KR102496840B1 - CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법 및 이를 이용한 방사선 측정기 - Google Patents

CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법 및 이를 이용한 방사선 측정기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 A: 카드뮴 미리스트레이트(Cd Myristate), 셀레늄(Se) 및 전구체 용매를 혼합하여 혼합물을 생성하는 혼합물 생성 단계; B: 상기 혼합물에 카드뮴 아세테이트(Cd acetate)를 첨가하여 CdSe 씨드를 생성하는 CdSe 씨드 생성 단계; 및 C: 상기 CdSe 씨드에 Se-전구체 용매를 첨가하여 상기 CdSe 씨드의 두께를 조절하는 두께 조절 단계를 포함하는 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법을 개시한다.

Description

CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법 및 이를 이용한 방사선 측정기{MANUFACTURING METHOD FOR CdSe NANOPLATELET AND DEVICE FOR DETECTING RADIATION USING THE SAME}
본 발명은 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법 및 이를 이용한 방사선 측정기에 관한 것이다.
일반적으로, 사용빈도가 높은 디지털 X-선 영상장치는 크게 광도전체 (photoconductor)의 전기적 신호를 직접 받아 영상을 만들어내는 직접변환방식과 유도된 섬광체(scintillator)의 빛을 집광 소자를 이용하여 전기신호로 변환시켜 영상을 만들어내는 간접변환방식이 있다.
종래에는 반도체 무기 재료 기반의 X-선 검출기가 일반적으로 사용되고 있으며 대체할 기술로써 유기태양전지 기술과 X-선 기술을 접목시킨 유기재료 기반의 검출 소자의 연구가 진행되고 있다.
종래의 X-선 검출 용 유기 소자는 기판, 기판 상부에 형성되는 제1 전극층, 제1 전극층 상부에 형성되고 정공의 수송을 향상시키는 정공수송층, 정공수송층 상부에 형성되고 인가되는 X-선으로부터 전자-정공쌍을 형성하는 활성층 및 활성층 상부에 형성되는 제2 전극층을 포함한다.
이러한 종래의 X-선 검출 용 유기 소자의 경우 1V 이하의 구동전압에서 동작하며, X-선이 인가되었을 때 변환 효율은 실리콘 반도체 기반 검출기 대비 80% 내지 90%의 성능을 갖는다.
또한, 종래의 X-선 검출 용 유기 소자는 활성층 물질로써 일반적으로 P3HT: PCBM을 사용한다. 하지만, 간접변환방식에 있어서 P3HT: PCBM 활성층이 적용된 검 출소자의 경우 섬광체에서 변환되어 도달하는 광을 다시 전기신호로 변환하는 검출 효율이 낮기에 이에 대한 개선이 필요하다.
본 발명은 나노플레이틀릿의 두께 조절이 가능하고, 이를 방사선 검출기에 적용 시 발광 파장의 조절이 가능한 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법 및 이를 이용한 방사선 측정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법은 A: 카드뮴 미리스트레이트(Cd Myristate), 셀레늄(Se) 및 전구체 용매를 혼합하여 혼합물을 생성하는 혼합물 생성 단계; B: 상기 혼합물에 카드뮴 아세테이트(Cd acetate)를 첨가하여 CdSe 씨드를 생성하는 CdSe 씨드 생성 단계; 및 C: 상기 CdSe 씨드에 Se-전구체 용매를 첨가하여 상기 CdSe 씨드의 두께를 조절하는 두께 조절 단계를 포함할 수 있다.
