KR20140021735A - 나노입자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자는 코어, 상기 코어를 둘러싸는 쉘 및 상기 쉘에 결합되는 세자리 유기결합체(tridentate ligand)를 포함한다.
Description
본 발명은 나노입자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 양자 점 또는 양자 라드를 이용한 나노입자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
양자 점(quantum dot, QD) 또는 양자 라드(quantum rods, QRs)는 나노 크기의 II-VI족, III-V족, I-III-VI족, IV-VI족 반도체 입자가 코어(core)를 이루는 입자를 말하며, 코어를 보호하기 위한 쉘(shell)과 분산을 돕기 위한 유기결합체(ligand)로 구분된다.
이러한 양자 나노입자들은 일반적 염료에 비해 흡광계수(extinction coefficient)가 100∼1000배 크고 양자효율(quantum efficience)도 높으므로 매우 센 형광을 발생하며, 입자의 크기를 조절하면 원하는 파장의 가시광선 영역의 빛을 모두 낼 수 있다. 또한 여러 크기의 입자들이 함께 있을 때 하나의 파장으로 빛을 발하게 만들면 여러 가지 색을 한번에 낼 수도 있어 LED 조명, 액정 디스플레이 광원, 디스플레이 발광소자 재료 등의 다양한 응용처가 연구되고 있지만 중심(core)의 산화로 광학적 효율저하 문제를 가지고 있어 현재 상용화에 제한성을 가지고 있다.
양자 나노입자들은 코어가 산소와 반응하면 양자효율 저하와 형광 파장의 변화로 형광 수명, 색재현율이 감소된다. 이를 보완하기 위해 종래에는 쉘과 유기결합체로 코어의 산화를 방지하고 있지만, 고온 및 수분이 존재하는 상황에서 유기결합체가 쉘에서 떨어져 유실되게 되고 그 부분을 통해 산소가 침투하여 코어의 산화가 발생하게 된다.
도 1 및 도 2에서 나타나는 바와 같이, 동일한 성분을 가지는 금속 결정에서 큰 입자(bulk)와 나노입자(nano particle)은 산소에 대한 산화는 동일하게 나타나지만 큰 입자에 비해 나노입자는 산소와 반응할 수 있는 유효표면적이 더 크다. 따라서, 나노입자에 작은 양의 산화가 진행되어도 전체 물성에 많은 영향을 주게 되어, 양자효율의 감소 및 형광 파장의 변화가 나타나는 문제점이 있다.
본 발명은 양자 점 또는 양자 라드들의 열 및 수분 등 외부 환경에 의한 양자효율의 감소를 방지할 수 있는 나노입자 및 그 제조방법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자는 코어, 상기 코어를 둘러싸는 쉘 및 상기 쉘에 결합되는 세자리 유기결합체(tridentate ligand)를 포함한다.
상기 세자리 유기결합체는 하기 화학식 1로 나타난다.
여기서, R은 
, 
또는 
중 선택된 어느 하나로 이루어지고 이때, n은 1 내지 3이다. 또한, Y는 CH2, O 또는 N 중 선택된 어느 하나로 이루어지고, X는 PH2, SH 또는 NH2 중 선택된 어느 하나로 이루어진다.
상기 코어는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaAs, GaP, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb 중 어느 하나 이상으로 이루어진다.
상기 쉘은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaAs, GaP, GaAs, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb, SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO, MnO, Mn2O3, CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, Mn3O4, CoO, Co3O4, NiO, MgAl2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CoMn2O4 중 어느 하나 이상으로 이루어진다.
상기 세자리 유기결합체는 지용성(hydrophobic), 수용성(hydrophilic), 실리콘계(silicon) 유기결합체 중 어느 하나 이상으로 이루어진다.
