KR20120097832A - Fabrication method of silicate glass including lead sulfide quantum dots containing rare earth metal - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A silicate glass manufacturing method including lead sulfide quantum dot containing rare earth are provided to control size of quantum dots by adding rare earth compound to inside a silicate glass without adjusting heat treatment temperature or time. CONSTITUTION: A manufacturing method of silicate glasses comprises the following steps: manufacturing a base mixture by mixing silicon oxide with rare earth oxide which includes red compound and sulfur compound; manufacturing a silicate glass molten product by fusing the base mixture; manufacturing the silicate glass by cooling the silicate glass molten material; and segregating lead sulfide quantum dots by heat treating the silicate glass; and completing the silicate glass which includes the lead sulfide quantum dot including the rare earth metals. [Reference numerals] (S100) Manufacturing silicon oxide which includes lead compound and sulfur compound; (S200) Preparing rare earth compound; (S300) Manufacturing a base mixture by mixing silicon oxide with the lead oxide; (S400) Manufacturing the silicate glass by fusing the base mixture; (S500) Manufacturing the silicate glass by cooling the silicate glass molten material; (S520) Annealing silicate glass; (S600) Segregating lead sulfide quantum dots by heat treating the silicate glass; (S700) Completing the silicate glass which includes the lead sulfide quantum dot

Description

희토류 금속을 함유한 레드설파이드 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스의 제조방법{Fabrication method of silicate glass including Lead sulfide quantum dots containing rare earth metal} Fabrication method of silicate glass containing red sulfide quantum dots containing rare earth metals {{Fabrication method of silicate glass including Lead sulfide quantum dots containing rare earth metal}

본 발명은 실리케이트 글래스의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레드설파이드 양자점(Lead sulfide quantum dots)을 포함하는 실리케이트 글래스의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing silicate glass, and more particularly, to a method for producing silicate glass including red sulfide quantum dots.

양자점(Quantum Dot)은 수 나노미터 크기의 반도체 입자로써, 입자의 크기에 따라 방출하는 빛의 파장이 달라지는 물질이다. 양자점이 발산하는 빛은 전도대(conduction band)에서 가전자대(valence band)로 전자가 내려오면서 발생한다. 이때 발생하는 형광(발광)은 양자점의 입자가 작을수록 짧은 파장의 빛이 발생하고, 입자가 클수록 긴 파장의 빛을 발생하게 된다. Quantum dots are semiconductor particles of several nanometers in size, and the wavelengths of light emitted vary depending on the size of the particles. Light emitted by a quantum dot is generated when electrons descend from a conduction band to a valence band. In this case, the smaller the particles of the quantum dots generate light of a shorter wavelength, and the larger the particles generate light of a longer wavelength.

따라서, 양자점의 크기를 조절하면 띠 간격(band gap)이 조절되어 다양한 파장의 에너지를 얻을 수 있다. 그런데, 양자점의 크기를 조절하는 것은 쉽지 않을 뿐만 아니라 공정 시간이 많이 걸리거나 공정 비용이 많이 소모된다. Therefore, by adjusting the size of the quantum dot (band gap) is adjusted to obtain energy of various wavelengths. However, controlling the size of the quantum dot is not only easy, but also takes a lot of time or process cost.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 양자점의 크기를 용이하게 조절하기 위하여 창안한 것으로써, 레드설파이드 양자점(Lead sulfide quantum dots)을 포함하는 실리케이트 글래스의 제조방법을 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a silicate glass including the lead sulfide quantum dots (Lead sulfide quantum dots) invented to easily control the size of the quantum dots.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 실리케이트 글래스의 제조방법은 레드 화합물 및 설퍼 화합물을 포함하는 실리콘 산화물과 희토류 산화물을 혼합하여 기지 혼합물을 제조하는 단계와, 상기 기지 혼합물을 용융하여 실리케이트 글래스 용융체를 제조하는 단계와, 상기 실리케이트 글래스 용융체를 냉각시켜 실리케이트 글래스를 제조하는 단계와, 상기 실리케이트 글래스를 열처리하여 상기 희토류 산화물의 농도에 따라 직경이 조절되는 레드설파이드 양자점을 석출하는 단계와, 상기 희토류 산화물에 포함된 희토류 금속을 함유한 레드설파이드 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스를 완성하는 단계를 포함하여 이루어진다. In order to solve the above problems, a method for producing a silicate glass according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a matrix mixture by mixing a silicon oxide and a rare earth oxide containing a red compound and a sulfur compound, and the matrix mixture Manufacturing a silicate glass melt by melting, cooling the silicate glass to prepare a silicate glass, and heat treating the silicate glass to deposit red sulfide quantum dots whose diameter is adjusted according to the concentration of the rare earth oxide. And completing a silicate glass including a red sulfide quantum dot containing a rare earth metal contained in the rare earth oxide.

