KR20220130401A - Quantum dot continuous mass synthesis method and quantum dot continuous mass synthesis device used therein - Google Patents

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KR20220130401A
KR20220130401A KR1020210035235A KR20210035235A KR20220130401A KR 20220130401 A KR20220130401 A KR 20220130401A KR 1020210035235 A KR1020210035235 A KR 1020210035235A KR 20210035235 A KR20210035235 A KR 20210035235A KR 20220130401 A KR20220130401 A KR 20220130401A
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    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures

Abstract

The present invention relates to a method for continuous mass synthesis of quantum dots, which includes: a step (step 1) of preparing a first precursor solution and a second precursor solution; and a step (step 2) of forming quantum dots by continuously injecting the first precursor solution and the second precursor solution at a constant injection rate in directions facing each other. The method is performed at room temperature without a separate temperature treatment process by using a continuous mass synthesis device for quantum dots manufactured by a simple method of connecting tubes connected to a diaphragm pump using a connecting member. Thus, compared to the conventional synthesis method of quantum dots, the method of the present invention is simple and economical. Through a simple process of controlling the Reynolds number by adjusting the injection rate of the precursor solution, it is possible to overcome the limitations of the conventional colloid synthesis method and the method using a micro platform and shorten the reaction time to continuously mass-produce quantum dots of uniform size and excellent optical properties to a level suitable for commercialization. Thus, quantum dots can be rapidly supplied to various fields using quantum dots.

Description

양자점의 연속 대량 합성방법 및 이에 이용되는 양자점 연속 대량 합성장치 {Quantum dot continuous mass synthesis method and quantum dot continuous mass synthesis device used therein}Quantum dot continuous mass synthesis method and quantum dot continuous mass synthesis device used therein

본 발명은 양자점의 연속 대량 합성방법 및 합성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다이어프램 펌프 및 댐퍼를 이용하여 전구체 용액을 연속적으로 주입하고, 레이놀즈 수에 따른 난류가 형성되도록 상기 다이어프램 펌프의 유량을 제어하고, 전구체 용액의 주입 속도를 조절하여, 크기가 작고, 균일한 양자점을 빠른 속도로 합성하는 연속 대량 합성방법 및 이에 이용되는 합성장치에 관한 것이다.The present invention relates to a continuous mass synthesizing method and apparatus for quantum dots, and more particularly, by continuously injecting a precursor solution using a diaphragm pump and a damper, and controlling the flow rate of the diaphragm pump to form turbulence according to the Reynolds number And, by controlling the injection rate of the precursor solution, it relates to a continuous mass synthesis method for synthesizing small and uniform quantum dots at a high speed, and a synthesis apparatus used therein.

디스플레이 시장은 CRT부터 PDP, LCD, OLED로 두께는 점점 얇아지고 화질은 선명하게 발전되고 있다. 여기서 OLED는 백라이트 필요 없이 빛을 받아 발광하는 소자를 사용하여 디스플레이의 두께를 얇게 만들 수 있는 장점 덕분에 많은 연구가 진행되어왔다. 그러나, 상기 OLED는 빛과 열에 약한 유기물을 발광층으로 사용하기 때문에 사용 시간이 증가하면 밝기와 색의 재현력이 떨어지고, 장시간 같은 화면이 유지되었을 경우 번인(burn in)현상이 일어나는 문제점을 가진다. In the display market, from CRT to PDP, LCD, and OLED, the thickness is getting thinner and the picture quality is developing clearly. Here, OLED has been studied a lot thanks to the advantage that it can make the thickness of the display thin by using a device that receives light and emits light without the need for a backlight. However, since the OLED uses an organic material that is weak to light and heat as a light emitting layer, brightness and color reproducibility decrease when the usage time increases, and burn-in occurs when the same screen is maintained for a long time.

이런 문제점을 해결하기 위해 차세대 디스플레이로 무기물 발광소자인 양자점이 주목받기 시작하였다. 무기물 발광소자인 양자점(quantum dot, QD)은 유기물에 비해 가격이 저렴하고 수명이 길다는 장점을 가지고 있고, 외부 광원 없이 발광하는 소자로 좁은 발광 파장으로 인해 높은 색 순도를 얻을 수 있어 OLED보다 선명한 색상을 구성할 수 있는 특징 덕분에 디스플레이 분야에서 크게 관심을 받고 있으며, 그 외에도 태양전지의 광흡수층, 바이오 센서, 조명 등 다양한 분야에 활용될 수 있어 많은 연구가 진행되고 있다. In order to solve this problem, quantum dots, which are inorganic light emitting devices, have begun to attract attention as a next-generation display. Quantum dot (QD), an inorganic light emitting device, has advantages of low price and long lifespan compared to organic materials. Due to its ability to compose colors, it is receiving great attention in the display field, and besides, it can be used in various fields such as a light absorption layer of a solar cell, a biosensor, and lighting, so a lot of research is being conducted.

