible to complete the present invention by focusing on that.

본 발명의 일 측면은 (ⅰ) 고분자 매트릭스 및 (ⅱ) 상기 고분자 매트릭스에 분산되어 임베딩된(embedding) 복수의 반도체 나노입자를 함유하고, 상기 복수의 반도체 나노입자는 각각 양친매성 고분자에 의해 캡슐화된 것이며, 상기 반도체 나노입자는 코어-쉘 형태의 다중층 구조를 가지고, 그 최외각 쉘에 결합된 C1-C100 알킬, 보다 구체적으로는 C5-C50 알킬, 더욱 구체적으로는 C15-C20 알킬의 소수성 측쇄 리간드를 함유하며, 상기 반도체 나노입자에 결합된 소수성 측쇄 리간드와 상기 양친매성 고분자의 소수성 그룹 간의 소수성 상호작용(hydrophobic interaction)에 의해 상기 반도체 나노입자가 캡슐화되는 것을 특징으로 하는, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체에 관한 것이다.One aspect of the present invention contains (i) a polymer matrix and (ii) a plurality of semiconductor nanoparticles dispersed and embedded in the polymer matrix, wherein the plurality of semiconductor nanoparticles are each encapsulated by an amphiphilic polymer and the semiconductor nanoparticles have a core-shell type multilayer structure, and C 1 -C 100 alkyl, more specifically C 5 -C 50 alkyl, more specifically C 15 - It contains a hydrophobic side chain ligand of C 20 alkyl, wherein the semiconductor nanoparticles are encapsulated by a hydrophobic interaction between a hydrophobic side chain ligand bound to the semiconductor nanoparticles and a hydrophobic group of the amphiphilic polymer , to a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand.

구체적 예로, 상기 반도체 나노입자는 그 최외각 쉘에 존재하는 금속(M)과 합성에 사용된 용매인 올레산(OA)의 카복실그룹(-COOH)이 결합하여 M-OOC-C17 형태로, C18 알킬인 소수성 측쇄 리간드가 부착될 수 있다(도 2 참조).As a specific example, the semiconductor nanoparticles have a metal (M) present in the outermost shell and a carboxyl group (-COOH) of oleic acid (OA), a solvent used for synthesis, in the form of M-OOC-C 17 , C A hydrophobic side chain ligand that is an 18 alkyl may be attached (see FIG. 2).

일 구현예에 따르면, 상기 고분자 매트릭스는 아민-말단 실리콘계 고분자일 수 있는 바, 상기 실리콘계 고분자는 예를 들면, 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리메틸실록산, 부분 알킬화된 폴리메틸실록산, 폴리알킬메틸실록산, 폴리페닐메틸실록산 및 이의 조합 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는 PDMS를 사용할 수 있다.According to one embodiment, the polymer matrix may be an amine-terminated silicone-based polymer, and the silicone-based polymer is, for example, polydimethylsiloxane (PDMS), polymethylsiloxane, partially alkylated polymethylsiloxane, polyalkylmethylsiloxane. , but may be any one selected from polyphenylmethylsiloxane and combinations thereof, but is not limited thereto. Specifically, PDMS may be used.

다른 구현예에 따르면, 상기 고분자 매트릭스는 하기 화학식 1로 표현되는 아민-말단 PDMS일 수 있다.According to another embodiment, the polymer matrix may be an amine-terminated PDMS represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019091557797-pat00001
Figure 112019091557797-pat00001

상기 n은 30 내지 700의 정수이다.Said n is an integer of 30-700.

상기 아민-말단 PDMS의 중량평균 분자량은 2,000 내지 53,000, 구체적으로는 20,000 내지 40,000, 더욱 구체적으로는 25,000 내지 30,000일 수 있는데, 상기 중량평균 분자량이 2,000 미만인 경우에는 상기 반도체 나노입자가 PDMS 매트릭스에 의해 임베딩되지 못하고 겉도는 문제가 발생할 수 있고, 53,000 초과인 경우에는 고분자의 점도가 필요 이상으로 높아져서, 상기 반도체 나노입자가 고분자 매트릭스 내에 균일하게 분산되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.The weight average molecular weight of the amine-terminated PDMS may be 2,000 to 53,000, specifically 20,000 to 40,000, and more specifically 25,000 to 30,000. When the weight average molecular weight is less than 2,000, the semiconductor nanoparticles are formed by the PDMS matrix. It may not be embedded and a problem may occur, and when it exceeds 53,000, the viscosity of the polymer is higher than necessary, so that the semiconductor nanoparticles may not be uniformly dispersed in the polymer matrix.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 반도체 나노입자의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 공지되었거나 상업적으로 입수 가능한 반도체 나노입자를 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 반도체 나노입자는 II족-VI족 화합물, III족-V족 화합물, IV족-VI족 화합물, IV족 화합물, I족-III-VI족 화합물, I족-II족-IV족-VI족 화합물 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.According to another embodiment, the type of the semiconductor nanoparticles is not particularly limited, and known or commercially available semiconductor nanoparticles may be used. For example, the semiconductor nanoparticles may include a group II-VI compound, a group III-V compound, a group IV-VI compound, a group IV compound, a group I-III-VI compound, a group I-group-II-group-IV- It may include any one selected from Group VI compounds and combinations thereof.

상기 II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 II-VI족 화합물은 III족 금속을 더 포함할 수도 있다.The group II-VI compound is a binary compound selected from the group consisting of CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS, and mixtures thereof; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgZnTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnS, MgZnTe, MgZnS and mixtures thereof bovine compounds; and HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, and mixtures thereof. The group II-VI compound may further include a group III metal.

상기 III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 III-V족 화합물은 II족 금속을 더 포함할 수도 있다 (e.g., InZnP).The group III-V compound is a binary compound selected from the group consisting of GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, and mixtures thereof; a ternary compound selected from the group consisting of GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, and mixtures thereof; and GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb, and mixtures thereof. have. The group III-V compound may further include a group II metal (e.g., InZnP).

상기 IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 I족-III-VI족 화합물의 예는, CuInSe2, CuInS2, CuInGaSe, CuInGaS 를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 상기 I족-II족-IV족-VI족 화합물의 예는 CuZnSnSe, CuZnSnS를 포함하나 이에 제한되지 않는다.The group IV-VI compound is a binary compound selected from the group consisting of SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe, and mixtures thereof; a ternary compound selected from the group consisting of SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe, and mixtures thereof; and a quaternary compound selected from the group consisting of SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe, and mixtures thereof. Examples of the group I-III-VI compound include, but are not limited to , CuInSe 2 , CuInS 2 , CuInGaSe, and CuInGaS. Examples of the group I-II-IV-VI compound include, but are not limited to, CuZnSnSe and CuZnSnS.

상기 IV족 원소 또는 화합물은 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 단원소; 및 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The group IV element or compound is a single element selected from the group consisting of Si, Ge, and mixtures thereof; and SiC, SiGe, and mixtures thereof.

상기 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다. 하나의 반도체 나노입자는 다른 반도체 나노입자를 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다. 또한, 상기 반도체 나노결정은 하나의 반도체 나노결정 코어와 이를 둘러싸는 다층의 쉘을 포함하는 구조를 가질 수도 있다. 이때 다층의 쉘 구조는 2층 이상의 쉘 구조를 가지는 것으로 각각의 층은 단일 조성 또는 합금 또는 농도 구배를 가질 수 있다.The binary, ternary, or quaternary compound may be present in the particle at a uniform concentration, or may be present in the same particle as the concentration distribution is partially divided into different states. One semiconductor nanoparticle may have a core/shell structure surrounding another semiconductor nanoparticle. The interface between the core and the shell may have a concentration gradient in which the concentration of the element present in the shell decreases toward the center. In addition, the semiconductor nanocrystal may have a structure including one semiconductor nanocrystal core and a multi-layered shell surrounding the semiconductor nanocrystal core. In this case, the multi-layered shell structure has a shell structure of two or more layers, and each layer may have a single composition or an alloy or a concentration gradient.