상기 희토류 산화물은 어듐 산화물일 수 있다. 상기 기지 혼합물 내의 상기 어듐 산화물의 농도는 0.1몰% 내지 0.4 몰%일 수 있다. 상기 어듐 산화물의 농도가 0.1몰% 내지 0.4 몰%로 증가함에 따라, 상기 레드설파이드 양자점의 직경은 감소할 수 있다. The rare earth oxide may be sodium oxide. The concentration of the sodium oxide in the matrix mixture may be 0.1 mol% to 0.4 mol%. As the concentration of the oxide is increased from 0.1 mol% to 0.4 mol%, the diameter of the red sulfide quantum dot may decrease.

상기 실리케이트 글래스 용융체를 냉각시켜 실리케이트 글래스 제조하는 단계 후에, 상기 실리케이트 글래스를 소둔처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. After cooling the silicate glass melt to prepare a silicate glass, the silicate glass may further comprise the step of annealing.

상기 실리케이트 글래스 용융체를 냉각시키는 단계는, 상기 실리케이트 글래스 용융체를 상온으로 급랭시켜 수행할 수 있다. 상기 실리케이트 글래스의 열처리는 단일 온도에서 수행할 수 있다.  The cooling of the silicate glass melt may be performed by quenching the silicate glass melt to room temperature. The heat treatment of the silicate glass can be carried out at a single temperature.

본 발명의 일 실시예에 의한 레드설파이드 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스의 제조 방법은 희토류 금속을 혼합하는 단계를 포함한다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 레드설파이드 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스의 제조 방법은 열처리 온도나 시간을 조절하지 않고, 실리케이트 글래스 내에 희토류 화합물을 첨가시켜 양자점의 크기를 조절한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 레드설파이드 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스의 제조 방법은 단일 열처리 온도에서 실리케이트 글래스 내에 첨가되는 희토류 화합물의 농도를 변화시켜 다양한 크기의 레드설파이드 양자점을 형성한다. According to one embodiment of the present invention, a method of manufacturing a silicate glass including red sulfide quantum dots includes mixing rare earth metals. In addition, in the method for preparing silicate glass including red sulfide quantum dots according to an embodiment of the present invention, the size of the quantum dots is adjusted by adding a rare earth compound in the silicate glass without adjusting the heat treatment temperature or time. The method for preparing silicate glass including red sulfide quantum dots according to an embodiment of the present invention changes the concentration of the rare earth compound added in the silicate glass at a single heat treatment temperature to form red sulfide quantum dots of various sizes.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 의한 레드설파이드 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스의 제조 방법은 단일 열처리 온도를 가지기 때문에 양자점 형성을 위한 공정 시간을 줄일 수 있고 제조 비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 전자 소자 및 광학 소자 제조 분야에 매우 유용하게 적용할 수 있다. Accordingly, the method of manufacturing the silicate glass including the red sulfide quantum dots according to the embodiment of the present invention has a single heat treatment temperature, so that the process time for forming the quantum dots can be shortened and the manufacturing cost can be reduced. It can be very usefully applied to the field of optical device manufacturing.

도 1은 본 발명의 실시예에 의해 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 도 1에 의하여 제조된 레드설파이드 양자점의 TEM 사진을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 희토류 금속을 함유한 레드설파이드 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스의 흡수 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 희토류 금속을 함유한 레드설파이드 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 7은 도 3 내지 도 6의 결과를 정리한 도면이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a silicate glass including a quantum dot according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a TEM photograph of a red sulfide quantum dot manufactured by FIG. 1.
3 and 4 are diagrams showing absorption spectra of silicate glasses including red sulfide quantum dots containing rare earth metals according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are diagrams showing emission spectra of silicate glasses including red sulfide quantum dots containing a rare earth metal according to one embodiment of the present invention.
7 is a view summarizing the results of FIGS. 3 to 6.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated and described in detail in the drawings. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a part or a combination thereof is described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined herein. Do not.