양자점 합성법은 top-down 방식과 bottom-up 방식으로 크게 2 가지로 나눌 수 있다. 먼저, top-down 방식은 물리적인 방법을 이용해 벌크 물질을 나노미터까지 조각내어 3 차원 입자를 더 낮은 차원의 형태로 만드는 방식으로, 대표적인 방법으로는 리소그래피가 있다. 상기 top-down 방식은 크기 조절을 정밀하게 할 수 있을 뿐만 아니라 원하는 위치에 배열할 수 있는 장점이 있으나, 불순물의 함유, 구조적 불안정, 10 nm 이하 크기의 입자 구현에 대한 어려움이 존재한다. 일반적으로 반도체 나노 입자의 크기는 10 nm 보다 작기 때문에 양자 구속효과를 받는 양자점을 top-down 방식으로 구현하기는 어렵다. The quantum dot synthesis method can be roughly divided into two types: a top-down method and a bottom-up method. First, the top-down method uses a physical method to fragment a bulk material down to nanometers to form three-dimensional particles into a lower-dimensional form. A representative method is lithography. The top-down method has the advantage of being able to precisely control the size and arrange it in a desired position, but there are difficulties in the inclusion of impurities, structural instability, and implementation of particles having a size of 10 nm or less. In general, since the size of semiconductor nanoparticles is smaller than 10 nm, it is difficult to implement quantum dots subjected to quantum confinement in a top-down manner.

따라서 현재 대부분의 양자점은 주로 용액 상태로 화학적 분자나 원자를 출발 물질로 이용하여 양자점을 합성하는 bottom-up 방식으로 합성되고 있다. Therefore, currently, most quantum dots are mainly synthesized in a bottom-up method using chemical molecules or atoms as starting materials in a solution state to synthesize quantum dots.

도 1의 a)는 종래 양자점의 대량합성으로 주로 사용되는 콜로이드 합성방법의 모식도이다. 1a) is a schematic diagram of a colloidal synthesis method mainly used for mass synthesis of conventional quantum dots.

상기 콜로이드 합성방법은 저온의 전구체 용액을 고온의 전구체 용액에 주입하고 혼합을 통해 반응을 진행시켜, 양자점이 뜨거운 용액 속에서 nucleation 되면서 형성되는 방법이다. 콜로이드 합성방법은 전구체 용액을 한꺼번에 넣고 반응을 시키기 때문에 조건만 정확히 맞춘다면 간단하게 양자점을 합성할 수 있으나, 혼합이 균일하게 일어나지 않으며 반응기의 크기를 증가시킬 경우 반응 공정을 다시 최적화해야만 하는 한계를 가지고, 서로 다른 반응기에서 동일한 조건으로 만들어진 양자점의 광학적 특성의 재현성도 낮다는 문제점을 가진다.The colloid synthesis method is a method in which a low-temperature precursor solution is injected into a high-temperature precursor solution and the reaction proceeds through mixing, whereby quantum dots are formed while being nucleated in a hot solution. Since the colloidal synthesis method puts precursor solutions at once and reacts, quantum dots can be synthesized simply if the conditions are precisely met, but mixing does not occur uniformly and the reaction process has to be optimized again if the size of the reactor is increased. , has a problem in that the reproducibility of the optical properties of quantum dots made under the same conditions in different reactors is also low.

도 1의 b)는 상술한 콜로이드 합성방법을 개선하기 위한 방법 중 마이크로 플랫폼을 이용한 방식의 모식도이다. FIG. 1 b) is a schematic diagram of a method using a micro platform among methods for improving the colloid synthesis method described above.

도 1의 b)를 참조하면, 상기 마이크로 플랫폼을 이용한 방식은 마이크로 몰딩을 이용하여 마이크로 플랫폼을 제조하고 주입되는 전구체 용액의 유량비를 조절하여 양자점을 합성하는 방식으로, Y 형태의 양 쪽 주입구에 전구체 용액을 투입하고 mixing 구간에서 전구체 용액 혼합이 이루어진 후, 직선 구간에서 nucleation과 입자의 성장이 이루어져 양자점을 합성하게 된다. Referring to FIG. 1 b), the method using the micro-platform is a method of synthesizing quantum dots by manufacturing a micro-platform using micro-molding and adjusting the flow rate ratio of the injected precursor solution. After the solution is introduced and the precursor solution is mixed in the mixing section, nucleation and particle growth are performed in the straight section to synthesize quantum dots.

상기 마이크로 플랫폼을 이용한 방식은 시약의 빠른 혼합이 가능하며, 유량을 조절하여 혼합 시간을 조절할 수 있어 입자의 크기를 정교하게 조절할 수 있고, 상대적으로 적은 양의 시약을 소비하고 다양한 조합의 입자를 단시간 안에 효율적으로 만들 수 있으나, 유량을 조절할 때 시린지 펌프를 이용하여 합성하기 때문에 실질적으로 연속적인 공정이라고 보기 어렵고 상대적으로 작은 부피를 다루어 대량생산에는 적합하지가 않고, 상업화를 진행할 정도의 생산 속도를 이루지 못한다는 한계를 가지고 있다.The method using the micro-platform enables rapid mixing of reagents, and control of the mixing time by controlling the flow rate to precisely control the particle size, consumes a relatively small amount of reagent, and produces various combinations of particles in a short time. It can be made efficiently in the inside, but since it is synthesized using a syringe pump when controlling the flow rate, it is difficult to see it as a practically continuous process. There is a limit to not being able to.