구체적으로는, 상기 반도체 나노입자는 CdSe/ZnS/ZnS(코어/쉘/쉘) 또는 InP/GaP/ZnS(코어/쉘/쉘)의 양자점일 수 있고, 더욱 구체적으로는, 상기 반도체 나노입자는 (1) CdSe-코어부, (2) 상기 코어부를 둘러싸는 ZnS-제1 쉘부 및 (3) 상기 제1 쉘부를 둘러싸는 ZnS-제2 쉘부를 포함하고, 상기 ZnS-제1 쉘부는 상기 CdSe-코어부로부터 농도구배가 점진적으로 형성되어 상기 CdSe-코어부와 합금을 형성하는 것일 수 있다. 이하에서는 상기 반도체 나노입자를 CdSe@ZnS/ZnS으로 기재하도록 한다.Specifically, the semiconductor nanoparticles may be quantum dots of CdSe/ZnS/ZnS (core/shell/shell) or InP/GaP/ZnS (core/shell/shell), and more specifically, the semiconductor nanoparticles are (1) a CdSe-core portion, (2) a ZnS-first shell portion surrounding the core portion, and (3) a ZnS-second shell portion surrounding the first shell portion, wherein the ZnS-first shell portion comprises the CdSe - A concentration gradient may be gradually formed from the core portion to form an alloy with the CdSe-core portion. Hereinafter, the semiconductor nanoparticles will be described as CdSe@ZnS/ZnS.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 양친매성 고분자는 말레산무수물 단량체를 포함할 수 있다. 상기 고분자 매트릭스가 아민-말단 PDMS이고, 상기 양친매성 고분자가 말레산무수물 단량체를 포함하는 경우, 상기 양친매성 고분자에 포함된 말레산무수물 그룹과 상기 아민-말단 PDMS의 아민 그룹 사이에서 가교반응에 의한 겔화를 통하여 아민-말단 PDMS 매트릭스를 형성함과 동시에, 상기 아민-말단 PDMS 매트릭스 상에 상기 복수의 반도체 나노입자가 분산되어 임베딩된 형태의, 소수성 측쇄를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 형성할 수 있다.According to another embodiment, the amphiphilic polymer may include a maleic anhydride monomer. When the polymer matrix is an amine-terminated PDMS and the amphiphilic polymer includes a maleic anhydride monomer, a crosslinking reaction between the maleic anhydride group included in the amphiphilic polymer and the amine group of the amine-terminated PDMS At the same time as forming an amine-terminated PDMS matrix through gelation, the semiconductor nanoparticles having a hydrophobic side chain in an embedded form in which the plurality of semiconductor nanoparticles are dispersed on the amine-terminated PDMS matrix to form a polymer nanocomposite can

또 다른 구현예에 따르면, 상기 양친매성 고분자는 하기 화학식 2로 표현되는 큐멘-말단 폴리(스티렌-co-말레산무수물)일 수 있다.According to another embodiment, the amphiphilic polymer may be a cumene-terminated poly(styrene-co-maleic anhydride) represented by the following Chemical Formula 2.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112019091557797-pat00002
Figure 112019091557797-pat00002

상기 m은 7 내지 21의 정수이다.Wherein m is an integer of 7 to 21.

상기 n은 1 내지 6의 정수이다.Said n is an integer of 1-6.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 양친매성 고분자에 의해 캡슐화된 반도체 나노입자의 직경이 1 내지 100 nm, 구체적으로는 15 내지 50 nm, 더욱 구체적으로는 22 내지 25 nm일 수 있다. 상기 양친매성 고분자에 의해 캡슐화된 반도체 나노입자의 직경이 1 내지 100 nm의 범위를 벗어나는 경우 상기 반도체 나노입자가 고분자 매트릭스에 의해 임베딩되지 못하고 겉도는 문제가 발생할 수 있다.According to another embodiment, the diameter of the semiconductor nanoparticles encapsulated by the amphiphilic polymer may be 1 to 100 nm, specifically 15 to 50 nm, more specifically 22 to 25 nm. If the diameter of the semiconductor nanoparticles encapsulated by the amphiphilic polymer is out of the range of 1 to 100 nm, the semiconductor nanoparticles may not be embedded by the polymer matrix and a problem may occur.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 반도체 나노입자의 농도는 상기 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체 전체 중량에 대해 0.01 내지 80 중량%, 구체적으로는 0.05 내지 30 중량%, 보다 구체적으로는 0.1 내지 15 중량%, 더욱 구체적으로는 0.8 내지 3 중량%일 수 있다. 상기와 같이 반도체 나노입자를 고농도로 포함하는 경우에도 상기 반도체 나노입자의 표면을 둘러싸는 양친매성 고분자 층에 의하여, 반도체 나노입자끼리 응집되지 않고 균일한 분산성을 갖는 효과가 있으며, 특이하게도, 상기 반도체 나노입자의 농도가 0.8 내지 3 중량%인 경우에는 상기 농도 범위를 벗어나는 경우에 비하여 발광 효율(luminous efficacy)이 현저히 향상됨을 확인하였다.According to another embodiment, the concentration of the semiconductor nanoparticles is 0.01 to 80% by weight, specifically 0.05 to 30% by weight, more specifically, based on the total weight of the semiconductor nanoparticles-polymer nanocomposite having the hydrophobic side chain ligand. 0.1 to 15% by weight, more specifically 0.8 to 3% by weight. Even when the semiconductor nanoparticles are included in a high concentration as described above, the amphiphilic polymer layer surrounding the surface of the semiconductor nanoparticles has an effect of having uniform dispersibility without aggregation of the semiconductor nanoparticles with each other, and specifically, When the concentration of the semiconductor nanoparticles was 0.8 to 3 wt%, it was confirmed that luminous efficacy was significantly improved compared to the case where the concentration was outside the above concentration range.

본 발명의 다른 측면은 본 발명에 따른, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 포함하는 필름에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a film comprising a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand according to the present invention.

일 구현예에 따르면, 상기 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 포함하는 필름은 상기 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 함유하는 현탁액을 유리 기재 상에 코팅한 후 용매를 증발시킴으로써 제조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment, the film comprising the semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having the hydrophobic side chain ligand is prepared by coating a suspension containing the semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having the hydrophobic side chain ligand on a glass substrate, followed by a solvent It may be prepared by evaporating, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 측면은 본 발명에 따른, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 포함하는 발광 다이오드에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a light emitting diode comprising a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand according to the present invention.

본 발명의 또 다른 측면은 본 발명에 따른, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 포함하는 광전자 장치에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to an optoelectronic device comprising a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand according to the present invention.

본 발명의 또 다른 측면은 (a) 반도체 나노입자가 분산된 현탁액에 양친매성 고분자를 용해시켜, 상기 양친매성 고분자에 의해 캡슐화된 반도체 나노입자를 형성하는 단계, 및 (b) 상기 양친매성 고분자에 의해 캡슐화된 반도체 나노입자를 함유하는 현탁액에 매트릭스 고분자를 첨가하고 실온에서 혼합하는 단계를 포함하고, 상기 반도체 나노입자는 코어-쉘 형태의 다중층 구조를 가지고, 그 최외각 쉘에 결합된 C1-C100 알킬의 소수성 측쇄 리간드를 함유하며, 상기 반도체 나노입자에 결합된 소수성 측쇄 리간드와 상기 양친매성 고분자의 소수성 그룹 간의 소수성 상호작용(hydrophobic interaction)에 의해 상기 반도체 나노입자가 캡슐화되는 것을 특징으로 하는, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체의 제조방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention is (a) dissolving an amphiphilic polymer in a suspension in which the semiconductor nanoparticles are dispersed to form semiconductor nanoparticles encapsulated by the amphiphilic polymer, and (b) in the amphiphilic polymer It was added to the matrix polymer in the suspension containing the semiconductor nanoparticles encapsulated by the method comprising: mixing at room temperature, and the semiconductor nanoparticles have a core-a has a multilayer structure of a shell-type, coupled to the outermost shell, C 1 -C 100 containing a hydrophobic side chain ligand of alkyl, characterized in that the semiconductor nanoparticles are encapsulated by a hydrophobic interaction between the hydrophobic side chain ligand bound to the semiconductor nanoparticles and the hydrophobic group of the amphiphilic polymer which relates to a method for preparing a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand.

일 구현예에 따르면, 상기 매트릭스 고분자는 아민-말단 실리콘계 고분자일 수 있는 바, 상기 실리콘계 고분자는 예를 들면, 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리메틸실록산, 부분 알킬화된 폴리메틸실록산, 폴리알킬메틸실록산, 폴리페닐메틸실록산 및 이의 조합 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는 PDMS를 사용할 수 있다.According to one embodiment, the matrix polymer may be an amine-terminated silicone-based polymer, and the silicone-based polymer is, for example, polydimethylsiloxane (PDMS), polymethylsiloxane, partially alkylated polymethylsiloxane, polyalkylmethylsiloxane. , but may be any one selected from polyphenylmethylsiloxane and combinations thereof, but is not limited thereto. Specifically, PDMS may be used.

다른 구현예에 따르면, 상기 매트릭스 고분자는 하기 화학식 1로 표현되는 아민-말단 PDMS일 수 있다.According to another embodiment, the matrix polymer may be an amine-terminated PDMS represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019091557797-pat00003
Figure 112019091557797-pat00003

상기 n은 30 내지 700의 정수이다.Said n is an integer of 30-700.