양자점은 크기를 조절하면 띠 간격(band gap)이 조절되어 다양한 파장의 에너지를 얻을 수 있으며 이러한 효과를 양자 제한 효과(Quantum confinement effect)라고 한다. 양자 제한 효과를 이용하여 디스 플레이 장치(display apparatus), 양자점 레이저, 태양 전지, 센서, 광통신용 증폭기 등에 응용할 수 있다. When the quantum dot is adjusted in size, the band gap is adjusted to obtain energy of various wavelengths, and this effect is called a quantum confinement effect. The quantum limiting effect can be used for display apparatuses, quantum dot lasers, solar cells, sensors, and optical communication amplifiers.

양자점의 제조 방법은 화학 합성에 의해 양자점을 형성하는 화학 합성 방법과 실리케이트 글래스("유리"라고도 함) 내에 양자점을 석출시키는 석출 방법으로 구분할 수 있다. 화학 합성 방법의 경우 양자점 합성이 용이하나 양자점이 유기 및 수용액 내에 분산되어 있기 때문에 실제 장치에는 적용하기에는 한계가 있을 수 있다. The production method of a quantum dot can be classified into a chemical synthesis method of forming a quantum dot by chemical synthesis and a precipitation method of depositing quantum dots in silicate glass (also referred to as "glass"). In the case of the chemical synthesis method, quantum dot synthesis is easy, but since the quantum dots are dispersed in organic and aqueous solution, there may be a limitation in the actual device.

반면 실리케이트 글래스 내에서 양자점을 석출하여 형성할 경우 우수한 기계적 강도와 화학적 안정성을 갖고 실제로 증폭기나 센서, 레이저 장치 등에 적용 가능한 광섬유화가 쉽다는 장점이 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 실리케이트 글래스 내에 양자점을 석출시켜 합성시키는 방법을 이용한다. 또한, 본 발명의 실시예는 열처리 온도나 시간을 조절하지 않고, 실리케이트 글래스 내에 희토류 화합물을 첨가시켜 양자점의 크기를 조절한다. 다시 말해, 본 발명의 실시예는 단일 열처리 온도에서 실리케이트 글래스 내에 첨가되는 희토류 화합물의 농도를 변화시켜 다양한 크기의 양자점을 형성한다. 이렇게 할 경우, 단일 열처리 온도를 가지기 때문에 양자점 형성을 위한 공정 시간을 줄일 수 있고 제조 비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 전자 소자 및 광학 소자 제조 분야에 매우 유용하게 적용할 수 있다. On the other hand, when the quantum dots are precipitated and formed in the silicate glass, they have excellent mechanical strength and chemical stability, and are easy to be applied to amplifiers, sensors, laser devices, and the like. Accordingly, embodiments of the present invention utilize a method of depositing and synthesizing quantum dots in silicate glass. In addition, the embodiment of the present invention adjusts the size of the quantum dots by adding a rare earth compound in the silicate glass without adjusting the heat treatment temperature or time. In other words, embodiments of the present invention vary the concentration of rare earth compounds added into the silicate glass at a single heat treatment temperature to form quantum dots of various sizes. In this case, since it has a single heat treatment temperature, the process time for forming the quantum dots can be reduced, and the manufacturing cost can be lowered, and it can be very usefully applied to the field of electronic device and optical device manufacturing.

이하에 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 더 자세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 의해 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a silicate glass including a quantum dot according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 본 발명의 실시예는 레드설파이드 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스의 제조 방법에 관한 것이다. 먼저, 레드(Pb) 화합물 및 설퍼(S) 화합물을 포함하는 실리콘 산화물을 준비한다(스텝 100). 본 실시예에서, 실리콘 산화물의 예로 50SiO2-34Na2O-5Al2O3 -8ZnO-2ZnS-1PbO 이용하였다. 앞서 실리콘 산화물은 분말 형태이며, 조성은 몰%로 표시한 것이다. Specifically, embodiments of the present invention relate to a method for producing silicate glass comprising red sulfide quantum dots. First, a silicon oxide containing a red (Pb) compound and a sulfur (S) compound is prepared (step 100). In this embodiment, 50SiO 2 -34Na 2 O-5Al 2 O 3 -8ZnO-2ZnS-1PbO was used as an example of the silicon oxide. Previously, silicon oxide is in powder form and the composition is expressed in mol%.