한편, 국내의 양자점 디스플레이 시장은 향후 10 년 안에 5 배 정도의 성장을 예상하고 있다. 따라서 양자점의 지속적인 연구개발이 필요하며 다가오는 QLED 시장의 수요를 맞추기 위해 양자점 대량생산을 위한 합성 방법이 필요한 실정이며, 상술한 종래의 양자점 합성방법에서 구현할 수 없었던 균일한 크기 분포를 가지는 양자점을 대량으로 합성할 수 있는 연속 대량 양자점 합성방법 및 별도의 몰드나 기구 제작 과정 없이 간단한 조립을 통하여 편의성이 강화된 연속 대량 양자점 합성장치의 개발이 요구되고 있다.Meanwhile, the domestic quantum dot display market is expected to grow five times in the next 10 years. Therefore, continuous research and development of quantum dots is required, and a synthesis method for mass production of quantum dots is needed to meet the demand of the upcoming QLED market. It is required to develop a continuous mass quantum dot synthesis method that can be synthesized and a continuous mass quantum dot synthesis device with enhanced convenience through simple assembly without a separate mold or instrument manufacturing process.

대한민국 공개특허 제 10-2018-0075724호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0075724

본 발명의 일 목적은 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액을 준비하는 단계(단계 1); 및 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액을 일정 주입 속도로 각각 서로 마주보는 방향으로 연속 주입하여 양자점을 형성하는 단계(단계 2);를 포함하고, 상기 단계 2에서, 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액은 난류를 형성하며 혼합되어 일정 배출 속도로 배출되고, 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 난류를 형성하는 레이놀즈 수(Reynolds number, Re)는 200 내지 100, 000이고, 하기 수학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성방법을 제공하는 것이다:One object of the present invention is to prepare a first precursor solution and a second precursor solution (step 1); and continuously injecting the first precursor solution and the second precursor solution in directions facing each other at a constant injection rate to form quantum dots (step 2); and, in step 2, the first precursor solution and The second precursor solution is mixed to form a turbulence and discharged at a constant discharge rate, and the Reynolds number (Re) at which the first precursor solution and the second precursor solution form a turbulence is 200 to 100,000, and It is to provide a continuous mass synthesis method of quantum dots, characterized in that represented by Equation 1:

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

(상기 수학식 1에서, (In Equation 1 above,

ρ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 밀도이고, ρ is the average density of the first and second precursor solutions,

μ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 점도이고, μ is the average viscosity of the first precursor solution and the second precursor solution,

υ는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액의 배출 속도이고, υ is the exit rate of the first precursor solution and the second precursor solution,

W는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 배출되는 배출구의 너비이다.)W is the width of the outlet through which the first precursor solution and the second precursor solution are discharged.)

본 발명의 다른 일 목적은 마주보는 양 측면에서 일정 주입속도로 연속 주입되는 전구체 용액이 내부에서 충돌 및 혼합하여 양자점이 합성되는 튜브 피팅부와 상기 튜브 피팅부를 중심으로 양 측에 위치하는 한 쌍의 전구체 용액 공급부; 상기 한 쌍의 전구체 용액 공급부에 각각 연결되어 상기 튜브 피팅부 내부로 전구체 용액을 주입하는 한 쌍의 주입튜브; 및 상기 튜브 피팅부에 상기 한 쌍의 주입 튜브가 연결된 위치와 교차되는 방향으로 연결되어 상기 튜브 피팅부 내부의 혼합된 전구체 용액을 배출하는 배출튜브;를 포함하되, 별도의 제어부에 의해 상기 튜브 피팅부로 유입되는 전구체 용액의 주입 속도를 제어하여 특정 레이놀즈 수에 의해 결정된 난류가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is a tube fitting part in which quantum dots are synthesized by collision and mixing of a precursor solution continuously injected at a constant injection rate from both sides facing each other, and a pair of pairs located on both sides around the tube fitting part. a precursor solution supply unit; a pair of injection tubes respectively connected to the pair of precursor solution supply parts to inject the precursor solution into the tube fitting part; and a discharge tube connected to the tube fitting part in a direction crossing a position where the pair of injection tubes are connected to discharge the mixed precursor solution inside the tube fitting part; It is to provide a continuous mass synthesizing apparatus for quantum dots, characterized in that the turbulence determined by a specific Reynolds number is formed by controlling the injection rate of the precursor solution introduced into the part.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액을 준비하는 단계(단계 1); 및 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액을 일정 주입 속도로 각각 서로 마주보는 방향으로 연속 주입하여 양자점을 형성하는 단계(단계 2);를 포함하고, 상기 단계 2에서, 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액은 난류를 형성하며 혼합되어 일정 배출 속도로 배출되고, 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 난류를 형성하는 레이놀즈 수(Reynolds number, Re)는 200 내지 100,000이고, 하기 수학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성방법을 제공한다:In order to achieve the above object, an aspect of the present invention comprises the steps of preparing a first precursor solution and a second precursor solution (step 1); and continuously injecting the first precursor solution and the second precursor solution in directions facing each other at a constant injection rate to form quantum dots (step 2); and, in step 2, the first precursor solution and The second precursor solution is mixed to form a turbulence and discharged at a constant discharge rate, and the Reynolds number (Re) at which the first precursor solution and the second precursor solution form a turbulent flow is 200 to 100,000, and the following equation It provides a continuous mass synthesis method of quantum dots, characterized in that represented by 1:

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

(상기 수학식 1에서, (In Equation 1 above,

ρ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 밀도이고, ρ is the average density of the first and second precursor solutions,

μ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 점도이고, μ is the average viscosity of the first precursor solution and the second precursor solution,

υ는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액의 배출 속도이고, υ is the exit rate of the first precursor solution and the second precursor solution,

W는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 배출되는 배출구의 너비이다.)W is the width of the outlet through which the first precursor solution and the second precursor solution are discharged.)

본 발명의 다른 일 양태는 마주보는 양 측면에서 일정 주입속도로 연속 주입되는 전구체 용액이 내부에서 충돌 및 혼합하여 양자점이 합성되는 튜브 피팅부와 상기 튜브 피팅부를 중심으로 양 측에 위치하는 한 쌍의 전구체 용액 공급부; 상기 한 쌍의 전구체 용액 공급부에 각각 연결되어 상기 튜브 피팅부 내부로 전구체 용액을 주입하는 한 쌍의 주입튜브; 및 상기 튜브 피팅부에 상기 한 쌍의 주입 튜브가 연결된 위치와 교차되는 방향으로 연결되어 상기 튜브 피팅부 내부의 혼합된 전구체 용액을 배출하는 배출튜브;를 포함하되, 별도의 제어부에 의해 상기 튜브 피팅부로 유입되는 전구체 용액의 주입 속도를 제어하여 특정 레이놀즈 수에 의해 결정된 난류가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성장치를 제공한다.Another aspect of the present invention is a tube fitting part in which quantum dots are synthesized by collision and mixing of a precursor solution continuously injected at a constant injection rate from both sides facing each other, and a pair of pairs located on both sides around the tube fitting part. a precursor solution supply unit; a pair of injection tubes respectively connected to the pair of precursor solution supply parts to inject the precursor solution into the tube fitting part; and a discharge tube connected to the tube fitting part in a direction crossing a position where the pair of injection tubes are connected to discharge the mixed precursor solution inside the tube fitting part; Provided is a continuous mass synthesizing apparatus for quantum dots, characterized in that the turbulence determined by a specific Reynolds number is formed by controlling the injection rate of the precursor solution introduced into the unit.

본 발명의 양자점의 연속 대량 합성방법은 다이어프램 펌프에 연결된 튜브를 연결부재를 이용하여 연결하는 간단한 방법으로 제조되는 양자점의 연속 대량 합성장치를 이용하여 별도의 온도처리 공정 없이 상온에서 수행되는 바, 종래 양자점의 합성방법과 비교하여 간편하고 경제적이다. The continuous mass synthesis method of quantum dots of the present invention is performed at room temperature without a separate temperature treatment process using a continuous mass synthesis apparatus of quantum dots manufactured by a simple method of connecting a tube connected to a diaphragm pump using a connecting member. Compared to the synthesis method of quantum dots, it is simple and economical.

또한, 전구체 용액의 주입 속도의 조절을 통하여 레이놀즈 수를 제어하는 간단한 공정으로, 종래의 콜로이드 합성방법과 마이크로 플랫폼을 이용한 방식의 한계를 극복하고, 반응 시간을 단축시켜 크기가 균일하고, 광학적 특성이 우수한 양자점을 연속적으로 상업화하기에 적합한 수준으로 대량생산이 가능한 바, 양자점을 활용하는 다양한 분야에 빠른 속도로 양자점을 공급할 수 있다.In addition, it is a simple process of controlling the Reynolds number through control of the injection rate of the precursor solution, overcoming the limitations of the conventional colloid synthesis method and the method using a micro platform, and shortening the reaction time to achieve uniform size and optical properties Since it is possible to mass-produce excellent quantum dots to a level suitable for continuous commercialization, it is possible to rapidly supply quantum dots to various fields using quantum dots.