상기 아민-말단 PDMS의 중량평균 분자량은 2,000 내지 53,000, 구체적으로는 20,000 내지 40,000, 더욱 구체적으로는 25,000 내지 30,000일 수 있는데, 상기 중량평균 분자량이 2,000 미만인 경우에는 상기 반도체 나노입자가 PDMS 매트릭스에 의해 둘러싸이지 못하고 겉도는 문제가 발생할 수 있고, 53,000 초과인 경우에는 고분자의 점도가 필요 이상으로 높아져서, 상기 반도체 나노입자가 상기 고분자 매트릭스 내에 균일하게 분산되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.The weight average molecular weight of the amine-terminated PDMS may be 2,000 to 53,000, specifically 20,000 to 40,000, and more specifically 25,000 to 30,000. When the weight average molecular weight is less than 2,000, the semiconductor nanoparticles are formed by the PDMS matrix. If it is not surrounded and is exposed, a problem may occur, and when it exceeds 53,000, the viscosity of the polymer becomes higher than necessary, and a problem may occur that the semiconductor nanoparticles are not uniformly dispersed in the polymer matrix.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 반도체 나노입자는 II-VI족계 화합물 반도체 나노입자, III-V족계 화합물 반도체 나노입자, IV-VI족계 화합물 반도체 나노입자, Si계 나노입자 및 이들의 화합물 중 어느 하나의 나노입자를 포함할 수 있다.According to another embodiment, the semiconductor nanoparticles are any one of II-VI-based compound semiconductor nanoparticles, III-V-based compound semiconductor nanoparticles, IV-VI-based compound semiconductor nanoparticles, Si-based nanoparticles, and compounds thereof of nanoparticles.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 반도체 나노입자의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 공지되었거나 상업적으로 입수 가능한 양자점을 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 반도체 나노입자는 II족-VI족 화합물, III족-V족 화합물, IV족-VI족 화합물, IV족 화합물, I족-III-VI족 화합물, I족-II족-IV족-VI족 화합물 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다. According to another embodiment, the type of the semiconductor nanoparticles is not particularly limited, and known or commercially available quantum dots may be used. For example, the semiconductor nanoparticles may include a group II-VI compound, a group III-V compound, a group IV-VI compound, a group IV compound, a group I-III-VI compound, a group I-group-II-group-IV- It may include any one selected from Group VI compounds and combinations thereof.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 양친매성 고분자는 말레산무수물 단량체를 포함할 수 있다. 상기 고분자 매트릭스가 아민-말단 PDMS이고, 상기 양친매성 고분자가 말레산무수물 단량체를 포함하는 경우, 상기 양친매성 고분자에 포함된 말레산무수물 그룹과 상기 아민-말단 PDMS의 아민 그룹 사이에서 가교반응에 의한 겔화를 통하여 아민-말단 PDMS 매트릭스를 형성함과 동시에, 상기 아민-말단 PDMS 매트릭스 상에 상기 복수의 반도체 나노입자가 분산되어 임베딩된 형태의, 소수성 측쇄를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 형성할 수 있다.According to another embodiment, the amphiphilic polymer may include a maleic anhydride monomer. When the polymer matrix is an amine-terminated PDMS and the amphiphilic polymer includes a maleic anhydride monomer, a crosslinking reaction between the maleic anhydride group included in the amphiphilic polymer and the amine group of the amine-terminated PDMS At the same time as forming an amine-terminated PDMS matrix through gelation, the semiconductor nanoparticles having a hydrophobic side chain in an embedded form in which the plurality of semiconductor nanoparticles are dispersed on the amine-terminated PDMS matrix to form a polymer nanocomposite can

또 다른 구현예에 따르면, 상기 양친매성 고분자는 하기 화학식 2로 표현되는 큐멘-말단 폴리(스티렌-co-말레산무수물)일 수 있다.According to another embodiment, the amphiphilic polymer may be a cumene-terminated poly(styrene-co-maleic anhydride) represented by the following Chemical Formula 2.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112019091557797-pat00004
Figure 112019091557797-pat00004

상기 m은 7 내지 21의 정수이다.Wherein m is an integer of 7 to 21.

상기 n은 1 내지 6의 정수이다.Said n is an integer of 1-6.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 반도체 나노입자의 농도는 상기 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체 전체 중량에 대해 0.1 내지 15 중량%이고, 상기 양친매성 고분자는 말레산무수물 단량체를 포함하며, 상기 매트릭스 고분자는 아민-말단 실리콘계 고분자이며, 상기 말레산무수물/아민의 몰비는 0.4 내지 3.7, 구체적으로는 1 내지 3, 더욱 구체적으로는 2 내지 2.5일 수 있다. 특이하게도, 상기 반도체 나노입자의 농도 조건(0.1 내지 15 중량%)에서, 상기 말레산무수물/아민의 몰비가 0.4 내지 3.7인 범위를 벗어나는 경우에는 상기 양친매성 고분자의 말레산무수물 그룹과 상기 실리콘계 고분자의 아민 그룹의 가교반응에 의한 겔화가 발생하지 않아, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 복합체가 형성되지 않음을 확인하였다.
According to another embodiment, the concentration of the semiconductor nanoparticles is 0.1 to 15% by weight based on the total weight of the semiconductor nanoparticles-polymer nanocomposite having the hydrophobic side chain ligand, and the amphiphilic polymer comprises a maleic anhydride monomer, , The matrix polymer is an amine-terminated silicone-based polymer, and the molar ratio of maleic anhydride/amine may be 0.4 to 3.7, specifically 1 to 3, and more specifically 2 to 2.5. Specifically, when the molar ratio of maleic anhydride/amine is out of the range of 0.4 to 3.7 under the concentration conditions of the semiconductor nanoparticles (0.1 to 15% by weight), the maleic anhydride group of the amphiphilic polymer and the silicone-based polymer It was confirmed that gelation did not occur due to the crosslinking reaction of the amine group of , so that the semiconductor nanoparticle-polymer complex having a hydrophobic side chain ligand was not formed.

이하에서는 본 발명에 따른 제조예 및 실시예를 첨부된 도면과 함께 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, manufacturing examples and embodiments according to the present invention will be described in detail with accompanying drawings.

<실시예><Example>

재료ingredient

카드뮴 아세테이트(Cd(OAc)2, 99.99%), 인듐 아세테이트(In(OAc)3, 99.99 %), 1-도데켄사이올(1-DDT, > 98%), 갈륨 클로라이드(GaCl3, 99.999%), 산화 아연(ZnO, 99.99%), 아연 아세테이트(Zn(OAc)2, 99.99%), 올레산(OA, 90%), 트리옥틸포스핀(TOP, 90%), 1-옥타데센(1-ODE), 프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA, 99.5%), 큐멘-말단 폴리(스티렌-co-말레산무수물)(PSMA, Mn: ~1,900 (GPC)), 비스(3-아미노프로필) 말단 폴리(디메틸실록산)(H2N-PDMS-NH2, Mn: ~27,000)은 Aldrich로부터 구입하였다. 셀레늄(99.999%, 분말)과 황(99.5%, 분말)은 Alfa Aesar에서 구입하였다. 트리스(트리메틱실릴)포스파인(TMS3P, 95 %)은 JSI Silicone에서 구입하였다. 에틸알콜(99.99%), 에탄올(99.99%), 아세톤(99.99%), n-헥산(95.0%), 및 클로로포름(99.99%)은 덕산 화학에서 구입하였다. 모든 화학 물질은 추가 정제없이 사용하였다.
Cadmium Acetate (Cd(OAc) 2 , 99.99%), Indium Acetate (In(OAc) 3 , 99.99 %), 1-Dodekenthiol (1-DDT, > 98%), Gallium Chloride (GaCl3, 99.999%) , zinc oxide (ZnO, 99.99%), zinc acetate (Zn(OAc) 2 , 99.99%), oleic acid (OA, 90%), trioctylphosphine (TOP, 90%), 1-octadecene (1-ODE) ), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA, 99.5%), cumene-terminated poly(styrene-co-maleic anhydride) (PSMA, Mn: ~1,900 (GPC)), bis(3-aminopropyl) terminated poly( Dimethylsiloxane) (H 2 N-PDMS-NH 2 , Mn: ˜27,000) was purchased from Aldrich. Selenium (99.999%, powder) and sulfur (99.5%, powder) were purchased from Alfa Aesar. Tris(trimethicsilyl)phosphine (TMS 3 P, 95%) was purchased from JSI Silicone. Ethyl alcohol (99.99%), ethanol (99.99%), acetone (99.99%), n-hexane (95.0%), and chloroform (99.99%) were purchased from Duksan Chemical. All chemicals were used without further purification.