이어서, 희토류 산화물을 준비한다.(스텝 200). 본 실시예에서, 희토류 산화물의 예로 어븀 산화물을 이용하였다. 어븀 산화물은 화학식으로 Er2O3일 수 있다. 어듐 산화물은 분말 형태이다. 계속하여, 실리콘 산화물과 희토류 산화물을 혼합하여 기지(base) 혼합물을 제조한다(스텝 300). 본 실시예에서는 앞서 설명한 조성의 실리콘 산화물에 0,1몰%, 0,2 몰%, 0.3몰% 및 0,4몰%의 어듐 산화뮬을 혼합하여 기지 혼합물을 제조하였다. 혼합되는 어듐 산화물의 조성이 0.5몰% 이상일 경우에는 후속공정에서 실리케이트 글래스 형성이 어려워질 수 있다. 본 실시예에서, 기지 혼합물은 실리콘 산화물과 희토류 산화물의 혼합물을 약 20g 단위로 칭량하여 약 12시간 동안 볼 밀(ball mill) 등에서 혼합하여 제조하였다. Next, a rare earth oxide is prepared (step 200). In this embodiment, erbium oxide was used as an example of the rare earth oxide. Erbium oxide may be Er 2 O 3 in the formula. Adium oxide is in powder form. Subsequently, silicon oxide and rare earth oxide are mixed to prepare a base mixture (step 300). In this embodiment, a matrix mixture was prepared by mixing 0,1 mol%, 0,2 mol%, 0.3 mol% and 0,4 mol% of mule oxide with silicon oxide having the composition described above. If the composition of the mixed indium oxide is 0.5 mol% or more, it may be difficult to form the silicate glass in a subsequent process. In this example, the matrix mixture was prepared by weighing a mixture of silicon oxide and rare earth oxide in about 20 g units and mixing in a ball mill or the like for about 12 hours.

기지 혼합물을 용융시켜 실리케이트 글래스 용융체를 형성한다(스텝 400). 본 실시예에서는 기지 혼합물을 알루미나 도가니에 담고, 1350℃의 퍼니스(furnace, 노)에서 약 1시간동안 용융시켜 실리케이트 글래스 용융체를 형성하였다. 다음에, 실리케이트 글래스 용융체를 냉각시켜 실리케이트 글래스를 제조한다(스텝 500). 본 실시예에서는, 실리케이트 글래스 용융체를 청동 주형에 부어서 상온으로 급랭시켜 실리케이트 글래스를 제조하였다. The known mixture is melted to form a silicate glass melt (step 400). In this example, the matrix mixture was placed in an alumina crucible and melted for about 1 hour in a furnace (furnace, furnace) at 1350 ° C. to form a silicate glass melt. Next, the silicate glass melt is cooled to produce silicate glass (step 500). In this embodiment, the silicate glass melt was poured into a bronze mold and quenched to room temperature to prepare silicate glass.

계속하여, 필요에 따라서 실리케이트 글래스를 소둔처리할 수 있다. 소둔처리는 실리케이트 글래스 용융체의 냉각시에 실리케이트 글래스 내에 발생할 수 있는 응력을 제거하기 위한 것으로, 본 실시예에서는 유리 전이 온도보다 낮은 약 400℃에서 약 2시간 수행하고, 퍼니스에서 냉각시켰다. 앞서 설명한 바와 같이 소둔처리는 수행하지 않을 수도 있다. Subsequently, the silicate glass can be annealed as necessary. The annealing treatment is to remove stress that may occur in the silicate glass upon cooling the silicate glass melt. In this example, the annealing was performed at about 400 ° C. lower than the glass transition temperature, and cooled in the furnace. As described above, the annealing process may not be performed.