도 1은 종래 양자점 합성방법의 모식도이다.
도 2의 a)는 기본적인 양자점 구조의 모식도이고, b)는 금속과 반도체성 물질 내의 에너지 준위 상태를 나타낸 그림이고, c)는 양자점 크기에 따른 발광 파장색을 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 양자점의 연속 대량 합성방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 양자점의 연속 대량 합성장치의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 양자점의 연속 대량 합성장치의 부품(a), 사진(b) 및 모식도(c)이다.
도 6의 a)는 본 발명의 비교 실험예의 양자점의 연속 대량 합성장치의 층류 실험 결과 사진이고 b)는 실시예의 양자점의 연속 대량 합성장치의 난류 실험결과의 사진이다.
도 7의 a)는 본 발명의 비교예의 기존의 회분식 반응기를 이용하여 합성된 양자점의 TEM 이미지 및 크기분포이고, b)와 c)는 일 실시예의 양자점의 연속 대량 합성방법을 이용하여 합성된 양자점의 TEM 이미지 및 크기분포이다.
도 8의 a)는 CdS의 XRD 회절 패턴의 레퍼런스 피크이고, b)는 본 발명의 일 실시예 및 비교예의 양자점의 연속 대량 합성방법을 이용하여 합성된 양자점의 XRD 분석 결과이다.
도 9는 본 발명의 일 비교예의 회분식 반응기를 이용하여 합성된 양자점과 실시예의 양자점의 연속 대량 합성방법을 이용하여 합성된 양자점의 UV 스펙트럼(a), 발광세기 그래프(b) 및 광발광(Photoluminescence) 사진(c)이다.
1 is a schematic diagram of a conventional quantum dot synthesis method.
2a) is a schematic diagram of a basic quantum dot structure, b) is a diagram showing energy level states in metals and semiconducting materials, and c) is a diagram illustrating emission wavelength colors according to the quantum dot size.
3 is a flowchart of a method for continuous mass synthesis of quantum dots of the present invention.
4 is a schematic diagram of a continuous mass synthesizing apparatus for quantum dots of the present invention.
5 is a component (a), a photograph (b) and a schematic diagram (c) of a continuous mass synthesizing apparatus of quantum dots according to an embodiment of the present invention.
6 a) is a photograph of the laminar flow test result of the continuous mass synthesizing apparatus of quantum dots of the comparative experimental example of the present invention, and b) is a photograph of the turbulence experiment result of the continuous mass synthesizing apparatus of quantum dots of the present invention.
7 a) is a TEM image and size distribution of quantum dots synthesized using a conventional batch reactor of a comparative example of the present invention, b) and c) are quantum dots synthesized using a continuous mass synthesis method of quantum dots of an embodiment TEM image and size distribution of
FIG. 8 a) is a reference peak of an XRD diffraction pattern of CdS, and b) is an XRD analysis result of quantum dots synthesized using the continuous mass synthesis method of quantum dots of one embodiment and a comparative example of the present invention.
9 is a UV spectrum (a), luminescence intensity graph (b) and photoluminescence of quantum dots synthesized using a continuous mass synthesis method of quantum dots synthesized using a batch reactor of a comparative example of the present invention and quantum dots of Examples ) is the photo (c).

본 명세서에서 사용되는 "바람직한" 및 "바람직하게"는 소정 환경 하에서 소정의 이점을 제공할 수 있는 본 발명의 실시 형태를 지칭한다. 그러나, 동일한 환경 또는 다른 환경 하에서, 다른 실시 형태가 또한 바람직할 수 있다. 추가로, 하나 이상의 바람직한 실시 형태의 언급은 다른 실시 형태가 유용하지 않다는 것을 의미하지 않으며, 본 발명의 범주로부터 다른 실시 형태를 배제하고자 하는 것은 아니다.As used herein, “preferred” and “preferably” refer to embodiments of the invention that may provide certain advantages under certain circumstances. However, other embodiments may also be preferred, under the same or other circumstances. Additionally, the recitation of one or more preferred embodiments does not imply that other embodiments are not useful, nor is it intended to exclude other embodiments from the scope of the invention.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Each step may occur in a different order than the stated order unless the context clearly dictates a specific order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 다르게 정의되어 있지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명을 보다 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 발명의 범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.All technical and scientific terms used herein have the meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. All terms used herein are selected for the purpose of more clearly describing the present invention and not to limit the scope of the present invention.

본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, "포함하다" 및 "포함하는"이란 말은 제시된 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.Throughout this specification, unless the context requires otherwise, the terms "comprises" and "comprising" include the steps or elements presented, or groups of steps or elements, but include any other step or element, or It is to be understood that a step or group of elements is meant to be implied not to be excluded.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 명세서에서, 양자점(quantum dot, QD)이란 10 nm 미만의 반도체 결정체를 의미하며, 1970년대 초 출현하여 1980년대 Bell laboratory의 Louis Brus에 의해 “Semiconductor Crystallites”라는 이름으로 보고되었고, 이후 Yale University의 Mark Reed 교수에 의해 quantum dot이라는 이름이 붙여졌다. As used herein, quantum dots (QDs) refer to semiconductor crystals with a size of less than 10 nm, appeared in the early 1970s and reported as “Semiconductor Crystallites” by Louis Brus of Bell laboratory in the 1980s, and later at Yale University. It was named quantum dot by Professor Mark Reed.

상기 양자점은 유기물에 비해 가격이 저렴하고 수명이 길다는 장점을 가지고, 외부 광원 없이 발광하는 소자로 좁은 발광 파장으로 인해 높은 색 순도를 얻을 수 있어 OLED보다 선명한 색상을 구성할 수 있는 특성 덕분에 디스플레이 분야, 태양전지의 광흡수층, 바이오 센서, 조명 등 다양한 분야에서 큰 관심을 받고 있다. The quantum dot has the advantage of being cheaper and having a longer lifespan compared to organic materials, and it is a device that emits light without an external light source and can obtain high color purity due to a narrow emission wavelength, thanks to the characteristic that can compose a clear color than OLED display It is receiving great attention in various fields such as the light absorption layer of solar cells, biosensors, and lighting.