또한, D: 상기 (C) 단계 이후, 리간드를 첨가하여 두께 조절된 상기 CdSe 씨드를 분산하는 분산 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전구체는 ODE (1-Octadecene), TBP (Tributylphosphine), TPP (Thiamine pyrophosphate), OA (Oleic acid), TOA (Trioctylamine), ODPA (Octadecylphosphonic acid), TOP (Trioctylphosphine) 및 OLA (Oleyl amine) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 리간드는 부탄올(butanol), 프로피오닉산(propionic acid), 디데칸티올(dedecanethiol), 올레익산(oleic acid), 올레일아민(oleyl amine), 트리옥틸포스핀 (Trioctylphosphine), 트리옥틸포스핀 옥사이드 (Trioctylphosphine oxide), 에탄디티올 (ethanedithiol), 3-메르캅토프로피온산 (3-Mercaptopropionic acid), 피리딘 (Pyridine) 및 헥사데실아민(hexadecyl amine) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (A) 단계는, A-1: 용기에 상기 카드뮴 미리스트레이트, 셀레늄 및 전구체 용매를 첨가하고, 100℃ 내지 110℃에서 10분 내지 30분간 유지하여 불순물 및 수분을 제거하는 단계; 및 A-2: 140℃ 내지 150℃로 승온하고, 상기 카드뮴 미리스트레이트, 셀레늄 및 전구체 용매를 10분 내지 30분간 교반하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, E: 상기 (D) 단계 이후, 카드뮴 아세테이트(Cd Acetate), 황(S)-전구체 용매 및 전구체 용매를 혼합한 후, 이를 초음파 처리하여 CdS를 생성하는 CdS 생성 단계; 및 F: 두께 조절된 상기 CdSe 씨드에 상기 CdS를 첨가하여, CdSe-core/CdS-Shell를 생성하는 CdSe-core/CdS-Shell 생성 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (E) 단계에서, 초음파 처리는 2시간 내지 3시간 동안 수행될 수 있다.
또한, 상기 (F) 단계에서, 상기 CdSe 씨드는 전구체 용매에 혼합된 후 100℃ 내지 110℃에서 발생하는 가스가 제거된 후, 전구체 용매에 분산을 위해 200℃ 내지 240℃로 승온되는 열처리 공정을 수행할 수 있다.
또한, 상기 (F) 단계에서, 상기 CdS의 첨가 속도는 5ml/h 내지 10ml/h일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 나노플레이틀릿의 두께 조절이 가능하고, 이를 방사선 검출기에 적용 시 발광 파장의 조절이 가능하다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법을 나타낸 흐름도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법에서 CdSe 씨드의 성장 과정을 개략적으로 나타낸 예시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CdSe core에 포함되어 있던 long chain ligand를 short chain ligand로 치환하는 과정에 대한 개략적인 예시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 리간드 치환 시간 (6, 12, 18, 24 시간)에 따라 NPL 표면에 short chain ligand로 치환되는 퍼센티지를 확인할 수 있는 열 중량 분석(thermogravimetric analysis)을 나타내는 그래프이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법을 나타낸 흐름도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법에서 CdS-Shell은 샌드위치 구조 및 크라운 구조를 개략적으로 나타낸 예시도이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법에 따라 제조된 CdSe 나노플레이틀릿의 특성을 나타낸 그래프이고,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방사선 측정기를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법에서 CdSe 씨드의 성장 과정을 개략적으로 나타낸 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CdSe core에 포함되어 있던 long chain ligand를 short chain ligand로 치환하는 과정에 대한 개략적인 예시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 리간드 치환 시간 (6, 12, 18, 24 시간)에 따라 NPL 표면에 short chain ligand로 치환되는 퍼센티지를 확인할 수 있는 열 중량 분석(thermogravimetric analysis)을 나타내는 그래프이다,
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법은 혼합물 생성 단계(S10), CdSe 씨드 생성 단계(S20), 두께 조절 단계(S30) 및 분산 단계(S40)를 포함할 수 있다.
혼합물 생성 단계(S10)에서는 카드뮴 미리스트레이트(Cd Myristate), 셀레늄(Se) 및 전구체 용매를 혼합하여 혼합물을 생성할 수 있다.
여기서, 카드뮴 미리스트레이트(Cd Myristate)과 셀레늄(Se)의 혼합 비율은 1:1.15(0.173 mmol : 0.2 mmol) 내지 2:1(0.2 mmol : 0.1 mmol)인 것이 바라직하다.
이 경우. 전구체 용매는 10 mL로 고정될 수 있다.