제조예 1: CdSe@ZnS/ZnS 양자점의 합성Preparation Example 1: Synthesis of CdSe@ZnS/ZnS quantum dots

고 발광성 및 안정적인 녹색-방출의 CdSe@ZnS/ZnS 코어/쉘 양자점을 종래 보고된 방법에 의해 합성하였다(Lee, Ki-Heon, et al. ACS nano 8.5 (2014): 4893-4901).CdSe@ZnS/ZnS core/shell quantum dots with high luminescence and stable green-emitting were synthesized by the previously reported method (Lee, Ki-Heon, et al. ACS nano 8.5 (2014): 4893-4901).

50 mL 3 구 플라스크에서 Cd(OAc)2 0.14 mmol, Zn(OAc)2 3.41 mmol 및 OA 7 mL를 첨가하고 진공도가 100 mTorr에 도달할 때까지 진공 상태에서 150 ℃에서 탈기시켰다. 이어서, 온도를 100 ℃로 낮추고 15 mL의 1-ODE를 플라스크에 주입한 다음, 30 분 동안 탈기시켰다. 탈기 후, 온도를 310 ℃로 상승시켜 Ar 퍼지를 유지하면서 Cd(OA)2 및 Zn(OA)2의 투명한 용액을 수득하였다. In a 50 mL three-necked flask, 0.14 mmol of Cd(OAc) 2 , 3.41 mmol of Zn(OAc) 2 and 7 mL of OA were added and degassed at 150° C. under vacuum until the vacuum reached 100 mTorr. Then, the temperature was lowered to 100° C. and 15 mL of 1-ODE was injected into the flask, followed by degassing for 30 minutes. After degassing, the temperature was raised to 310° C. to obtain a clear solution of Cd(OA) 2 and Zn(OA) 2 while maintaining the Ar purge.

이 단계에 이어, 5 mL의 TOP에 5 mmol Se 및 5 mmol S를 용해시켜 제조한 2 mL TOPSeS를 310 ℃에서 상기 플라스크에 신속하게 주입하고 CdSe@ZnS 합금 코어의 성장을 위해 10 분 동안 반응시켰다. 안정성을 높이기 위해, CdSe@ZnS 코어의 현탁액에 2.4 mL S 공급원(4.8mL 1-ODE에 3.2mmol S)을 주입하여, ZnS 쉘로 CdSe@ZnS 코어를 코팅하였다. 12 분 후, 5 mL Zn 공급원(2 mL OA 및 4 mL ODE에서 Zn(OAc)2 4.92 mmol)을 상기 현탁액에 주입하였다. 그 다음, 5 mL S 전구체(10 mL TOP에서 19.3 mmol S)를 0.5 mL/분의 속도로 반응 배지에 적가하고, 20 분 동안 반응시켰다. 반응을 완결시키기 위해, 반응기를 신속하게 실온으로 냉각시켰다. 합성된 양자점(QD)은 4 mL의 헥산 및 50 mL의 아세톤을 첨가하여 9000 rpm에서 10 분간 원심분리하고, 클로로포름에 재 분산하여 침전시킨 후, 정제 단계를 3 회 반복한 후, 양자점을 이후의 사용을 위해 클로로포름에 분산시켰다. 이렇게 합성된 CdSe@ZnS/ZnS 양자점은 그의 최외각 쉘에 존재하는 Zn과 합성에 사용된 올레산(OA)의 카복실그룹(-COOH)이 결합하여 Zn-OOC-C17 형태로, C18 알킬인 소수성 측쇄 리간드가 부착됨을 확인하였다(도 2 참조).
Following this step, 2 mL TOPSeS prepared by dissolving 5 mmol Se and 5 mmol S in 5 mL of TOP was rapidly injected into the flask at 310° C. and reacted for 10 minutes for growth of CdSe@ZnS alloy core. . To increase the stability, a 2.4 mL S source (3.2 mmol S in 4.8 mL 1-ODE) was injected into the suspension of the CdSe@ZnS core, and the CdSe@ZnS core was coated with a ZnS shell. After 12 min, 5 mL Zn source ( 4.92 mmol of Zn(OAc) 2 in 2 mL OA and 4 mL ODE) was injected into the suspension. Then, 5 mL S precursor (19.3 mmol S in 10 mL TOP) was added dropwise to the reaction medium at a rate of 0.5 mL/min, and reacted for 20 minutes. To complete the reaction, the reactor was rapidly cooled to room temperature. The synthesized quantum dots (QDs) were centrifuged at 9000 rpm for 10 minutes at 9000 rpm by adding 4 mL of hexane and 50 mL of acetone, redispersed in chloroform to precipitate, and the purification step was repeated 3 times, and the quantum dots were then Disperse in chloroform for use. The thus synthesized CdSe @ ZnS / ZnS quantum dot is a carboxyl group (-COOH) of the oleic acid (OA) used in the synthesis and Zn present in its outermost shell is combined with Zn-OOC-C 17 type, the C 18 alkyl It was confirmed that the hydrophobic side chain ligand was attached (see FIG. 2).

제조예 2: InP/GaP/ZnS 양자점의 합성Preparation Example 2: Synthesis of InP/GaP/ZnS quantum dots

고 발광성 및 안정적인 녹색-방출의 InP/GaP/ZnS 코어/쉘/쉘 양자점을 종래 보고된 방법에 의해 합성하였다(Park, Joong Pill, et al. Sci. Rep. 6 (2016): 2-7).High luminescence and stable green-emitting InP/GaP/ZnS core/shell/shell quantum dots were synthesized by the previously reported method (Park, Joong Pill, et al. Sci. Rep. 6 (2016): 2-7). .

50 mL 3 구 플라스크에서 In(OAc)3 0.24 mmol, Zn(OAc)2 1 mmol, 미리스트산 2.17 mmol 및 1-ODE 4 mL를 첨가하고 진공도가 100 mTorr에 도달할 때까지 진공 상태에서 110 ℃에서 2 시간 동안 탈기시켰다. 이어서, 온도를 25 ℃로 낮추고 Ar 퍼지를 유지하면서 (TMS3)P 0.19 mmol와 1-ODE 1 ml의 혼합물 및 GaCl3 0.085 mmol과 1-ODE 1 ml의 혼합물 두 종류를 플라스크에 주입하였다. 이후 혼합물의 온도는 10 분 내로 300 ℃까지 상승시켰으며, 온도가 300 ℃에 도달하였을 때, 1-DDT 1 mmol를 주입하고 10 분 동안 반응을 진행하였다. 추가적인 쉘 성장을 위해, 올레산아연(zinc oleate) 2 mmol을 주입하고, 1-DDT 3 mmol을 주입하여 10 분 동안 반응을 진행하였다. 합성된 양자점(QD)은 4 mL의 헥산 및 50 mL의 에탄올을 첨가하여 9000 rpm에서 10 분간 원심분리하고, 클로로포름에 재 분산하여 침전시킨 후, 정제 단계를 3 회 반복한 후, 양자점을 이후의 사용을 위해 클로로포름에 분산시켰다.
In a 50 mL three-necked flask, add 0.24 mmol of In(OAc) 3 , 1 mmol of Zn(OAc) 2 , 2.17 mmol of myristic acid and 4 mL of 1-ODE, and vacuum at 110 °C until the vacuum reaches 100 mTorr. was degassed for 2 hours. Then, while the temperature was lowered to 25 °C and the Ar purge was maintained, two types of a mixture of (TMS 3 )P 0.19 mmol and 1-ODE 1 ml and GaCl 3 0.085 mmol and 1-ODE 1 ml were injected into the flask. Then, the temperature of the mixture was raised to 300 °C within 10 minutes, and when the temperature reached 300 °C, 1 mmol of 1-DDT was injected and the reaction was carried out for 10 minutes. For additional shell growth, 2 mmol of zinc oleate was injected, and 3 mmol of 1-DDT was injected, and the reaction was carried out for 10 minutes. The synthesized quantum dots (QDs) were centrifuged at 9000 rpm for 10 minutes by adding 4 mL of hexane and 50 mL of ethanol, redispersed in chloroform to precipitate, and then the purification step was repeated 3 times, and the quantum dots were then Disperse in chloroform for use.