도 2의 a)는 기본적인 양자점 구조의 모식도이다. 2 a) is a schematic diagram of a basic quantum dot structure.

도 2를 참조하면, 양자점은 코어, 쉘 및 리간드로 구성되어 있다. 상기 코어는 실질적으로 발광 현상이 발생하는 부분으로 코어의 크기가 발광 파장을 결정하는 역할을 하고, 쉘을 이용해 코어의 산화 방지를 도와주고 코어 표면의 trap 에너지 준위를 줄일 수 있어 양자효율을 높일 수 있다. 또한, 리간드는 양자점의 분산성 및 서로 뭉치는 현상을 방지해 주는 역할을 한다. Referring to FIG. 2 , the quantum dot is composed of a core, a shell, and a ligand. The core is a part where light emission occurs substantially, and the size of the core plays a role in determining the emission wavelength. have. In addition, the ligand serves to prevent dispersibility and aggregation of quantum dots.

도 2의 b)는 금속과 반도체성 물질 내의 에너지 준위 상태를 나타낸 그림이고, 도 2의 c)는 양자점 크기에 따른 발광 파장색을 도시한 그림이다. FIG. 2 b) is a diagram showing the state of energy levels in metals and semiconducting materials, and FIG. 2 c) is a diagram showing emission wavelength colors according to the size of quantum dots.

도 2의 b) 및 c)를 참조하면, 반도체성 물질 입자는 크기가 작아질수록 에너지 밀도가 양자화되어 밴드갭이 커지는 것을 확인할 수 있다. 이는 양자점이 불연속적 전자 에너지 밀도를 가진 원자와 연속적 에너지 밴드를 가진 벌크 결정체의 중간이며 양자구속효과를 받고 있다는 것을 알 수 있다. Referring to b) and c) of FIG. 2 , as the size of the semiconducting material particles decreases, the energy density is quantized and it can be seen that the band gap increases. This indicates that quantum dots are intermediate between atoms with discontinuous electron energy density and bulk crystals with continuous energy bands, and are subject to quantum confinement.

상기 양자구속효과란, 반도체 물질의 입자 크기가 엑시톤 보어 반경보다 작아져 원자 구조 변화에 영향을 받았을 때 관찰되는 현상을 의미하는데, 양자점의 반경이 엑시톤 보어 반경보다 작으면 전자와 정공이 전 방향으로 운동의 제한을 받게 되기 때문에 모든 방향에 대해 양자효과를 느끼게 되고 물질의 에너지 준위가 모든 방향에 대해 불연속적인 값을 가지게 되고 그에 따라 반도체 물질의 광학 및 전기적 성질에 큰 영향을 주게 되고, 따라서 양자점의 크기가 작아짐에 따라 에너지 준위의 불연속성은 심화되고 결과적으로 양자점의 에너지 밴드갭은 증가하게 된다.The quantum confinement effect refers to a phenomenon observed when the particle size of a semiconductor material is smaller than the exciton Bohr radius and is affected by the atomic structure change. Because the motion is limited, the quantum effect is felt in all directions, and the energy level of the material has a discontinuous value in all directions, thereby greatly affecting the optical and electrical properties of the semiconductor material. As the size decreases, the discontinuity of the energy level increases, and as a result, the energy bandgap of the quantum dot increases.

상기 양자구속효과로 인해 크기가 작아질수록 에너지 준위를 이동하는데 제약을 받아 밴드갭이 커져 단파장의 청색빛을 방출하고 반대로 크기가 커질수록 단파장의 적색빛을 방출하게 된다. Due to the quantum confinement effect, as the size decreases, the movement of the energy level is restricted, and the band gap increases to emit short-wavelength blue light. Conversely, as the size increases, short-wavelength red light is emitted.

본 발명은 상기 양자구속효과를 나타낼 수 있도록 충분히 크기가 작고, 균일한 입자를 형성하되, 반응 시간을 단축시키고 대량생산 및 연속 공정이 적합한 양자점의 연속 대량 합성방법 및 합성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a method and apparatus for synthesizing quantum dots that are sufficiently small in size to exhibit the quantum confinement effect and form uniform particles, shorten the reaction time, and are suitable for mass production and continuous process. do.

본 발명의 일 양태는 양자점의 연속 대량 합성방법을 제공한다. One aspect of the present invention provides a method for continuous mass synthesis of quantum dots.

도 3은 본 발명의 양자점의 연속 대량 합성방법의 흐름도이다. 3 is a flowchart of a method for continuous mass synthesis of quantum dots of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 양자점의 연속 대량 합성방법은 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액을 준비하는 단계(단계 1); 및 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액을 일정 주입 속도로 각각 서로 마주보는 방향으로 연속 주입하여 양자점을 형성하는 단계(단계 2);를 포함하고, 상기 단계 2에서, 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액은 난류를 형성하며 혼합되어 일정 배출 속도로 배출되는 것을 특징으로 한다. 3, the continuous mass synthesis method of quantum dots of the present invention comprises the steps of preparing a first precursor solution and a second precursor solution (step 1); and continuously injecting the first precursor solution and the second precursor solution in directions facing each other at a constant injection rate to form quantum dots (step 2); and, in step 2, the first precursor solution and The second precursor solution is characterized in that it is mixed while forming a turbulent flow and discharged at a constant discharge rate.