이렇게 만들어진 실리케이트 글래스를 단일 온도에서 열처리하여 실리케이트 글래스 내에 레드설파이드 양자점을 석출시킨다(스텝 600). 본 실시예에서는, 어듐 산화물의 농도에 따른 실리케이트 글래스 샘플을 10mm(길이) X 10mm(폭) X2mm(두께)로 절단한 후, 단일 온도인 490℃ 또는 500℃에서 각각 열처리하였다. 다시 말해, 실리케이트 글래스 샘플을 8개 준비하여 어븀 산화물의 농도별로 490℃ 또는 500℃에서 각각 열처리하였다. The silicate glass thus produced is heat-treated at a single temperature to precipitate red sulfide quantum dots in the silicate glass (step 600). In this example, the silicate glass samples were cut into 10 mm (length) X 10 mm (width) X 2 mm (thickness) according to the concentration of the sodium oxide, and then heat-treated at a single temperature of 490 ° C or 500 ° C, respectively. In other words, eight silicate glass samples were prepared and heat-treated at 490 ° C. or 500 ° C. for each concentration of erbium oxide.

실리케이트 글래스 샘플을 열처리한 후에, 석출되는 레드설파이드 양자점은 어븀 산화물의 농도에 따라 크기가 다르게 나타난다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레드설파이드(PbS) 양자점을 제조해 본 결과, 예컨대 490℃에서 실리케이트 글래스를 열처리하면 후술하는 바와 같이 어븀 산화물(Er2O3) 농도가 0.1몰%에서 0.4몰%로 증가함에 따라 생성된 레드설파이드 양자점의 직경 크기는 약 4.5nm에서 약 3.6nm로 감소하였다. 따라서, 동일한 열처리 조건하에서 어듐산화물의 농도 조절을 통해 레드설파이드 양자점의 크기를 조절할 수 있다. After heat treating the silicate glass sample, the deposited red sulfide quantum dots appear to vary in size depending on the concentration of the erbium oxide. As a result of preparing a red sulfide (PbS) quantum dot according to an embodiment of the present invention, for example, when the silicate glass is heat-treated at 490 ° C, the concentration of erbium oxide (Er 2 O 3 ) is 0.1 mol% to 0.4 mol% as described below. The diameter size of the resulting red sulfide quantum dots decreased from about 4.5 nm to about 3.6 nm. Therefore, the size of the red sulfide quantum dot can be controlled by adjusting the concentration of the indium oxide under the same heat treatment conditions.

최종적으로, 열처리를 통해 레드설파이드 양자점이 석출되면, 희토류 금속을 함유한 레드설파이드 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스가 완성된다(스텝 700).Finally, when the red sulfide quantum dots are precipitated through heat treatment, the silicate glass including the red sulfide quantum dots containing the rare earth metal is completed (step 700).

도 2는 도 1에 의하여 제조된 레드설파이드 양자점의 TEM 사진을 도시한 도면이다. FIG. 2 is a diagram illustrating a TEM photograph of a red sulfide quantum dot manufactured by FIG. 1.

구체적으로, 도 1은 어듐 산화물의 농도가 0.3 몰%이고, 실리케이트 글래스 샘플을 490℃에서 20시간 열처리한 경우의 레드설파이드 양자점을 도시한 것이다. 도 1의 삽입 도면은 레드설파이드 양자점의 고속 푸리어 변환 패턴을 나타낸다. 레드설파이드 양자점은 직경이 약 4nm의 직경을 갖는다. 레드설파이드 양자점은 고속 푸리어 변환 패턴 분석을 통해 면심 입방구조이며, 결정 상수는 벌크 레드설파이드 결정과 일치하는 5.57Å임을 알 수 있다.Specifically, FIG. 1 shows a red sulfide quantum dot when the concentration of the oxide is 0.3 mol% and the silicate glass sample is heat-treated at 490 ° C. for 20 hours. 1 shows a fast Fourier transform pattern of a red sulfide quantum dot. Red sulfide quantum dots have a diameter of about 4 nm. The red sulfide quantum dot has a face-centered cubic structure through fast Fourier transform pattern analysis, and the crystal constant is 5.57Å which is consistent with the bulk red sulfide crystal.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 희토류 금속을 함유한 레드설파이드 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스의 흡수 스펙트럼을 도시한 도면이고, 도 7은 도 3 및 도 4의 결과를 정리한 도면이다. 3 and 4 are diagrams showing absorption spectra of silicate glasses including red sulfide quantum dots containing rare earth metals according to one embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a view summarizing the results of FIGS. 3 and 4. to be.