상기 나노입자는 양자 점(quantum dot) 또는 양자 라드들(quantum rods)로 이루어진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자의 제조방법은 코어, 쉘 및 유기결합체를 포함하는 나노입자의 제조방법에 있어서, 상기 유기결합체는 쉘에 결합된 한자리 유기결합체를 세자리 유기결합체로 치환하여 제조한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자의 제조방법은 코어, 쉘 및 세자리 유기결합체를 포함하는 나노입자의 제조방법에 있어서, 상기 코어와 상기 쉘의 합성 중에 상기 세자리 유기결합체를 도입하여 직접적으로 합성한다.
상기 세자리 유기결합체는 하기 화학식 1로 나타난다.
[화학식 1]
여기서, R은 
, 
또는 
중 선택된 어느 하나로 이루어지고 이때, n은 1 내지 3이다. 또한, Y는 CH2, O 또는 N 중 선택된 어느 하나로 이루어지고, X는 PH2, SH 또는 NH2 중 선택된 어느 하나로 이루어진다.
상기 코어는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaAs, GaP, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb 중 어느 하나 이상으로 이루어진다.
상기 쉘은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaAs, GaP, GaAs, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb, SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO, MnO, Mn2O3, CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, Mn3O4, CoO, Co3O4, NiO, MgAl2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CoMn2O4 중 어느 하나 이상으로 이루어진다.
상기 세자리 유기결합체는 지용성(hydrophobic), 수용성(hydrophilic), 실리콘계(silicon) 유기결합체 중 어느 하나 이상으로 이루어진다.
상기 나노입자는 양자 점(quantum dot) 또는 양자 라드들(quantum rods)로 이루어진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 코어, 상기 코어를 둘러싸는 쉘 및 상기 쉘에 결합되는 세자리 유기결합체(tridentate ligand)를 포함하는 나노입자를 포함한다.
본 발명의 나노입자 및 그 제조방법은 세자리 유기결합체를 양자점의 표면에 높은 밀도로 결합시켜, 산소로부터 나노입자를 보호하고, 세자리 유기결합체로 분산능력을 확보 함으로써, 안정성, 색재현률, 발광효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 이에 따라, 나노입자를 이용한 액정 디스플레이 광원, LED 조명, 양자점 디스플레이 등 다양한 응용이 가능해진다.
도 1은 큰 입자가 산화되는 것을 나타낸 모식도.
도 2는 나노입자가 산화되는 것을 나타낸 모식도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 합성예에 따라 제조된 물질 5의 NMR을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 합성예에 따라 제조된 물질 7의 NMR을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 제조예 1에 따른 양자 점의 제조방법을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 제조예 2에 따른 양자점의 제조방법을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따라 제작된 양자 점의 신뢰성 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 2는 나노입자가 산화되는 것을 나타낸 모식도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 합성예에 따라 제조된 물질 5의 NMR을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 합성예에 따라 제조된 물질 7의 NMR을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 제조예 1에 따른 양자 점의 제조방법을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 제조예 2에 따른 양자점의 제조방법을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따라 제작된 양자 점의 신뢰성 측정 결과를 나타낸 그래프.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예들을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자를 나타낸 도면이다. 본 발명의 나노입자는 디스플레이 장치에 사용되거나 발광 소자로 사용될 수 있는 양자 점(quantum dot) 또는 양자 라드들(quantum rods)을 포함하는 것으로, 먼저, 양자 점을 예로 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 양자 점(100)은 밴드 갭(band gap)을 가지는 물질로 구성된 코어(core)(110) 및 상기 코어(110)를 둘러싼 밴드 갭이 큰 물질로 구성된 쉘(shell)(120), 그리고 상기 쉘(120) 상에 부착된 유기결합체(ligand)(130)로 구성된다. 양자 점(100)은 대략 지름 1 내지 10nm 정도의 크기의 구형으로 이루어져 있다.