여기서, 전구체 용매는 ODE(1-octadecene), TBP(trioctyl phosphine), TPP(tributylphosphine), OA(oleic acid), ODA(octadecylamine), TOA(trioctylamine), ODPA(octadecylphosphonic acid), TOP (Trioctylphosphine) 및 OLA(oleylamine) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 나노플레이트렛 제조는 240 ℃이상의 고온에서 진행되므로 전구체 용매는 열 안정성이 우수해야하며 카드뮴 미리스테이트 및 셀레늄의 분산성이 우수한 것이 바람직하다.
또한, 전구체 용매는 분산 단계(S40)에서의 리간드와 혼환 가능한 것이 바람직하다.
여기서, 혼합물 생성 단계(S10)에서는 카드뮴 미리스트레이트(Cd Myristate), 셀레늄(Se) 및 전구체 용매를 혼합한 후, 이를 100℃ 내지 110℃에서 10분 내지 30분간 유지하여 공기중에 있던 불순물 및 수분을 제거하는 탈기(degass) 과정을 수행하고, 이후, 140℃ 내지 150℃로 승온하고 카드뮴 미리스트레이트, 셀레늄 및 전구체 용매를 10분 내지 30분간 교반하여 혼합물을 생성할 수 있다.
한편, 탈기 과정에서는 전구체 용매를 제외한 타 용매 및 수분을 제거해야하기 때문에 100 ℃이상의 온도에서 진행해야 하며, 10분 이상의 탈기를 진행하여야 불순물들이 충분히 제거될 수 있다.
또한, 탈기 과정에서는 플라스크 내에 압력을 낮춰 진공에 가까운 상태를 유지하며 내부에 기화된 용매, 수분 및 불순물들을 제거할 수 있다.
CdSe 씨드 생성 단계(S20)에서는 혼합물 생성 단계(S10)에서 생성된 혼합물을 대략 240℃까지 승온하는 과정에서, 미리 설정된 온도에서 카드뮴 아세테이트(Cd acetate)를 첨가하여 CdSe 씨드를 생성한다.
한편, 카드뮴 아세테이트의 총 첨가량은 0.23 mmol 내지 0.47 mmol이며, Cd(OAc)2(Cadmium acetate) 및 Cd(OAc)2·2H20(Cadmium acetate dihydrate)를 혼합하거나 단독으로 사용 가능하다.
여기서, 도 2를 참조하면, CdSe 씨드는 나노미터 길이를 가지며, 고온에서 측성장(lateral growth)를 통하여 나노미터 두께를 갖는 다각형(사각형, 직사각형, 정사각형 등) 구조의 나노플레이틀릿이 형성될 수 있다.
두께 조절 단계(S30)에서는 240℃에서 대략 10분간 CdSe 씨드를 성장시킨 후, Se-전구체 용매를 첨가하여 CdSe 씨드의 두께를 조절하여 CdSe 나노플레이틀릿을 생성할 수 있다.
여기서, 240℃에서 첨가하는 Se-전구체의 유/무에 따라 원하는 흡광 및 발광 파장을 갖는 두께의 나노플레이트릿을 생성할 수 있다. 한편, Se-전구체가 없을 경우, 512 nm 정도의 흡광 및 발광 파장을 가지며, Se-전구체가 있을 경우, 550 nm 정도의 흡광 및 발광 파장을 가질 수 있다.
여기서, Se-전구체 용매는 Se를 포함하는 전구체 용매로 Se-ODE(selenium-1-octadecene), Se-TOP(selenium-trioctyl phosphine), Se-TBP(selenium-tributylphosphine), Se-TPP(selenium-triphenylphosphine), Se-ODA(selenium-octadecylamine), Se-OA(selenium-oleic acid), Se-TOA(selenium-trioctylamine), Se-ODPA(selenium-octadecylphosphonic acid), 및 Se-OLA(selenium-oleylamine) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 완성된 나노플레이트렛에 표면만 셀레늄으로 둘러싸기 때문에 1 모노레이어 만큼의 두께 증가가 가능하고 첨가량에 따른 두께 증가는 이루어지지 않는다.
분산 단계(S40)에서는 CdSe 씨드의 두께를 조절하여 생성된 CdSe 나노플레이틀릿에 리간드를 첨가하여, CdSe 나노플레이틀릿을 분산시킬 수 있다.