실시예 1: 양친매성 고분자에 의한 표면 개질과 QD-PSMA/PDMS 나노복합체의 제조(1)Example 1: Surface modification by amphiphilic polymer and preparation of QD-PSMA/PDMS nanocomposite (1)

양친매성 고분자(PSMA)를 이용한, 상기 제조예 1의 CdSe@ZnS/ZnS 양자점(QD)의 표면 개질은 상기 양자점 표면에 결합된 소수성 측쇄 리간드와 PSMA(양친매성 고분자)의 소수성 그룹 사이의 소수성 상호작용을 이용하여 수행하였다. 상이한 양의 PSMA를 2 mL 클로로포름의 양자점 현탁액에 첨가하였다. QD/PSMA 현탁액을 6 시간 동안 교반하여 PSMA의 용해킴으로써 PSMA-개질된 QD(QD-PSMA)를 형성하였다. Surface modification of the CdSe@ZnS/ZnS quantum dots (QD) of Preparation Example 1 using an amphiphilic polymer (PSMA) is a hydrophobic interaction between a hydrophobic side chain ligand bound to the surface of the quantum dot and a hydrophobic group of PSMA (amphiphilic polymer) action was used. Different amounts of PSMA were added to the quantum dot suspension in 2 mL chloroform. The QD/PSMA suspension was stirred for 6 h to dissolve PSMA to form PSMA-modified QDs (QD-PSMA).

이후, QD-PSMA/PDMS 나노복합체를 제조하기 위해, 아민 말단-PDMS(H2N-PDMS-NH2)를 실온에서 상기 QD-PSMA 현탁액과 혼합하여 QD 상의 양친매성 고분자와 PDMS 사이의 가교 반응을 가능하게 함으로써, QD-PSMA/PDMS 나노복합체를 제조하였다.
Then, to prepare QD-PSMA/PDMS nanocomposites, amine-terminated -PDMS (H 2 N-PDMS-NH 2 ) was mixed with the QD-PSMA suspension at room temperature to cross-link the amphiphilic polymer on QDs and PDMS By enabling the QD-PSMA / PDMS nanocomposite was prepared.

실시예 2: 양친매성 고분자에 의한 표면 개질과 QD-PSMA/PDMS 나노복합체의 제조(2)Example 2: Surface modification by amphiphilic polymer and preparation of QD-PSMA/PDMS nanocomposite (2)

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 제조예 1로부터 제조된 양자점 대신 제조예 2로부터 제조된 InP/GaP/ZnS 양자점(QD)을 사용하여 QD-PSMA/PDMS 나노복합체를 제조하였다.
A QD-PSMA/PDMS nanocomposite was prepared in the same manner as in Example 1, except that the InP/GaP/ZnS quantum dots (QDs) prepared in Preparation Example 2 were used instead of the quantum dots prepared in Preparation Example 1.

비교예: 변형되지 않은 QD/PDMS 나노복합체의 제조Comparative Example: Preparation of unmodified QD/PDMS nanocomposites

변형되지 않은 양자점(QD)과 상업적으로 이용 가능한 PDMS 고분자(Sylgard-184, Dow Corning)를 사용하여 나노복합체를 준비하였다. 구체적으로 상기 제조예 1로부터 합성된 CdSe@ZnS/ZnS 양자점(QD)을 1 g의 Sylgard 고분자 및 0.1g 경화제와 혼합하였다. 상기 혼합물을 실온에서 1 시간 동안 진공 건조시켜 용매와 공기 방울을 제거하고 대류 오븐에서 150 ℃로 2 시간 동안 경화시켜 QD/Sylgard 나노복합체를 얻었다.
Nanocomposites were prepared using unmodified quantum dots (QDs) and a commercially available PDMS polymer (Sylgard-184, Dow Corning). Specifically, the CdSe@ZnS/ZnS quantum dots (QD) synthesized in Preparation Example 1 were mixed with 1 g of Sylgard polymer and 0.1 g of a curing agent. The mixture was vacuum dried at room temperature for 1 hour to remove solvent and air bubbles, and cured in a convection oven at 150° C. for 2 hours to obtain QD/Sylgard nanocomposites.

<실험예><Experimental example>

실험예 1: LED 응용Experimental Example 1: LED Application

LED 실험을 위해, 상기 실시예 1로부터 제조된 QD-PSMA/PDMS 복합체를 청색 LED 칩(대광 일루미네이션, λex = 450 nm) 표면 실장 장치(SMD: surface mount device)에 놓고 150 ℃에서 경화시켰다. 비교를 위해, 비교예로부터 제조된 QD/Sylgard 나노복합체를 사용하여 청색 LED를 준비하였다. 이어서 LED의 발광 특성을 LED 시험 장치가 장착된 적분구(integrating sphere)를 이용하여 측정하였다.
For the LED experiment, the QD-PSMA/PDMS composite prepared in Example 1 was placed on a blue LED chip (large light illumination, λex = 450 nm) surface mount device (SMD) and cured at 150°C. For comparison, a blue LED was prepared using the QD/Sylgard nanocomposite prepared in Comparative Example. Then, the luminescence characteristics of the LED were measured using an integrating sphere equipped with an LED test device.

실험예 2: 특성 분석Experimental Example 2: Characterization

제조예로부터 합성된 양자점의 크기 및 형태는 투과 전자 현미경(TEM, JEM-2100, JEOL) 및 준탄성 광 산란(QELS, Nano-ZS, Malvern)을 사용하여 결정하였다. 상기 양자점의 UV-Vis 흡수 스펙트럼 및 나노복합체 필름의 투과율은 분광 광도계(V-730, JASCO)를 사용하여 확인하엿다. 퍼킨-엘머 LS-55 광 발광(PL) 분광계를 사용하여 방출 스펙트럼을 획득하였다. 실시예 1의 QD-PSMA/PDMS 및 비교예의 QD/Sylgard 나노복합체의 분산 상태는 공초점 현미경(LSM-880, ZEISS)으로 관찰하였다. LED의 발광 및 색 변환 효율을 추정하기 위해, 여기 에너지원(QE-1000, Otsuka Electronics)으로서 460 nm Xe 레이저와 함께 적분구를 사용하였다.
The size and shape of the quantum dots synthesized from Preparation Examples were determined using a transmission electron microscope (TEM, JEM-2100, JEOL) and quasi-elastic light scattering (QELS, Nano-ZS, Malvern). The UV-Vis absorption spectrum of the quantum dots and the transmittance of the nanocomposite film were confirmed using a spectrophotometer (V-730, JASCO). Emission spectra were acquired using a Perkin-Elmer LS-55 photoluminescence (PL) spectrometer. The dispersion state of the QD-PSMA/PDMS of Example 1 and the QD/Sylgard nanocomposite of Comparative Example was observed with a confocal microscope (LSM-880, ZEISS). In order to estimate the light emission and color conversion efficiency of the LED, an integrating sphere with a 460 nm Xe laser was used as an excitation energy source (QE-1000, Otsuka Electronics).

<실험 결과><Experiment result>

1. 합성 및 표면 개질된 QD의 특성 분석1. Characterization of Synthetic and Surface Modified QDs

OA 및 TOP으로 캡핑된 고 발광 녹색-방출의 CdSe@ZnS/ZnS 양자점은 상기와 같이 종래 보고된 방법에 의하여 합성하였고, PSMA로 표면을 개질하여 QD-PSMA를 생성하였다. High luminescence green-emitting CdSe@ZnS/ZnS quantum dots capped with OA and TOP were synthesized by the previously reported method as described above, and QD-PSMA was produced by surface modification with PSMA.

도 1(a)을 참조하면, PL 스펙트럼은 QD-PSMA의 PL 강도와 λmax가 표면 개질 후에도 거의 일정하게 유지되었음을 확인할 수 있다. 양자점의 PL 강도는 일반적으로 본래 표면 리간드의 분리로 인해 리간드 교환 후 감소하는 것으로 보고되고 있다. 그러나, 양자점 표면 상에 양친매성 고분자를 코팅함으로써 표면 상에 본래의 리간드를 유지하여 PL 강도 및 λmax를 보존하였다. Referring to FIG. 1(a), the PL spectrum confirms that the PL intensity and λ max of QD-PSMA were maintained almost constant even after surface modification. It is reported that the PL intensity of quantum dots generally decreases after ligand exchange due to segregation of the native surface ligand. However, by coating the amphiphilic polymer on the surface of the quantum dot, the native ligand was maintained on the surface to preserve the PL intensity and λ max .

또한 표면 개질 후, QELS로부터 얻은 QD의 평균 유체 역학적 직경은 18.5 nm에서 23.26 nm로 약간 증가한 반면(도 1(d) 및 1(e)), TEM은 눈에 띄는 크기 변화를 보이지 않았다(도 1(b)). 이러한 QELS와 TEM 크기 사이의 불일치는 유체 역학적 직경의 증가가 PSMA에 의한 캡슐화에 기인할 수 있음을 시사한다. Also, after surface modification, the average hydrodynamic diameter of QDs obtained from QELS increased slightly from 18.5 nm to 23.26 nm (Fig. 1(d) and 1(e)), whereas TEM showed no noticeable size change (Fig. 1). (b)). This discrepancy between QELS and TEM sizes suggests that the increase in hydrodynamic diameter may be due to encapsulation by PSMA.