양자 점(100)에서 발하는 형광은 전도대(conduction band)에서 가전자대 (valence band)로 들뜬 상태의 전자가 내려오면서 발생하는 빛이다. 양자점(110)은 같은 물질의 코어로 구성되더라도 입자의 크기에 따라 형광파장이 달라지며 입자의 크기가 적어질수록 짧은 파장의 형광을 내며, 크기를 조절하여 원하는 파장의 가시광선영역 형광을 대부분 낼 수 있다. 또한 일반적인 유기형광화합물과 달리, 발광파장(excitation wavelength)을 임의로 선택해도 형광을 얻을 수 있으므로, 여러 가지 양자점이 공존할 때 하나의 파장으로 발광시킬 경우 여러 가지 색의 형광을 한꺼번에 관찰할 수 있다.
상기 코어(110)는 주기율표상의 Ⅱ-Ⅵ족 또는 Ⅲ-Ⅴ족으로 구성되는 반도체 특성의 나노결정(nanocrystal)으로 형성되며, 조성 및 크기에 따라 특정 밴드갭(bandgap)을 가져 빛을 흡수하여 고유의 파장으로 방출하게 된다. 예를 들어, 코어는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaAs, GaP, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb 등의 화합물 또는 상기 원소들을 이용한 3~4종의 화합물을 사용한다.
상기 쉘(120)은 코어(110)의 화학적 변성을 방지하여 반도체 특성을 유지하기 위한 패시베이션막(passivation layer)의 역할과, 양자점에 전기영동(electrophoresis) 특성을 부여하기 위한 챠징막(charging layer)의 역할을 한다. 쉘(120)은 코어(110)의 성분과 절연 특성을 가지는 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO, MnO, Mn2O3, CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, Mn3O4, CoO, Co3O4, NiO, MgAl2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CoMn2O4 중 어느 하나 또는 둘 이상의 산소를 포함한 금속화합물(metal compound) 또는, 광학적 특성의 조절 및 향상을 위한 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaAs, GaP, GaAs, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb과 같은 반도체 화합물을 사용한다.
그리고, 쉘(120)은 상술한 바와 같이 단층 혹은 다중층으로 이루어질 수도 있고, 코어와 보호막 간의 다른 성분 구성으로 인한 래티스 미스매치(lattice mismatch)효과를 최소화하기 위해 코어의 성분과 보호막 간의 성분들이 점진적인 농도로 형성되도록 구성한다. 또한, 쉘(120)은 10 내지 100nm의 두께로 이루어져 코어(110)를 보호하고 빛의 산란을 최적화한다.
상기 유기결합체(130)는 상기 양자 점들(100) 간의 응집을 방지하고, 차징(charging) 특성을 부여하는 유기층으로 쉘(120)과 결합되고, 지용성(hydrophobic), 수용성(hydrophilic), 실리콘계(silicon) 유기결합체 중 어느 하나 이상으로 이루어진다.
특히, 본 발명에서는 유기결합체(130) 중 세자리 유기결합체(tridentate ligand)를 사용하여 쉘(120)과 결합시킨다. 현재 양자 점에 사용되는 유기결합체(ligand)는 주로 한자리(monodentate) 유기결합체를 사용하고 있으며 특히 이들 중 TOP(trioctyl phosphine)나 TOPO(trioctyl phosphine oxide)는 부피가 큰(bulky) 알킬 체인(alkyl chain)을 가지고 있어 양자 점에 유기결합체가 붙어있지 않은 부분이 많을 수 밖에 없다. 이들 TOP, TOPO 유기결합체 대신 사용되는 한자리 유기결합체인 올레익 산(oleic acid) 혹은 헥사데실 아민(hexadecyl amine) 같은 경우에도 인접한 유기결합체들 끼리의 반발력에 의해 촘촘한 배열이 어렵다. 양자 점에 유기결합체가 최대한 촘촘히 배열되어있다고 가정 하더라도 이 둘 사이의 결합력은 양자 점의 금속(metal)과 유기결합체의 작용기 원소 간의 결합세기에 의해 결정된다.