여기서, 제조된 나노플레이트렛은 입자들끼리 뭉침 현상으로 인해 요구하는 특성이 나타나지 않을 수 있으나 도 3 및 도 4와 같이, 리간드 첨가 비율이 증가할수록 나노플레이트렛 표면의 형성되는 리간드 비율이 증가하며 입자간 분산성이 증가할 수 있다. 한편, 도 4에 나타낸 도면은 다음의 [표 1]과 같으며, 스케일바는 10nm로 정의될 수 있다.
OA ligand Py-6h Py-12h Py-18h Py-24h
OA coverage 81.5 % 36.6 % 27.5 % 26.2 % 17.2 %
Pyridine coverage . 45.7 % 57.9 % 62.9 % 76.0 %
Total coverage 81.5 % 82.2 % 85.4 % 89.1 % 93.2 %
한편, 리간드는 롱 체인 리간드와 숏 체인 리간드를 포함할 수 있으며, 부탄올(butanol), 프로피오닉산(propionic acid), 디데칸티올(dedecanethiol), 올레익산(oleic acid), 올레일아민(oleyl amine), 트리옥틸포스핀 (Trioctylphosphine), 트리옥틸포스핀 옥사이드 (Trioctylphosphine oxide), 에탄디티올 (ethanedithiol), 3-메르캅토프로피온산 (3-Mercaptopropionic acid), 피리딘 (Pyridine) 및 헥사데실아민(hexadecyl amine) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 리간드는 나노플레이트렛 입자들 간의 반데르발스 힘과 자기적인 상호작용으로 인한 응집을 방지할 수 있으며, 롱 체인 리간드의 경우 입자들 간의 거리가 멀고, 짧은 체인 리간드의 경우는 적절한 거리로 분산할 수 있다.
이를 통해, 나노플레이틀릿의 두께 조절이 가능하고, 이를 방사선 검출기에 적용 시 발광 파장의 조절이 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법은 다음의 실시예 1과 같이 구현될 수 있다.
실시예 1
NPL(나노플레이틀릿) 합성초기물질인 Cadmium Myristate 113mg와 Selenium 8mg을 ODE 10mL와 혼합하여 110 ℃로 온도를 올려 20분간 공기중에 있던 불순물 및 수분을 제거하고 140 ℃에서 20분간 교반한다.
이후, 240 ℃로 온도를 올리는 과정 중 190℃에서 혼합물에 Cadmium acetate 125 mg 를 첨가하여 CdSe seed를 생성한다.
240 ℃에서 10분간 seed를 성장 후 Se-ODE 1mL를 첨가하여 두께를 조절한 CdSe NPL를 생성한다.
이후, OA 리간드 700 μL를 첨가하여 생성된 CdSe NPL을 분산한다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법에서 CdS-Shell은 샌드위치 구조 및 크라운 구조를 개략적으로 나타낸 예시도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법에 따라 제조된 CdSe 나노플레이틀릿의 특성을 나타낸 그래프이다.
우선, 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법은 혼합물 생성 단계(S10), CdSe 씨드 생성 단계(S20), 두께 조절 단계(S30), 분산 단계(S40), CdS 생성 단계(S110) 및 CdSe-core/CdS-Shell 생성 단계(S120)를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법에 비해, CdS 생성 단계(S110) 및 CdSe-core/CdS-Shell 생성 단계(S120)를 더 포함하여, 이하에서는 CdS 생성 단계(S110) 및 CdSe-core/CdS-Shell 생성 단계(S120)에 대해서만 설명한다.
CdS 생성 단계(S110)에서는 카드뮴 아세테이트(Cd Acetate), 황(S)-전구체 용매 및 전구체 용매를 혼합한 후, 이를 초음파 처리하여 CdS를 생성할 수 있다.
구체적으로, CdS 전구체에는 카드뮴 아세테이트(Cadmium acetate dihydrate)와 OA 및 ODE가 혼합된 물질이며, 카드뮴 아세테이트가 용매에 잘 분산되지 않으므로 CdS-crown 생성시까지 균일하게 분산될 수 있도록 초음파 처리를 진행할 수 있다.