먼저 본 발명의 양자점의 연속 대량 합성방법은 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액을 준비하는 단계(단계 1)를 포함한다. First, the continuous mass synthesis method of quantum dots of the present invention includes a step (step 1) of preparing a first precursor solution and a second precursor solution.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 단계 1은 양자점을 이루는 원소를 용매, 예를 들면, 올레일 아민(olyelamine) 등에 적절한 방법으로 용해한 전구체 용액을 직접 제조하여 수행되거나, 상업적으로 이용가능 한 전구체 용액을 구매하여 수행될 수 있다. In an embodiment of the present invention, step 1 is performed by directly preparing a precursor solution in which an element constituting a quantum dot is dissolved in a solvent, for example, oleylamine, etc. in an appropriate way, or a commercially available precursor solution This can be done by purchasing

이때, 상기 단계 1은 본 발명의 기술분야에서 자명한 양자점을 이루는 원소, 용매 등을 이용하여 제조된 전구체 용액 또는 상기 전구체 용액을 제조하는 공정이면, 이를 제한하지 않고 이용될 수 있다. In this case, step 1 may be used without limitation, as long as it is a process for preparing a precursor solution or a precursor solution prepared using an element, a solvent, or the like constituting a quantum dot, which is obvious in the technical field of the present invention.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액은 각각 양자점을 이루는 원소, 예를 들면, 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 수은(Hg), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se), 황(S), 텔레늄(Te), 납(Pb), 인(P), 및 비소(As)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 또한, 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액에 포함되는 원소에 따라, 본 발명의 양자점의 연속 대량 합성방법을 이용하여 합성되는 양자점의 종류는 상이해질 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first precursor solution and the second precursor solution are each element constituting a quantum dot, for example, cadmium (Cd), zinc (Zn), mercury (Hg), indium (In), gallium (Ga), selenium (Se), sulfur (S), telenium (Te), lead (Pb), phosphorus (P), and may include any one or more selected from the group consisting of arsenic (As), In addition, depending on the elements included in the first precursor solution and the second precursor solution, the types of quantum dots synthesized using the continuous mass synthesis method of quantum dots of the present invention may be different.

예를 들면, 상기 합성되는 양자점은 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴텔레라이드(CdTe), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레라이드(ZnTe), 징크설파이드(ZnS), 머큐리텔레라이드(HgTe), 인듐 아세나이드(InAs), 인듐 포스포러스(InP) 및 갈륨 아세나이드(GaAs) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. For example, the synthesized quantum dots are cadmium selenide (CdSe), cadmium sulfide (CdS), cadmium telleride (CdTe), zinc selenide (ZnSe), zinc telleride (ZnTe), zinc sulfide (ZnS), mercury It may be any one of telelide (HgTe), indium arsenide (InAs), indium phosphorus (InP), and gallium arsenide (GaAs), but is not limited thereto.

구체적인 예를 들면, 상기 제 1 전구체 용액이 카드뮴을 포함하는 카드뮴 전구체 용액이고, 상기 제 2 전구체 용액이 황을 포함하는 황 전구체 용액인 경우, 본 발명의 양자점의 연속 대량 합성방법을 이용하여 제조되는 양자점은 카드뮴설파이드(CdS)일 수 있다. As a specific example, when the first precursor solution is a cadmium precursor solution containing cadmium, and the second precursor solution is a sulfur precursor solution containing sulfur, it is manufactured using the continuous mass synthesis method of quantum dots of the present invention. The quantum dots may be cadmium sulfide (CdS).

양자점의 합성방법은 크게 top-down 방식과 bottom-up 방식으로 나눌 수 있다. 먼저, top-down 방식은 물리적인 방법을 이용해 벌크 물질을 나노미터까지 조각내어 3 차원 입자를 더 낮은 차원의 형태로 만드는 방식으로, 크기 조절을 정밀하게 할 수 있는 장점이 있으나, 불순물의 함유, 구조적 불안정, 10 nm 이하 크기의 입자 구현에 대한 어려움이 존재하여, 양자 구속효과를 받는 양자점을 구현하기는 어려운 문제점이 있다. The synthesis method of quantum dots can be divided into a top-down method and a bottom-up method. First, the top-down method uses a physical method to fragment the bulk material down to nanometers to form three-dimensional particles into a lower-dimensional form. Structural instability and difficulties in realizing particles with a size of 10 nm or less exist, so it is difficult to implement quantum dots subjected to quantum confinement effects.