본 발명에 사용되는 세자리 유기결합체는 이 두가지 약점을 보완하며 양자 점의 산화를 방지한다. 양자 점의 산화방지의 근거로는 첫째 구조상 양자 점을 감싸는 세자리 유기결합체의 밀도를 최대한으로 높여 유기물 보호막을 형성한다는 것과, 둘째 세자리 유기결합체는 최대 밀도의 유기결합체의 도입을 전제했을 때 가질 수 있는 최대한의 결합자리를 갖는다. 이는 단일 결합자리가 갖는 결합세기 외에 분자체에 의해 제공되는 추가적인 결합세기를 제공한다. 두 가지 효과를 합치면 본 발명은 양자 점과 단단히 붙어있는 촘촘한 유기 박막의 형성이라 할 수 있다.
상기한 장점을 구현할 수 있는 세자리 유기결합체는 다음과 같은 조건을 가져야 한다. 첫째, 유기결합체는 유기결합체간 반발력이 최소화가 되어야 하고, 둘째, 유기결합체는 양자 점과 결합을 이루는 부분 외에 반응성이 거의 없어야 한다. 셋째로는 유기결합체의 끝부분은 용액화 과정을 위해 용매에 따라 지용성 유기결합체, 수용성 유기결합체, 실리콘계 유기 결합체 등 여러 가지 유기결합체로 응용이 가능할 수 있어야 한다.
따라서, 본 발명은 이러한 조건들을 만족하는 하기 화학식 1로 나타나는 세자리 유기결합체를 제공한다.
[화학식 1]
여기서, R은 
, 
또는 
중 선택된 어느 하나로 이루어지고 이때, n은 1 내지 3이다. 또한, Y는 CH2, O 또는 N 중 선택된 어느 하나로 이루어지고, X는 PH2, SH 또는 NH2 중 선택된 어느 하나로 이루어진다.
상기 R(알킬 체인)은 나노입자의 분산성을 부여하기 위한 것으로, 다르게 표현하면 용액화가 가능하게 하는 역할을 한다. 상기 Y는 세 개의 결합력을 가지는 작용기(X)와 R을 결합하기 위해 중간의 작용기의 역할을 한다. 그리고, 상기 X는 쉘(120)에 결합하는 작용기의 역할을 한다.
상기 화학식 1로 나타나는 세자리 유기결합체는 예를 들면 하기 화학식 2 및 3의 유기결합체일 수 일 수 있다.
[화학식 2]
[화학식 3]
전술한 본 발명의 세자리 유기결합체는 쉘과 결합하는 말단의 세자리가 PH2, SH 또는 NH2 중 선택된 어느 하나로 이루어짐으로써, 단일 결합자리가 갖는 결합세기 외에 분자체에 의해 제공되는 추가적인 결합세기를 제공한다.
한편, 도 4를 참조하면, 본 발명의 나노입자는 도 3의 양자 점 외에 도 4에 도시된 양자 라드들일 수 있다. 양자 라드들은 전술한 양자 점과 동일하게 코어(110), 코어(110)를 둘러싸는 쉘(120) 및 세자리 유기결합체(130)로 구성된다. 양자 라드는 막대(rod) 형태로 이루어진 것 외에 양자 점과 구성 및 성질이 대부분 동일하나, 그 형태 및 구조가 다르다.
이하, 본 발명의 세자리 유기결합체의 합성예 및 나노입자에 관하여 하기 합성예 및 실시예에서 상술하기로 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
세자리 유기결합체의 합성예
반응 기구에 수산화칼륨(KOH, 12.63 g, 225.2 mmol)과 n-데실 브로마이드(n-decyl bromide, 9.56 g, 6.65 mL, 55.6 mmol)를 다이메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO)(50 mL)를 넣어 교반 후 고체 HOCH2C(CH2O)3CCH3 (7.67 g, 47.9 mmol)를 넣어 45분간 상온에서 교반하여 반응시킨다. 그 다음 증류수 100 mL을 넣고 다이에틸 에테르(diethyl ether) 350 mL와 함께 추출하여 유기 용액층을 분리해 내어 건조하여 물질 1을 제조한다.