여기서, 전구체 용매는 ODE(1-octadecene), TBP(trioctyl phosphine), TPP(tributylphosphine), OA(oleic acid), ODA(octadecylamine), TOA(trioctylamine), ODPA(octadecylphosphonic acid), 및 OLA(oleylamine) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 초음파 처리는 2시간 내지 3시간 동안 수행될 수 있다.
여기서, 카드뮴 아세테이트가 용매에 충분히 녹을 수 있도록 초음파 처리는 2시간 내지 3시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
CdSe-core/CdS-Shell 생성 단계(S120)에서는 두께 조절된 CdSe 씨드에 CdS 생성 단계(S110)에서 생성된 CdS를 첨가하여, CdSe-core/CdS-Shell를 생성할 수 있다.
한편, CdS 첨가 속도는 5ml/h 내지 10ml/h인 것이 바람직하다.
CdS의 첨가 속도가 5 ml/h 미만이면 얇고 균일하지 않은 크라운이 형성되는 문제점이 있으며, 10 ml/h 이상일 경우는 크라운 두께가 증가하기 때문에 크랙이 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.
첨가 속도는 CdS를 넣어주는 양을 조절하기 위함이며, 넣는 양이 증가하면 CdS crown의 두께가 증가하게 된다. 약 5 내지 15 분의 시간동안 CdS를 주입하게 되고, 이에 맞는 속도를 8 mL/h로 설정하는 것이 바람직하다.
여기서, CdS-Shell은 CdSe-core의 표면 중 적어도 일 영역을 감싸도록 배치될 수 있으며, CdS-Shell은 샌드위치 구조, 크라운 구조 및 코어 전체를 감싸고 있는 구조로 구현될 수 있다.
도 6을 참조하면, 코어/쉘 구조는 코어 형태의 가로 및 세로 크기의 변화없이 두께 방향으로만 쉘을 형성시키는 구조로 발광/흡수 피크 파장이 크게 변화할 수 있다. 한편, 코어/크라운 구조는 코어 형태의 두께의 변화없이 가로 세로방향으로 크라운을 형성시키는 구조로 두께에 변화가 없기 때문에 발광/흡수 피크 파장이 크게 변하지는 않지만 면적이 넓어짐으로 인해 광 흡수량이 증가할 수 있다. 또한, 크라운구조는 코어 형성 원리와 같이 카드뮴 아세테이트 첨가를 통한 측성장(lateral growth) 방식으로 형성될 수 있다.
여기서, CdS-Shell 없이, CdSe-core가 단독으로 구성되면, 표면 안정화가 낮기 때문에 life-time이 짧아 신뢰성이 저하되며, 낮은 발광 양자 수율 (Photoluminescence Quantum-Yield)을 보이는 문제가 있고, CdS-Shell은 CdSe-core의 표면 안정화를 위한 기능을 수행할 수 있다.
한편, 크라운의 두께는 위, 아래로 증가하는 경향이 아닌, NPL core의 사방의 면으로 증가하게된다. 따라서 두께가 변하기 않기 때문에 흡수/발광 피크는 변하지 않으며, 크라운 두께가 증가할수록 도 7-b와 같이 400 nm대의 흡수량이 증가하고, 크라운의 두께가 증가할수록 양자 수율과 안정성이 증가하지만 너무 커지게 되면 크랙이 발생하기 때문에 적절한 두께가 필요하다.
두께가 얇은 경우, CdS 전구체의 양이 적어 완전하지 않고 균일하지 않은 crown이 생성되며, Crown의 두께가 증가할수록, core와 crown 사이의 결합이 약해지기 때문에 크랙이 형성될 수 있다.
일 예로, 5 mL/h의 속도로 첨가시, 12 내지 21 nm 두께의 crown이 바람직하다.
한편, 도 7a는 CdS-Shell 없이, CdSe-core 단독의 흡광 및 발광 특성을 나타낸 그래프이고, 도 7b는 CdS-Shell이 크라운 구조로 CdSe-core을 감싼 구조에서 흡광 및 발광 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7a 및 도 7 b는 상술한 코어구조, 코어/크라운 구조이며 코어구조(도 7a)와 비교했을 때 코어/크라운 구조(도 7b)는 크라운 두께 증가에 따라 흡수 스펙트럼에서 400 nm 부근에서 피크가 증가함을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법은 다음의 실시예 2와 같이 구현될 수 있다.