또한, 도 1(c)를 참조하면, PGMEA(1-Methoxy-2-Propyl Acetate)와 같은 극성 용매가 합성된 QD 현탁액에 첨가될 때, QD 표면의 소수성으로 인해 QD의 응집이 발생하였다. 그러나 PSMA로 표면 개질된(-capped) QD는 PGMEA 용액에서 콜로이드 모양으로 안정적으로 유지되어 PSMA로의 표면 개질이 성공적으로 수행되었음을 확인할 수 있다.
In addition, referring to FIG. 1(c), when a polar solvent such as PGMEA (1-Methoxy-2-Propyl Acetate) was added to the synthesized QD suspension, aggregation of QDs occurred due to the hydrophobicity of the QD surface. However, the PSMA surface-modified (-capped) QDs were stably maintained in a colloidal shape in the PGMEA solution, confirming that the surface modification with PSMA was successfully performed.

2. QD-PSMA/PDMS 나노복합체의 형성 및 필름으로의 제조2. Formation of QD-PSMA/PDMS Nanocomposites and Preparation of Films

상기 실시예 1로부터 제조된 QD-PSMA/PDMS 나노복합체는 QD-PSMA와 아민-말단 PDMS 고분자를 혼합하여 제조하였다. 혼합물은 2 시간 이내에 겔화되었으며, 이는 QD 표면의 말레산무수물(MA) 그룹과 PDMS의 아민 그룹 사이의 가교 반응에 의해 야기된 것일 수 있다. 도 2를 참조하면, QD-PSMA가 PDMS 고분자의 가교제 역할을 한다는 것을 확인할 수 있다.The QD-PSMA/PDMS nanocomposite prepared in Example 1 was prepared by mixing QD-PSMA and an amine-terminated PDMS polymer. The mixture gelled within 2 hours, which may be caused by a crosslinking reaction between maleic anhydride (MA) groups on the QD surface and amine groups in PDMS. Referring to FIG. 2 , it can be confirmed that QD-PSMA acts as a crosslinking agent for the PDMS polymer.

가교 반응에 대한 PSMA 양의 효과를 이해하기 위해, PDMS의 NH2에 대한 QD-PSMA 상의 MA의 몰비를 0.1 내지 14.8로 변화시키고, QD 농도는 1 중량%로 일정하게 유지하였다. 도 3은 MA/NH2 비가 0.4보다 낮거나 3.7보다 클 때 겔화가 발생하지 않았음을 나타내며, 이는 겔화를 위한 PSMA의 최적량을 나타낸다. MA/NH2 비가 너무 낮거나 너무 높으면, PDMS 네트워크에서 가교 반응의 정도가 겔화가 될 만큼 충분히 높지 않아서, 유동성 혼합물이 생성됨을 확인하였다. 상기 결과로부터, MA/NH2의 몰비를 2.2로 설정하였고, 유리 기판 상에 QD-PSMA와 PDMS의 혼합물을 코팅한 후 용매를 증발시켜 QD-PSMA/PDMS 나노복합체 필름을 제조하였다. 비교를 위해, 변형되지 않은 QD 및 상용 고분자를 사용하여 제조한 비교예 1의 나노복합체(QD/Sylgard)를 이용하여 상기 QD-PSMA/PDMS 나노복합체 필름과 동일한 방법으로 나노복합체(QD/Sylgard) 필름을 제조하였다.
To understand the effect of the amount of PSMA on the crosslinking reaction, the molar ratio of MA on QD-PSMA to NH 2 of PDMS was varied from 0.1 to 14.8, and the QD concentration was kept constant at 1 wt%. 3 shows that gelation did not occur when the MA/NH 2 ratio was lower than 0.4 or greater than 3.7, indicating the optimal amount of PSMA for gelation. It was confirmed that if the MA/NH 2 ratio was too low or too high, the degree of crosslinking reaction in the PDMS network was not high enough to cause gelation, resulting in a flowable mixture. From the above results, the molar ratio of MA/NH 2 was set to 2.2, and after coating a mixture of QD-PSMA and PDMS on a glass substrate, the solvent was evaporated to prepare a QD-PSMA/PDMS nanocomposite film. For comparison, the nanocomposite (QD/Sylgard) in the same manner as the QD-PSMA/PDMS nanocomposite film using the nanocomposite (QD/Sylgard) of Comparative Example 1 prepared using unmodified QD and a commercial polymer A film was prepared.

3. QD-PSMA/PDMS 나노복합체의 광학 특성3. Optical properties of QD-PSMA/PDMS nanocomposites

QD-PSMA/PDMS 나노복합체 필름 및 QD/Sylgard 나노복합체 필름의 광학 특성을 비교하였다. 도 4를 참조하면, 광범위한 QD 농도(0.1 ~ 30 wt %)에서 투명한 QD-PSMA/PDMS 필름을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었고, 반면 QD/Sylgard 나노복합체 필름은 1 중량 %의 QD 농도에서도 반투명함을 확인하였다. 일반적으로, 나노입자 기반 나노복합체의 투명도 감소는 방출 스펙트럼에서 광 산란 및 λmax의 적색 편이(redshift)를 일으키는 것으로 알려진 응집 현상에 기인한다. QD-PSMA/PDMS 필름은 QD 농도가 매우 높더라도(30 wt %) 투명성을 유지하였으며 QD 농도가 증가함에 따라 약간의 적색 편이만 관찰되었다(도 5(a)). 반면, 광 산란으로 인해 QD/Sylgard 나노복합체 필름은 반투명하였으며, 1 중량%의 농도에서도 적색 편이가 명백하였다. 이러한 결과는 QD가 QD/Sylgard 나노복합체 필름에서 응집체 형태로 분포되었음을 시사한다.The optical properties of the QD-PSMA/PDMS nanocomposite film and the QD/Sylgard nanocomposite film were compared. 4, it was confirmed that a transparent QD-PSMA/PDMS film could be obtained in a wide range of QD concentrations (0.1 to 30 wt %), whereas the QD/Sylgard nanocomposite film was translucent even at a QD concentration of 1 wt %. was confirmed. In general, the decrease in transparency of nanoparticle-based nanocomposites is due to aggregation phenomena known to cause light scattering and a redshift of λ max in the emission spectrum. The QD-PSMA/PDMS film maintained transparency even when the QD concentration was very high (30 wt %), and only a slight redshift was observed as the QD concentration increased (Fig. 5(a)). On the other hand, the QD/Sylgard nanocomposite film was translucent due to light scattering, and a red shift was evident even at a concentration of 1 wt%. These results suggest that QDs were distributed in the form of aggregates in the QD/Sylgard nanocomposite film.

또한, UV-Vis 분광법으로 QD-PSMA/PDMS 나노복합체 필름의 투과율을 비교하였다. 입자 내장형 나노 복합물에서 몇 가지 요인이 투과율에 영향을 줄 수 있다. 레일리 산란 이론(Rayleigh scattering theory)에 따르면, 나노복합체의 투명성 손실은 다음과 같이 반경 r 및 부피 분율 φ p를 갖는 구형 나노입자에 의한 광 산란의 결과이다 :In addition, the transmittance of QD-PSMA/PDMS nanocomposite films was compared by UV-Vis spectroscopy. Several factors can affect transmittance in particle-embedded nanocomposites. According to the Rayleigh scattering theory, the transparency loss of the nanocomposite is a result of light scattering by spherical nanoparticles with radius r and volume fraction φ p as follows:

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112019091557797-pat00005

Figure 112019091557797-pat00005

여기서 T는 나노복합체의 투과율이고, λ는 빛의 파장, x는 광 경로 길이, np 및 nm는 각각 나노입자와 고분자 매트릭스의 굴절률이다. 여기서 필름 내의 입자 크기를 제외하고 모든 매개 변수가 동일하다. 일반적으로, 입자 크기는 광 산란에 의한 투명성 손실을 최소화하기 위해 광 파장의 약 10 분의 1보다 작아야 한다. 따라서, QD의 응집은 상당한 광 산란을 초래할 수 있고 따라서 나노복합체 필름의 투명성을 감소시킬 수 있다. 도 5(b)는 QD-PSMA/PDMS 필름이 QD 농도에 관계없이 모든 파장에서 QD/Sylgard 필름보다 훨씬 높은 투과율을 나타냈음을 보여준다. QD/Sylgard 필름에서 QD의 응집으로 인해 상당한 광 산란 및 투과율 감소가 발생했기 때문일 수 있다. 또한, QD 농도의 증가는 QD-PSMA/PDMS 필름의 투과율을 감소시켰다. 광 산란은 QD-PSMA/PDMS 필름에서 무시할 수 있기 때문에(도 4), 투과율은 주로 QD에 의한 흡수에 의해 좌우되므로 QD 농도에 따른 투과율이 감소할 수 있다.
where T is the transmittance of the nanocomposite, λ is the wavelength of light, x is the optical path length, and n p and n m are the refractive indices of the nanoparticles and the polymer matrix, respectively. Here, all parameters are identical except for the particle size within the film. In general, the particle size should be less than about one tenth of the wavelength of light to minimize loss of transparency due to light scattering. Therefore, aggregation of QDs can lead to significant light scattering and thus reduce the transparency of the nanocomposite film. Figure 5(b) shows that the QD-PSMA/PDMS film exhibited much higher transmittance than the QD/Sylgard film at all wavelengths regardless of the QD concentration. This may be because the aggregation of the QDs in the QD/Sylgard film resulted in significant light scattering and transmittance reduction. In addition, the increase in QD concentration decreased the transmittance of the QD-PSMA/PDMS film. Since the light scattering is negligible in the QD-PSMA/PDMS film (Fig. 4), the transmittance depends mainly on absorption by the QDs, so the transmittance with QD concentration may decrease.

4. 나노복합체 필름 내 분산 상태4. Dispersion State in Nanocomposite Film

나노복합체 필름의 광학적 특성과 분산 상태 사이의 관계를 확인하기 위해, 공초점 현미경 및 초점 이온 빔(FIB) TEM을 사용하여 QD-PSMA/PDMS 및 QD/Sylgard 필름에서 QD의 분산 상태를 직접 관찰하였다. 도 6(a)와 6(b)는 QD의 분포가 QD-PSMA/PDMS에서는 균일한 반면, QD/Sylgard에서는 상당한 크기의 응집으로 인해 주로 마이크로 크기의 형광 입자와 공극(형광이 없는 부분)이 있음을 보여준다. 또한 TEM 분석을 위해 QD-PSMA/PDMS의 FIB 샘플을 준비하였는데, 이는 QD가 고농도에서도 응집없이 단리된 나노입자로 존재함을 보여준다(도 6(c) 및 6(d)).In order to confirm the relationship between the optical properties of the nanocomposite film and the dispersion state, the dispersion state of QDs in QD-PSMA/PDMS and QD/Sylgard films was directly observed using confocal microscopy and focused ion beam (FIB) TEM. . 6(a) and 6(b) show that the distribution of QDs is uniform in QD-PSMA/PDMS, whereas in QD/Sylgard, there are mainly micro-sized fluorescent particles and pores (non-fluorescence part) due to significant aggregation in QD/Sylgard. show that there is In addition, FIB samples of QD-PSMA/PDMS were prepared for TEM analysis, which shows that QDs exist as isolated nanoparticles without aggregation even at high concentrations ( FIGS. 6(c) and 6(d)).

QD의 분산 상태에서의 불일치는 다음과 같이 설명될 수 있다. QD/Sylgard 나노복합체에서, QD 사이의 반데르발스 인력이 지배적이어서 고분자 매트릭스에서 QD의 심각한 응집을 야기시켰고, 반면 QD-PSMA/PDMS 나노복합체에서 QD가 입체 안정화를 제공하는 PSMA 고분자 캡슐화 층에 의해 분리되어 QD 사이의 반데르발스 인력이 감소하였다. 또한, QD-PSMA와 아민-말단 PDMS의 가교 반응으로 인해 QD가 PDMS 네트워크에 의해 둘러싸이게 되었다. 이 연구에서 아민-말단 PDMS는 27,000의 분자량을 가졌으며, 이는 QD의 응집을 방지하기 위한 스페이서로서 작용하기에 충분히 높았다.
The discrepancy in the dispersion state of QDs can be explained as follows. In the QD/Sylgard nanocomposite, van der Waals attraction between the QDs was dominant, causing severe aggregation of the QDs in the polymer matrix, whereas in the QD-PSMA/PDMS nanocomposite the QDs were sterilized by the PSMA polymer encapsulation layer providing steric stabilization. The separation reduces the van der Waals attraction between the QDs. In addition, the QDs were surrounded by the PDMS network due to the crosslinking reaction between QD-PSMA and amine-terminated PDMS. The amine-terminated PDMS in this study had a molecular weight of 27,000, which was high enough to act as a spacer to prevent aggregation of QDs.

5. QD-PSMA/PDMS 나노복합체의 LED 응용5. LED application of QD-PSMA/PDMS nanocomposite

청색 LED SMD 칩상에서 QD 1 wt% QD/Sylgard 나노복합체 및 다양한 QD 농도(0.1, 0.5, 1, 5, 10, 15 wt %)의 QD-PSMA/PDMS 나노복합체를 경화시킴으로써 LED 칩을 준비하였다. QD/Sylgard에서의 QD의 열악한 분산은 고농도에서 LED 칩의 제조를 방해하는 반면, 고농도에서도 QD-PSMA/PDMS를 사용하여 LED 칩을 제조할 수 있었다. 본 발명에서는 적분구(LED 장착)를 사용하여 LED 칩의 발광 효율을 비교하였다. LED가 60 mA에서 작동되었을 때, QD-PSMA/PDMS의 발광 효율은 훨씬 더 높은 QD 농도(15 wt%, 도 7(a))에서도 1 중량% QD/Sylgard 나노복합체의 것보다 높았다. QD-PSMA/PDMS 나노복합체의 발광 효율은 1 중량%에서 가장 높았다. LED chips were prepared by curing QD 1 wt% QD/Sylgard nanocomposites and QD-PSMA/PDMS nanocomposites of various QD concentrations (0.1, 0.5, 1, 5, 10, 15 wt %) on a blue LED SMD chip. The poor dispersion of QDs in QD/Sylgard prevented the fabrication of LED chips at high concentrations, while LED chips could be fabricated using QD-PSMA/PDMS even at high concentrations. In the present invention, the luminous efficiency of the LED chip was compared using an integrating sphere (with LED). When the LED was operated at 60 mA, the luminous efficiency of QD-PSMA/PDMS was higher than that of the 1 wt% QD/Sylgard nanocomposite even at a much higher QD concentration (15 wt%, Fig. 7(a)). The luminous efficiency of the QD-PSMA/PDMS nanocomposite was highest at 1 wt%.

또한, 동일한 QD 농도(1 wt %)에서 QD-PSMA/PDMS 및 QD/Sylgard 나노복합체를 사용하는 LED 칩의 전계 발광 스펙트럼을 얻었다. 도 7(b)는 QD-PSMA/PDMS가 있는 LED가 훨씬 더 많은 청색광이 남아있어도 QD/Sylgard보다 높은 발광 강도를 보였으며, 이는 QD-PSMA/PDMS 나노복합체가 청색광 빛을 보다 효율적으로 방출하여 더 높은 발광 효율을 얻는 다는 것을 의미한다. 반대로, QD/Sylgard LED는 방출 강도가 낮을뿐만 아니라 λmax(~ 8 nm)에서 현저한 적색 편이를 나타냈다. 이 결과는 QD/Sylgard 나노복합체에서 QD의 응집에 의해 설명될 수 있는데, 이는 광 전파를 차단하고 후방 산란 및 재 흡수를 발생시켜 발광 효율의 감소 및 λmax의 적색 편이를 야기한다. QD-PSMA/PDMS를 사용한 LED의 계산된 색 변환 효율(17.1 %)은 QD/Sylgard(5.1 %)보다 훨씬 높음을 확인하였다.
In addition, electroluminescence spectra of LED chips using QD-PSMA/PDMS and QD/Sylgard nanocomposites were obtained at the same QD concentration (1 wt %). Fig. 7(b) shows that the LED with QD-PSMA/PDMS showed a higher luminescence intensity than QD/Sylgard even though much more blue light remained, which indicates that the QD-PSMA/PDMS nanocomposite more efficiently emits blue light. It means to get higher luminous efficiency. Conversely, QD/Sylgard LEDs exhibited not only lower emission intensity but also a significant redshift at λ max (~8 nm). This result can be explained by the aggregation of QDs in QD/Sylgard nanocomposites, which blocks light propagation and causes backscattering and re-absorption, leading to a decrease in luminous efficiency and a redshift of λ max . It was confirmed that the calculated color conversion efficiency (17.1%) of the LED using QD-PSMA/PDMS was much higher than that of QD/Sylgard (5.1%).