염산(HCl) 수용액(23.8 mmol, 2 mol / L, 12 mL)을 메탄올(methanol) 40 mL에 녹인 후, 물질 1(14.7 mmol)에 넣고 6시간 교반한다. 탄산나트륨(Na2CO3, 1.80 g, 17.0 mmol)을 주입하고 3시간을 추가로 상온에서 교반한 뒤 용매를 제거한 후에 메틸렌 클로라이드(methylene chloride)를 넣고 셀라이트(Celite)를 통해 필터한다. 최종 물질의 메틸렌 클로라이드(methylene chloride)를 건조 후 컬럼 크로마토그래피(column chromatography)를 이용하여 분리하여 물질 2를 제조한다.
상기 물질 2(59.52 mmol)를 피리딘(pyridine)(60 mL)에 녹인후 -5℃의 배쓰(bath)에서 p-톨루엔설포닐 클로라이드(p-toluenesulfonyl chloride)(238.1 mmol)을 주입하고 0℃에서 2시간을 교반한 후 상온에서 24시간 교반한다. 혼합물의 침전물은 필터하여 제거하고 차가운 다이에틸 에테르(diethyl ether)로 세척하여 생성물을 건조하여 물질 3을 제조한다.
상기 물질 3(2.93 mmol)과 싸이오사이안산칼륨(potassium thiocyanate, KSCN)(3.70 g, 38.1 mmol)을 dry 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide, DMF)(15 mL)에 녹인 후 140℃에서 6시간 교반한다. 혼합물에 증류수를 넣고 5℃에서 12시간 보관하여 형성된 침전물을 증류수로 세척한 후 메틸렌 클로라이드(methylene chloride)(320 mL)에 넣고 추출하여 불순물을 제거한 후 건조하여 물질 4를 제조한다.
물질 4(6.01 mmol)를 다이에틸 에테르/테트라하이드로퓨란(diethyl ether/Tetrahydrofurane(THF))(1:1, 10 mL)에 녹인 용액을 다이에틸 에테르(diethyl ether)(15 mL)에 수소화알루미늄리튬(LiAlH4)(0.46 g, 12.0 mmol)을 녹인 혼합물에 질소 기류하에서 주입한다. 혼합물을 3시간 교반 후 포화된 염화암모늄(NH4Cl) 수용액에 다이에틸 에테르(diethyl ether)와 함께 추출한다. 이렇게 얻은 최종 혼합물을 컬럼 크로마토그래피를 통해 물질 5를 분리하여 얻어낸다.
상기 물질 3(2.93 mmol)을 소듐 아자이드(sodium azide)(9.376 mmol)와 다이메틸폼아마이드 50 mL을 넣고 24시간 교반한다. 다이에텔 에테르와 증류수를 이용하여 추출 후 건조하여 물질 6을 제조한다.
앞에서 합성된 물질 6을 테트라하이드로퓨란 30 mL에 팔라듐 활성 카본(palladium activated carbon)을 넣고 수소를 주입하여 1 atm에서 24시간 교반한다. 혼합물의 정제는 증류를 통해 물질 7을 분리한다.
따라서, 최종적으로 물질 5와 같이 말단에 SH가 존재하는 세자리 유기결합체와, 물질 7과 같이 말단에 NH2가 존재하는 세자리 유기결합체가 제조된다. 도 5는 물질 5의 NMR을 나타낸 그래프이고, 도 6은 물질 7의 NMR을 나타낸 그래프이다. 도 5 및 도 6의 NMR 그래프에 나타난 바와 같이, 전술한 합성방법을 통해 물질 5와 물질 7의 합성이 이루어진 것을 확인할 수 있다.
이하, 앞에서 제조된 세자리 유기결합체들을 사용한 나노입자를 제작한 제조예를 개시한다. 하기에서는 2가지 방법의 제조예들로 나노입자를 제조하는 것을 개시하며 나노입자의 예로 양자 점을 제조예로 개시한다.