실시예 2
NPL(나노플레이틀릿) 합성초기물질인 Cadmium Myristate와 Selenium을 ODE와 혼합하여 110 ℃로 온도를 올려 20분간 공기중에 있던 불순물 및 수분을 제거하고 140 ℃에서 20분간 교반한다.
이후, 240 ℃로 온도를 올리는 과정 중 190℃에서 혼합물에 Cadmium acetate를 첨가하여 CdSe seed를 생성한다.
240 ℃에서 10분간 seed를 성장 후 SeODE를 첨가하여 두께를 조절한 CdSe NPL를 생성한다.
이후, OA 리간드를 첨가하여 생성된 CdSe NPL을 분산한다.
CdSe NPL core를 감싸는 Shell로 사용될 CdS를 합성하기 위해, Cadmium acetate와 ODE 그리고S-ODE (Sulfur ODE)를 혼합하여 2-3시간 동안 초음파처리를 하여 4번혼합물을 제조한다.
또한, CdSe NPL core를 ODE와 혼합하여 110℃에서 20분간 발생하는 가스를 제거한 후, ODE에 분산하기 위해 240℃로 승온한다.
이후, 240℃에서 CdSe NPL core 혼합물에 CdS를 8mL/hour의 속도로 첨가하여 CdSe core/CdS shell을 합성한다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방사선 측정기에 대해 설명한다.
도 8는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방사선 측정기를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
본 발명에 따른 방사선 측정기(100)는 기판(110), 제1 전극층(120), 정공수송층(130), 활성층(140), 제2 전극층(150) 및 섬광체층(scintillator)(160)을 포함하며, 하부로부터 섬광체층(160), 기판(110), 제1 전극층(120), 정공수송층(130), 활성층(140) 및 제2 전극층(150)의 순서로 형성된다.
기판(110)은 유리 또는 유연성이 있는 플라스틱으로 형성될 수 있다. 기판(110)이 유연성이 있는 플라스틱일 경우, PET(polyethylene terephthalate), PES (polyester), PT(polythiophene), PI(polyimide)중에서 어느 하나 인 플라스틱으로 형성되거나, 알루미늄 포일(aluminum foil), 또는 스테인리스 스틸 포일(stainless steel foil)인 유연한 재료로 형성되어 유연성을 가진다.
제1 전극층(120)은 기판(110) 상부에 형성될 수 있으며, 제1 전극층(120)은 투명하거나 전도성 물질일 수 있다.
제1 전극층(120)을 이루는 물질은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 안티몬 틴 옥사이드(antimony tin oxide: ATO), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO), 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al-doped Zinc Oxide: AZO) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 사용하여 제1 전극층(120)을 형성할 수 있다.
정공수송층(130)은 제1 전극층(120) 상부에 형성될 수 있으며, 활성층(140)과 제1 전극층(120) 사이에 계면 특성을 개선하여 전하 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 정공수송층(130)의 재료로는 정공을 수송하는 능력을 갖고, 전자를 차단하는 특성 뿐 아니라 박막 형성 능력이 우수한 화합물일 수 있다. 예를 들어, 정공수송층(130)의 재료는 TPD, PEDOT:PSS, G-PEDOT, PANI:PSS, PANI:CSA, PDBT, NPB, 아릴아민기(arylamine group)를 가지는 저분자와 고분자, 방향족아민기(aromatic amine group)를 가지는 저분자와 고분자 등일 수 있으나, 이제 한정하지는 않는다. 정공수송층(130)의 형성방법으로는 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 바(bar) 코팅법, 닥터블레이드 코팅법, 그라비아 프린팅법, 잉크젯 프린팅법 등이 적용될 수 있다.
활성층(140)은 정공수송층(130) 상부에 형성될 수 있으며, 활성층(140)에서는 인가된 방사선으로부터의 전자와 정공이 각각의 전극으로 분리되어 수송 및 주입된다.
여기서, 활성층(140)은 상술한 방법으로 제조된 CdSe 나노플레이틀릿을 포함할 수 있다.
이를 통해, 방사선 검출기에서의 발광 파장의 조절이 가능하다.