구체적으로, 도 3 및 도 4는 각각 490℃ 및 500℃에서 20시간 열처리한 후 희토류 금속, 예컨대 어듐 산화물의 농도에 따른 실리케이트 글래스의 흡수 스펙트럼을 도시한 것이다. X축은 파장이고, Y축의 흡수 계수는 정규화(normalized)한 값이다. 모든 샘플에서 흡수 밴드(흡수 스펙트럼)의 피크 파장(중심 파장)은 어븀 산화물의 농도가 증가함에 짧아짐을 알 수 있다. 그리고, 490℃에서 열처리한 실리케이트 글래스의 피크 파장은 500℃에서 열처리한 실리케이트 글래스의 피크 파장보다 작음을 알 수 있다. Specifically, FIGS. 3 and 4 show absorption spectra of silicate glasses according to the concentration of rare earth metals such as indium oxide after heat treatment at 490 ° C. and 500 ° C. for 20 hours. The X axis is the wavelength, and the absorption coefficient of the Y axis is a normalized value. It can be seen that in all samples the peak wavelength (center wavelength) of the absorption band (absorption spectrum) is shortened as the concentration of erbium oxide increases. And it can be seen that the peak wavelength of the silicate glass heat-treated at 490 ° C is smaller than the peak wavelength of the silicate glass heat-treated at 500 ° C.

490℃에서 열처리한 실리케이트 글래스의 흡수 스펙트럼의 피크 파장은 어듐산화물의 농도가 0.1몰%에서는 1817nm이고 0.4몰%일 경우 1546nm로 어듐 산화물의 농도가 증가함에 따라 감소함을 알 수 있다. 500℃에서 열처리한 실리케이트 글래스의 흡수 스펙트럼의 피크 파장은 어듐산화물의 농도가 0.1몰%에서는 2039nm이고 0.4몰%일 경우 1910nm로 어듐 산화물의 농도가 증가함에 따라 감소함을 알 수 있다.It can be seen that the peak wavelength of the absorption spectrum of the silicate glass heat-treated at 490 ° C. decreases as the concentration of sodium oxide increases to 1546 nm at 0.1 mol% and to 1546 nm at 0.4 mol%. It can be seen that the peak wavelength of the absorption spectrum of the silicate glass heat-treated at 500 ° C. decreases as the concentration of sodium oxide increases to 2010 nm at 0.1 mol% and 1910 nm at 0.4 mol%.

이러한 결과는 어듐 산화물의 농도가 증가함에 따라 레드설파이드 양자점의 크기를 감소시키는 것에 대응한다. 레드설파이드 양자점의 평균 직경(r)은 파라볼릭 모델(parabolic model)에 이용하여 계산하였다. These results correspond to decreasing the size of the red sulfide quantum dots as the concentration of sodium oxide increases. The average diameter (r) of the red sulfide quantum dots was calculated using a parabolic model.

490℃에서 열처리한 실리케이트 글래스의 레드설파이드 양자점의 크기는 어듐산화물의 농도가 0.1몰%에서는 4.5nm이고 0.4몰%일 경우 3.6nm로 어듐 산화물의 농도가 증가함에 따라 감소함을 알 수 있다. 500℃에서 열처리한 실리케이트 글래스의 레드설파이드 양자점의 크기는 어듐산화물의 농도가 0.1몰%에서는 5.4nm이고 0.4몰%일 경우 4.8nm로 어듐 산화물의 농도가 증가함에 따라 감소함을 알 수 있다. The size of the red sulfide quantum dots of the silicate glass heat-treated at 490 ° C. decreases with increasing the concentration of the oxides to 4.5 nm at 0.1 mol% and 3.6 nm at 0.4 mol%. The size of the red sulfide quantum dots of silicate glass heat-treated at 500 ° C. decreases as the concentration of the oxide is increased to 4.8 nm at 0.1 mol% and 4.8 nm at 0.4 mol%.