도 7은 본 발명의 제조예 1에 따른 양자 점의 제조방법을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 제조예 2에 따른 양자점의 제조방법을 나타낸 도면이다. 하기 제조예 1은 기존에 합성된 양자 점 표면의 한자리 유기결합체(ligand)를 본원의 세자리 유기결합체로 치환하는 방법을 설명한다. 또한, 하기 제조예 2는 양자 점 합성 도중에 본원의 세자리 유기결합체를 넣어 표면에 유기결합체를 직접적으로 도입하는 방법을 나타낸다. 상기 제조예 1은 여러가지 양자 점 중 합성조건의 이유로 한자리 유기결합체를 사용해야 하는 경우에 치환을 통하여 상기 유기결합체를 도입하는 방법이고, 제조예 2는 합성조건 중 세자리 유기결합체를 도입할 수 있는 경우에 직접적인 주입(direct injection)으로 세자리 유기결합체를 도입하는 방법이다.
제조예 1
도 7을 참조하면, 코어(110) 및 쉘(120)에 한자리 유기결합체(125)가 결합된 배어 양자 점(bare QD)에 세자리 유기결합체(tridentate ligand) 100mM(in Chloroform)(130)을 10mL 주입하고 24시간 동안 상온에서 교반한다. 그리고, 메탄올(Methanol)을 주입하여 세자리 유기결합체와 결합한 양자 점에 침전을 형성한 후 톨루엔에 재분산한다. 이로써, 배어 양자 점에 결합된 한자리 유기결합체가 세자리 유기결합체로 치환된다.
제조예 2
1) Zn stock Soln. 제조
산화아연(ZnO) 5 mmol, 14.1 mL의 올레익 산(oleic acid), 35.9 mL의 1-옥타디센(1-octadecene)을 반응 용기에 주입하여 120℃ 분위기의 진공하에서 1시간 동안 수분과 산소를 제거 후, 질소 기류하에서 280℃로 교반한다.
2) S stock Soln. 제조
설퍼(Sulfur) 5 mmol, 50 mL의 ODE를 120℃ 분위기의 진공하에서 1시간 동안 수분과 산소를 제거 후 질소 기류하에서 180℃로 교반한다.
그리고, 5 mL의 ODE, 1.5 mL의 Core QD Hexane Soln. (∼1 × 10-4 mmol), 세자리 유기결합체 2g을 반응용기에 넣고 100℃에서 수분 및 용매 제거 후 질소 기류하에서 200℃에서 교반한다. 준비된 Zn stock Soln. 93 μL를 반응 플라스크에 빠르게 주입 후 15분간 교반한 후 S stock Soln.을 93μL dropwise 후 15분간 교반하면 1 모노레이어의 ZnS 쉘이 형성된다.(2 ML=Zn, S stock Soln. 각각 0.17 mL, 3ML = 0.22 mL, 4ML = 0.29 mL을 차례로 주입) 합성된 CdSe@ZnS는 헥산(Hexane)과 메탄올(MeOH)를 이용하여 추출 후 아세톤(Acetone)을 이용하여 침전법으로 정제한다. 정제된 양자 점은 톨루엔(Toluene)에 분산하여 보관한다.
이하, 앞서 제조된 제조예 1에 따라 제조된 양자 점을 실시예로 하고, 종래 한자리 유기결합체를 가진 양자 점을 비교예로 하여, 비교예 및 실시예에 따라 제작된 양자 점의 신뢰성 측정 결과를 도 9에 나타내었다.
신뢰성 측정은 온도 85℃ 및 습도 85%의 분위기 하에서 측정하였다. 상기 실시예의 양자 점은 앞선 물질 5로 나타나는 세자리 유기결합체를 치환하여 형성하였다.