제2 전극층(150)은 활성층(140) 상부에 형성될 수 있으며, 전자를 수집하는 역할 즉, 활성층(140)에서 분리된 전자를 받아들이는 역할을 수행한다. 이러한 제2 전극층(150)의 재료는 일함수가 작은 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물 중 하나 또는 하나 이상일 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 구체적으로 제2 전극층(150)의 재료는 알루미늄(Al), 아연(Zn), 타타늄(Ti), 인듐(In), 알칼리 금속, 나트륨-칼륨(Na:K)합금, 마그네슘-은(Mg:Ag)합금, 리튬-알루미늄(Li/Al)이층전극, 리튬플루오라이드-알루미늄(LiF/Al)이층전극 중 하나 또는 하나 이상일 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 제2 전극층(150)은 DC스퍼터링방식, 열증착 또는 이와 달리 화학적 증착법(CVD), 원자층증착(ALD), 전기도금 및 각종 프린팅기술과 같은 습식방식 등에 의해 형성될 수 있다.
또한, 도 4에서는 생략되었으나 활성층(140)과 제2 전극층(150) 사이에는 생성된 전하의 취득효율을 높이기 위해 Alq3과 같은 전자수송층(미도시)이 더 포함될 수도 있다.
일반적으로, 방사선 측정기는 크게 광도전체 (photoconductor)의 전기적 신호를 직접 받아 영상을 만들어내는 직접변환방식과 유도된 섬광체층(scintillator)의 빛을 집광 소자를 이용하여 전기신호로 변환시켜 영상을 만들어내는 간접변환방식이 있다. 보다 구체적으로, 직접검출방식의 경우 입사되는 방사선에 의해 유기소자의 활성층(140)에서 생성되는 전하를 측정하는 방식이며, 간접검출방식의 경우 검출 소자에 섬광체층을 부착하여 섬광체층에 의해 변환된 가시광에 의하여 유기소자의 활성층(140)에서 생성되는 전하를 측정하는 방식이다.
본 발명에 따른 방사선 측정기(100)는 상기한 간접변환방식을 적용하기 위해 유기소자의 기판(110) 하부에 섬광체층(160)이 형성된다. 따라서 형성된 섬광체층(160)에 의해 입사되는 방사선이 가시광으로 변화하게 되고, 변화된 가시광이 본 발명에 따른 활성층(140)에 도달하여 활성층(140)에서 생성되는 전하를 측정하게 된다.
섬광체층(160)에 사용될 수 있는 물질로는, Nal:TI, Csl:TI, Y3Al5O12:Ce, CdWO4, LuAG:Ce, Gd2O2S:Tb등이 사용될 수 있다. [표 2]은 섬광체층(160) 물질에 따른 발광피크파장(emission peak wavelength)과 빛 수율(light yield)을 나타낸다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서는 표 1에서와 같이 발광피크파장이 500~550nm 사이의 값을 가지며, 빛 수율(light yield)이 상대적으로 높은 Csl:TI이 사용될 수 있다.