결과적으로, 실리케이트 글래스에서 어듐산화물의 농도가 증가함에 따라 흡수 스펙트럼의 흡수 피크가 단파장쪽으로 이동하여 레드설파이드 양자점의 크기가 작아짐을 알 수 있다. As a result, it can be seen that as the concentration of the sodium oxide in the silicate glass increases, the absorption peak of the absorption spectrum shifts toward the shorter wavelength, thereby reducing the size of the red sulfide quantum dot.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 희토류 금속을 함유한 레드설파이드 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이고, 도 7은 도 5 및 도 6의 결과를 정리한 도면이다.5 and 6 are diagrams showing emission spectra of silicate glasses including red sulfide quantum dots containing rare earth metals according to one embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a view summarizing the results of FIGS. 5 and 6. to be.

구체적으로, 도 5 및 도 6은 각각 490℃ 및 500℃에서 20시간 열처리한 후 희토류 금속, 예컨대 어듐 산화물의 농도에 따른 실리케이트 글래스의 발광(포토루미네슨스, photoluminescence(PL)) 스펙트럼을 도시한 것이다. X축은 파장이고, Y축의 발광 강도는 정규화(normalized)한 값이다. 모든 샘플에서 발광 스펙트럼의 피크 파장(중심 파장)은 어븀 산화물의 농도가 증가함에 짧아짐을 알 수 있다. 그리고, 490℃에서 열처리한 실리케이트 글래스의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 500℃에서 열처리한 실리케이트 글래스의 발광 스펙트럼의 피크 파장보다 작음을 알 수 있다. Specifically, FIGS. 5 and 6 show emission (photoluminescence (PL)) spectra of silicate glass according to the concentration of rare earth metals such as indium oxide after heat treatment at 490 ° C. and 500 ° C. for 20 hours, respectively. will be. The X axis is the wavelength, and the light emission intensity of the Y axis is a normalized value. It can be seen that in all samples, the peak wavelength (center wavelength) of the emission spectrum is shortened as the concentration of erbium oxide increases. And it can be seen that the peak wavelength of the emission spectrum of the silicate glass heat-treated at 490 ° C is smaller than the peak wavelength of the emission spectrum of the silicate glass heat-treated at 500 ° C.

490℃에서 열처리한 실리케이트 글래스의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 어듐산화물의 농도가 0.1몰%에서는 1972nm이고 0.4몰%일 경우 1600nm로 어듐 산화물의 농도가 증가함에 따라 감소함을 알 수 있다. 500℃에서 열처리한 실리케이트 글래스의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 어듐산화물의 농도가 0.1몰%에서는 2084nm이고 0.4몰%일 경우 1893nm로 어듐 산화물의 농도가 증가함에 따라 감소함을 알 수 있다.It can be seen that the peak wavelength of the emission spectrum of the silicate glass heat-treated at 490 ° C. decreases as the concentration of sodium oxide increases to 1972 nm at 0.1 mol% and 1600 nm at 0.4 mol%. It can be seen that the peak wavelength of the emission spectrum of the silicate glass heat-treated at 500 ° C. decreases as the concentration of sodium oxide increases to 2093 nm at 0.1 mol% and 1893 nm at 0.4 mol%.

이러한 결과는 어듐 산화물의 농도가 증가함에 따라 레드설파이드 양자점의 크기를 감소시키는 것에 대응한다. 어븀 산화물의 농도 증가는 레드설파이드 양자점의 핵생성에 양호한 조건을 제공하나 핵성장에는 장애로 작용한다. 레드(Pb)나 설퍼(S)의 양이 실리케이트 글래스에서 한정되어 있기 때문에, 레드설파이드 양자점의 성장은 레드설파이드 양자점 주위에서 레드 및 설파이드를 소모하므로 궁극적으로 레드설파이드 양자점의 지속 성장을 어렵게 한다. 결과적으로, 실리케이트 글래스에서 어듐산화물의 농도가 증가함에 따라 발광 피크가 단파장쪽으로 이동하여 레드설파이드 양자점의 크기가 작아짐을 알 수 있다. These results correspond to decreasing the size of the red sulfide quantum dots as the concentration of sodium oxide increases. Increasing the concentration of erbium oxide provides good conditions for nucleation of red sulfide quantum dots, but impedes nuclear growth. Since the amount of red (Pb) or sulfur (S) is limited in the silicate glass, the growth of red sulfide quantum dots consumes red and sulfide around the red sulfide quantum dots, ultimately making it difficult to sustain growth of the red sulfide quantum dots. As a result, it can be seen that as the concentration of the sodium oxide in the silicate glass increases, the emission peak is shifted toward the shorter wavelength, thereby decreasing the size of the red sulfide quantum dot.