도 9를 참조하면, 비교예에 따른 양자 점은 날이 지날수록 형광강도가 점점 감소되다가 6일째 되는 날에는 처음의 형광강도 대비 약 49%가 감소되었다. 반면, 실시예에 따른 양자 점은 2일째에 형광강도의 감소가 멈추고 유지되면서 6일째 되는 날에는 처음의 형광강도 대비 약 21%가 감소되었다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 양자 점의 신뢰성 측정 결과 비교예에 비해 월등히 우수한 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 나노입자 및 그 제조방법은 세자리 유기결합체를 양자점의 표면에 높은 밀도로 결합시켜, 산소로부터 나노입자를 보호하고, 세자리 유기결합체로 분산능력을 확보 함으로써, 안정성, 색재현률, 발광효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 이에 따라, 나노입자를 이용한 액정 디스플레이 광원, LED 조명, 양자점 디스플레이 등 다양한 응용이 가능해진다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 나노입자 110 : 코어
120 : 쉘 130 : 세자리 유기결합체
120 : 쉘 130 : 세자리 유기결합체
Claims (14)
- 코어;
상기 코어를 둘러싸는 쉘; 및
상기 쉘에 결합되는 세자리 유기결합체(tridentate ligand)를 포함하는 나노입자.
- 제1 항에 있어서,
상기 세자리 유기결합체는 하기 화학식 1로 나타나는 나노입자.
[화학식 1]
여기서, R은,
또는
중 선택된 어느 하나로 이루어지고 이때, n은 1 내지 3이다. 또한, Y는 CH2, O 또는 N 중 선택된 어느 하나로 이루어지고, X는 PH2, SH 또는 NH2 중 선택된 어느 하나로 이루어진다.
- 제1 항에 있어서,
상기 코어는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaP, GaAs, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb 중 어느 하나 이상으로 이루어진 나노입자.
- 제1 항에 있어서,
상기 쉘은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO, MnO, Mn2O3, CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, Mn3O4, CoO, Co3O4, NiO, MgAl2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CoMn2O4 중 어느 하나 이상으로 이루어진 나노입자.
- 제1 항에 있어서,
상기 세자리 유기결합체는 지용성(hydrophobic), 수용성(hydrophilic), 실리콘계(silicon) 유기결합체 중 어느 하나 이상으로 이루어진 나노입자.
- 제1 항에 있어서,
상기 나노입자는 양자 점(quantum dot) 또는 양자 라드들(quantum rods)로 이루어지는 나노입자.
- 코어, 쉘 및 유기결합체를 포함하는 나노입자의 제조방법에 있어서,
상기 유기결합체는 쉘에 결합된 한자리 유기결합체를 세자리 유기결합체로 치환하여 제조하는 나노입자의 제조방법.
- 코어, 쉘 및 세자리 유기결합체를 포함하는 나노입자의 제조방법에 있어서,
상기 코어와 상기 쉘의 합성 중에 상기 세자리 유기결합체를 도입하여 직접적으로 합성하는 나노입자의 제조방법.
- 제7 항 또는 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세자리 유기결합체는 하기 화학식 1로 나타나는 나노입자의 제조방법.
[화학식 1]
여기서, R은,
또는
중 선택된 어느 하나로 이루어지고 이때, n은 1 내지 3이다. 또한, Y는 CH2, O 또는 N 중 선택된 어느 하나로 이루어지고, X는 PH2, SH 또는 NH2 중 선택된 어느 하나로 이루어진다.
- 제7 항 또는 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaP, GaAs, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb 중 어느 하나 이상으로 이루어진 나노입자의 제조방법.
- 제7 항 또는 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 쉘은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO, MnO, Mn2O3, CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, Mn3O4, CoO, Co3O4, NiO, MgAl2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CoMn2O4 중 어느 하나 이상으로 이루어진 나노입자의 제조방법.
- 제7 항 또는 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세자리 유기결합체는 지용성(hydrophobic), 수용성(hydrophilic), 실리콘계(silicon) 유기결합체 중 어느 하나 이상으로 이루어진 나노입자의 제조방법.
- 제7 항 또는 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노입자는 양자 점(quantum dot) 또는 양자 라드들(quantum rods)로 이루어지는 나노입자의 제조방법.
- 코어, 상기 코어를 둘러싸는 쉘 및 상기 쉘에 결합되는 세자리 유기결합체(tridentate ligand)를 포함하는 나노입자를 포함하는 디스플레이 장치.
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