그러므로 본 발명에 따르면, 소수성 측쇄 리간드가 결합된 반도체 나노입자의 표면을 양친매성 고분자로 캡슐화하고, 상기 반도체 나노입자 표면의 양친매성 고분자를 가교제로 사용하여 매트릭스 고분자를 가교함으로써, 반도체 나노입자를 고농도로 함유하는 경우에도 반도체 나노입자 간의 응집 현상을 억제할 수 있고, 양친매성 고분자가 직접 매트릭스 고분자의 가교제 역할을 하므로 자외선 또는 열 경화와 같은 추가적인 방법 없이도 고 투명성 및 고 발광성의 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 제조할 수 있다.Therefore, according to the present invention, by encapsulating the surface of the semiconductor nanoparticles to which the hydrophobic side chain ligand is bound with an amphiphilic polymer, and using the amphiphilic polymer on the surface of the semiconductor nanoparticles as a crosslinking agent to crosslink the matrix polymer, the semiconductor nanoparticles are highly concentrated It is possible to suppress the aggregation phenomenon between semiconductor nanoparticles even when it contains Composites can be prepared.

Claims (13)

(ⅰ) 고분자 매트릭스 및
(ⅱ) 상기 고분자 매트릭스에 분산되어 임베딩된(embedding) 복수의 반도체 나노입자를 함유하고, 상기 복수의 반도체 나노입자는 각각 양친매성 고분자에 의해 캡슐화된 것이며,
상기 반도체 나노입자는 CdSe/ZnS/ZnS 또는 InP/GaP/ZnS의 코어/쉘/쉘 구조를 가지는 양자점이고, 상기 양자점 최외각 쉘에는 C18 알킬의 소수성 측쇄 리간드가 결합되며,
상기 반도체 나노입자에 결합된 소수성 측쇄 리간드와 상기 양친매성 고분자의 소수성 그룹 간의 소수성 상호작용(hydrophobic interaction)에 의해 상기 반도체 나노입자가 캡슐화되며,
상기 고분자 매트릭스는 하기 화학식 1로 표시되는 아민-말단 PDMS이며,
상기 양친매성 고분자는 하기 화학식 2로 표시되는 큐멘-말단 폴리(스티렌-co-말레산무수물)인 것을 특징으로 하는, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체:
[화학식 1]
Figure 112021006190586-pat00015

[화학식 2]
Figure 112021006190586-pat00016

상기 화학식 1에서, n은 30 내지 700의 정수이고,
상기 화학식 2에서, m은 7 내지 21의 정수이며, 상기 n은 1 내지 6의 정수이다.
(i) a polymer matrix and
(ii) containing a plurality of semiconductor nanoparticles dispersed and embedded in the polymer matrix, wherein the plurality of semiconductor nanoparticles are each encapsulated by an amphiphilic polymer,
The semiconductor nanoparticles are quantum dots having a core/shell/shell structure of CdSe/ZnS/ZnS or InP/GaP/ZnS, and a hydrophobic side chain ligand of C18 alkyl is bonded to the outermost shell of the quantum dot,
The semiconductor nanoparticles are encapsulated by a hydrophobic interaction between a hydrophobic side chain ligand bound to the semiconductor nanoparticles and a hydrophobic group of the amphiphilic polymer,
The polymer matrix is an amine-terminated PDMS represented by the following formula (1),
The amphipathic polymer is a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand, characterized in that the amphipathic polymer is a cumene-terminated poly(styrene-co-maleic anhydride) represented by the following Chemical Formula 2:
[Formula 1]
Figure 112021006190586-pat00015

[Formula 2]
Figure 112021006190586-pat00016

In Formula 1, n is an integer of 30 to 700,
In Formula 2, m is an integer of 7 to 21, and n is an integer of 1 to 6.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 양친매성 고분자에 의해 캡슐화된 반도체 나노입자의 직경이 10 내지 50 nm인 것을 특징으로 하는, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체.
According to claim 1,
A semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand, characterized in that the diameter of the semiconductor nanoparticles encapsulated by the amphiphilic polymer is 10 to 50 nm.
제1항에 있어서,
상기 반도체 나노입자의 농도는 상기 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체 전체 중량에 대해 0.01 내지 80 중량%인 것을 특징으로 하는, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체.
According to claim 1,
The concentration of the semiconductor nanoparticles is 0.01 to 80% by weight based on the total weight of the semiconductor nanoparticles-polymer nanocomposite having the hydrophobic side chain ligand.
제1항에 따른, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 포함하는 필름.The film comprising the semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand according to claim 1 . 제1항에 따른, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 포함하는 발광 다이오드.The light emitting diode comprising a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand according to claim 1 . 제1항에 따른, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체를 포함하는 광전자 장치.The optoelectronic device comprising a semiconductor nanoparticle-polymer nanocomposite having a hydrophobic side chain ligand according to claim 1 . (a) 반도체 나노입자가 분산된 현탁액에 양친매성 고분자를 용해시켜, 상기 양친매성 고분자에 의해 캡슐화된 반도체 나노입자를 형성하는 단계, 및 (b) 상기 양친매성 고분자에 의해 캡슐화된 반도체 나노입자를 함유하는 현탁액에 고분자 매트릭스를 첨가하고 실온에서 혼합하는 단계를 포함하고,
상기 반도체 나노입자는 CdSe/ZnS/ZnS 또는 InP/GaP/ZnS의 코어/쉘/쉘 구조를 가지는 양자점이고, 상기 양자점 최외각 쉘에는 C18 알킬의 소수성 측쇄 리간드가 결합되며, 상기 반도체 나노입자에 결합된 소수성 측쇄 리간드와 상기 양친매성 고분자의 소수성 그룹 간의 소수성 상호작용(hydrophobic interaction)에 의해 상기 반도체 나노입자가 캡슐화되며,
상기 고분자 매트릭스는 하기 화학식 1로 표시되는 아민-말단 PDMS이며,
상기 양친매성 고분자는 하기 화학식 2로 표시되는 큐멘-말단 폴리(스티렌-co-말레산무수물)인 것을 특징으로 하는, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체의 제조방법:
[화학식 1]
Figure 112021006190586-pat00017

[화학식 2]
Figure 112021006190586-pat00018

상기 화학식 1에서, n은 30 내지 700의 정수이고,
상기 화학식 2에서, m은 7 내지 21의 정수이며, 상기 n은 1 내지 6의 정수이다.
(a) dissolving an amphiphilic polymer in a suspension in which the semiconductor nanoparticles are dispersed to form semiconductor nanoparticles encapsulated by the amphiphilic polymer, and (b) semiconductor nanoparticles encapsulated by the amphiphilic polymer adding a polymer matrix to the suspension containing the mixture and mixing at room temperature,
The semiconductor nanoparticles are quantum dots having a core/shell/shell structure of CdSe/ZnS/ZnS or InP/GaP/ZnS, and a hydrophobic side chain ligand of C18 alkyl is bonded to the outermost shell of the quantum dot, and is bonded to the semiconductor nanoparticles The semiconductor nanoparticles are encapsulated by the hydrophobic interaction between the hydrophobic side chain ligand and the hydrophobic group of the amphipathic polymer,
The polymer matrix is an amine-terminated PDMS represented by the following formula (1),
The amphiphilic polymer is a cumene-terminated poly(styrene-co-maleic anhydride) represented by the following formula (2), characterized in that the semiconductor nanoparticles having a hydrophobic side chain ligand-a method of producing a polymer nanocomposite:
[Formula 1]
Figure 112021006190586-pat00017

[Formula 2]
Figure 112021006190586-pat00018

In Formula 1, n is an integer of 30 to 700,
In Formula 2, m is an integer of 7 to 21, and n is an integer of 1 to 6.
제12항에 있어서,
상기 반도체 나노입자의 농도는 상기 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체 전체 중량에 대해 0.1 내지 15 중량%이고,
상기 양친매성 고분자는 말레산무수물 단량체를 포함하며,
상기 매트릭스 고분자는 아민-말단 실리콘계 고분자이며,
상기 말레산무수물/아민의 몰비는 0.4 내지 3.7인 것을 특징으로 하는, 소수성 측쇄 리간드를 갖는 반도체 나노입자-고분자 나노복합체의 제조방법.
13. The method of claim 12,
The concentration of the semiconductor nanoparticles is 0.1 to 15% by weight based on the total weight of the semiconductor nanoparticles-polymer nanocomposite having the hydrophobic side chain ligand,
The amphiphilic polymer comprises a maleic anhydride monomer,
The matrix polymer is an amine-terminated silicone-based polymer,
The molar ratio of the maleic anhydride / amine is 0.4 to 3.7, characterized in that the semiconductor nanoparticles having a hydrophobic side chain ligand-a method for producing a polymer nanocomposite.
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