본 실시예에서는 레드설파이드 양자점의 크기 조절을 위해 어듐 산화물을 예시로 하여 설명하지만, 다른 희토류 금속도 앞서 설명한 바와 같이 동일한 성장 메카니즘이 적용될 수 있다. In the present embodiment, the description is given by using an example of indium oxide to control the size of the red sulfide quantum dots, but the same growth mechanism may be applied to other rare earth metals as described above.

S100-S700: 희토류 금속을 함유한 레드설파이드 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스의 제조 단계S100-S700: Preparation of silicate glass containing red sulfide quantum dots containing rare earth metal

Claims (7)

레드 화합물 및 설퍼 화합물을 포함하는 실리콘 산화물과 희토류 산화물을 혼합하여 기지 혼합물을 제조하는 단계;
상기 기지 혼합물을 용융하여 실리케이트 글래스 용융체를 제조하는 단계;
상기 실리케이트 글래스 용융체를 냉각시켜 실리케이트 글래스를 제조하는 단계;
상기 실리케이트 글래스를 열처리하여 상기 희토류 산화물의 농도에 따라 직경이 조절되는 레드설파이드 양자점을 석출하는 단계; 및
상기 희토류 산화물에 포함된 희토류 금속을 함유한 레드설파이드 양자점을 포함하는 실리케이트 글래스를 완성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리케이트 글래스의 제조 방법.Preparing a matrix mixture by mixing a silicon oxide and a rare earth oxide comprising a red compound and a sulfur compound;
Melting the matrix mixture to produce a silicate glass melt;
Cooling the silicate glass melt to produce silicate glass;
Heat treating the silicate glass to precipitate red sulfide quantum dots whose diameter is adjusted according to the concentration of the rare earth oxide; And
And preparing a silicate glass including a red sulfide quantum dot containing a rare earth metal contained in the rare earth oxide. 제1항에 있어서, 상기 희토류 산화물은 어듐 산화물인 것을 특징으로 하는 실리케이트 글래스의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the rare earth oxide is an oxide of aluminum. 제2항에 있어서, 상기 기지 혼합물 내의 상기 어듐 산화물의 농도는 0.1몰% 내지 0.4 몰%인 것을 특징으로 하는 실리케이트 글래스의 제조 방법.The method for producing silicate glass according to claim 2, wherein the concentration of the sodium oxide in the matrix mixture is 0.1 mol% to 0.4 mol%. 제2항에 있어서, 상기 어듐 산화물의 농도가 0.1몰% 내지 0.4 몰%로 증가함에 따라, 상기 레드설파이드 양자점의 직경은 감소하는 것을 특징으로 하는 실리케이트 글래스의 제조 방법.The method of claim 2, wherein the diameter of the red sulfide quantum dot decreases as the concentration of the sodium oxide increases from 0.1 mol% to 0.4 mol%. 제1항에 있어서, 상기 실리케이트 글래스 용융체를 냉각시켜 실리케이트 글래스 제조하는 단계 후에, 상기 실리케이트 글래스를 소둔처리하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리케이트 글래스의 제조 방법. The method of claim 1, further comprising annealing the silicate glass after cooling the silicate glass melt to prepare the silicate glass. 제1항에 있어서, 상기 실리케이트 글래스 용융체를 냉각시키는 단계는,
상기 실리케이트 글래스 용융체를 상온으로 급랭시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 실리케이트 글래스의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the cooling of the silicate glass melt,
Method for producing a silicate glass, characterized in that performed by quenching the silicate glass melt to room temperature. 제1항에 있어서, 상기 실리케이트 글래스의 열처리는 단일 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 실리케이트 글래스의 제조 방법. The method of claim 1, wherein the heat treatment of the silicate glass is performed at a single temperature.
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