Materials Emission Peak Wavelength[nm] Light Yield[photons/MeV]
NaI:Tl 415 38000
CsI:Tl 540 65000
Y3Al5O12:Ce 550 35000
CdWO4 470~540 12000~15000
LuAG:Ce 535 20000
Gd2O2S:Tb 545 ~60000
섬광체층(160)의 두께는 전형적으로 0.1mm 내지 1mm에 이른다. 일예로, 섬광체층(160)의 두께가 1mm 이상인 2mm 내지 4mm의 두께를 갖는 섬광체층(160)은 방사선 흡수율은 증가하는 경향을 보이나 섬광체층(160) 후면으로 방출되는 광의 세기는 오히려 1mm 두께의 섬광체층(160)이 2mm 내지 4mm의 두께를 갖는 섬광체층(160)에 비해 상대적으로 높은 값을 갖는다. 이는 섬광체층(160) 내부에서 생성된 가시광 Photon이 섬광체층(160) 내에서 재흡수가 일어나거나, 후면이 아닌 다른 방향으로 이동되는 이유에 기인하기 때문이다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. A: 카드뮴 미리스트레이트(Cd Myristate), 셀레늄(Se) 및 전구체 용매를 혼합하여 혼합물을 생성하는 혼합물 생성 단계;
    B: 상기 혼합물에 카드뮴 아세테이트(Cd acetate)를 첨가하여 CdSe 씨드를 생성하는 CdSe 씨드 생성 단계;
    C: 상기 CdSe 씨드에 Se-전구체 용매를 첨가하여 상기 CdSe 씨드의 두께를 조절하는 두께 조절 단계 및
    D: 상기 (C) 단계 이후, 리간드를 첨가하여 두께 조절된 상기 CdSe 씨드를 분산하는 분산 단계를 포함하고,
    상기 (D) 단계는,
    D-1: (C) 단계 이후, 롱 체인 리간드를 첨가하여, 두께 조절된 상기 CdSe 씨드의 표면에 롱 체인 리간드를 형성하여 단계; 및
    D-2: (D-1) 단계 이후, 숏 체인 리간드를 첨가하여, CdSe 씨드의 표면에 형성된 상기 롱 체인 리간드 중 적어도 일부를 상기 숏 체인 리간드로 치환하는 단계;를 포함하는 CdSe 나노플레이틀릿 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전구체는 ODE (1-Octadecene), TBP (Tributylphosphine), TPP (Thiamine pyrophosphate), OA (Oleic acid), TOA (Trioctylamine), ODPA (Octadecylphosphonic acid), TOP (Trioctylphosphine) 및 OLA (Oleyl amine) 중에서 적어도 하나를 포함하는 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 롱 체인 리간드는 올레익산(oleic acid) 또는 트리옥틸포스핀 옥사이드 (Trioctylphosphine oxide)를 포함하고,
    상기 숏 체인 리간드는 피리딘 (Pyridine)을 포함하는 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 (A) 단계는,
    A-1: 용기에 상기 카드뮴 미리스트레이트, 셀레늄 및 전구체 용매를 첨가하고, 100℃ 내지 110℃에서 10분 내지 30분간 유지하여 불순물 및 수분을 제거하는 단계; 및
    A-2: 140℃ 내지 150℃로 승온하고, 상기 카드뮴 미리스트레이트, 셀레늄 및 전구체 용매를 10분 내지 30분간 교반하는 단계를 포함하는 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    E: 상기 (D) 단계 이후, 카드뮴 아세테이트(Cd Acetate), 황(S)-전구체 용매 및 전구체 용매를 혼합한 후, 이를 초음파 처리하여 CdS를 생성하는 CdS 생성 단계; 및
    F: 두께 조절된 상기 CdSe 씨드에 상기 CdS를 첨가하여, CdSe-core/CdS-Shell를 생성하는 CdSe-core/CdS-Shell 생성 단계를 더 포함하는 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 (E) 단계에서, 초음파 처리는 2시간 내지 3시간 동안 수행되는 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 (F) 단계에서,
    상기 CdSe 씨드는 전구체 용매에 혼합된 후 100℃ 내지 110℃에서 발생하는 가스가 제거된 후, 전구체 용매에 분산을 위해 200℃ 내지 240℃로 승온되는 열처리 공정을 수행하는 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 (F) 단계에서,
    상기 CdS의 첨가 속도는 5ml/h 내지 10ml/h인 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법.
  10. 기판;
    상기 기판 상부에 형성되는 제1 전극층;
    상기 제1 전극층 상부에 형성되고, 정공의 수송을 향상시키는 정공수송층;
    상기 정공수송층 상부에 형성되고, 상기 기판을 투과한 방사선이 흡수되어 전자-정공 쌍을 생성하는 활성층;
    상기 활성층 상부에 형성되는 제2 전극층; 및
    상기 기판 하부에 형성되며, 상기 방사선을 가시광선으로 변환하는 섬광체층(scintillator); 을 포함하고,
    상기 활성층은 CdSe 나노플레이틀릿을 포함하고,
    상기 CdSe 나노플레이틀릿은 청구항 제1항, 제3항 내지 청구항 제9항 중 어느 한 항에 따른 CdSe 나노플레이틀릿 제조 방법으로 제조된 방사선 측정기.
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