따라서, 최근에는 용액 상태로 화학적 분자나 원자를 출발 물질로 이용하여 양자점을 합성하는 bottom-up 방식을 이용하여 양자점이 합성되고 있으며, 대표적인 bottom-up 방식의 양자점 합성 방법인 콜로이드 합성방법 또는 상기 콜로이드 합성방법을 개선하기 위하여 도출된 마이크로 플랫폼을 이용한 방식 등이 이용되고 있다(도 1 참조). Therefore, recently, quantum dots have been synthesized using a bottom-up method for synthesizing quantum dots using chemical molecules or atoms as starting materials in a solution state. In order to improve the synthesis method, a method using a derived micro-platform is used (see FIG. 1 ).

그러나, 상기 콜로이드 합성방법은 혼합이 균일하게 일어나지 않으며, 동일한 조건으로 만들어진 양자점의 광학적 특성의 재현성도 낮다는 문제점이 있고, 상기 마이크로 플랫폼을 이용한 방식은 실질적으로 연속적인 공정이라고 보기 어렵고 상대적으로 작은 부피를 다루어 대량생산에는 적합하지가 않고, 상업화를 진행할 정도의 생산 속도를 이루지 못한다는 한계를 가지고 있다.However, the colloid synthesis method has a problem in that mixing does not occur uniformly and the reproducibility of optical properties of quantum dots made under the same conditions is low, and the method using the microplatform is difficult to see as a substantially continuous process and has a relatively small volume. It is not suitable for mass production by dealing with

본 발명은 상기 문제점을 극복하기 위하여 도출된 것으로, 전구체 용액을 주입 속도를 조절하며 연속적으로 주입하고, 난류가 형성되는 레이놀즈 수에 의하여 상기 전구체 용액의 주입속도를 제어하거나, 상기 전구체 용액의 주입 속도를 조절하여 상기 레이놀즈 수를 제어하여, 크기가 작고, 균일한 양자점을 빠른 속도로 연속 대량 합성할 수 있는 것을 특징으로 한다. The present invention was derived to overcome the above problem, and the precursor solution is continuously injected while controlling the injection rate, and the injection rate of the precursor solution is controlled by the Reynolds number in which turbulence is formed, or the injection rate of the precursor solution By controlling the Reynolds number by adjusting the size, it is characterized in that it is possible to continuously mass-synthesize small and uniform quantum dots at a high speed.

본 발명의 양자점의 연속 대량 합성방법은 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액을 일정 주입 속도로 각각 서로 마주보는 방향으로 연속 주입하여 양자점을 형성하는 단계(단계 2)를 포함한다. The continuous mass synthesis method of quantum dots of the present invention includes the step of continuously injecting the first precursor solution and the second precursor solution in directions facing each other at a constant injection rate to form quantum dots (step 2).

본 발명의 일 실시예에서, 상기 단계 2는 다이어프램 펌프를 이용하여 수행될 수 있다. In an embodiment of the present invention, step 2 may be performed using a diaphragm pump.

상기 다이어프램 펌프는 펌프막의 상하 운동에 의해 액체를 퍼올리고 배출하는 형식의 펌프로서, 일반적으로, 지속적으로 유체를 공급하기 위하여 이용되며, 보통 가솔린 엔진의 연료 펌프 등에 사용된다. The diaphragm pump is a type of pump that pumps up and discharges a liquid by a vertical motion of a pump membrane, and is generally used to continuously supply a fluid, and is usually used in a fuel pump of a gasoline engine.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 2 단계는 상기 다이어프램 펌프를 이용하여 수행됨으로써, 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액을 계속하여 보충하여 주입하여, 양자점을 연속적으로 생산할 수 있게 된다.In one embodiment of the present invention, the second step is performed using the diaphragm pump, thereby continuously supplementing and injecting the first precursor solution and the second precursor solution, thereby continuously producing quantum dots.

이때, 상기 2 단계는 다이어프램 펌프를 이용하여 전구체 용액 주입시 맥동을 줄이기 위하여 댐퍼를 더 이용하여 수행될 수 있다. In this case, the second step may be performed by further using a damper to reduce pulsation when the precursor solution is injected using a diaphragm pump.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 단계 2에서, 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액은 난류를 형성하며 혼합되어 일정 배출 속도로 배출될 수 있다. In an embodiment of the present invention, in step 2, the first precursor solution and the second precursor solution may be mixed while forming a turbulent flow and discharged at a constant discharge rate.

이때, 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 난류를 형성하는 레이놀즈 수(Reynolds number, Re)는 하기 수학식 1로 표시될 수 있다: In this case, the Reynolds number (Re) at which the first precursor solution and the second precursor solution form turbulence may be expressed by Equation 1 below:

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

(상기 수학식 1에서, (In Equation 1 above,

ρ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 밀도이고, ρ is the average density of the first and second precursor solutions,

μ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 점도이고, μ is the average viscosity of the first precursor solution and the second precursor solution,

υ는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액의 배출 속도이고, υ is the exit rate of the first precursor solution and the second precursor solution,

W는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 배출되는 배출구의 너비이다.)W is the width of the outlet through which the first precursor solution and the second precursor solution are discharged.)

본 명세서에서, 레이놀즈 수(Reynolds number, Re)란, 유체역학에서 유체의 "관성에 의한 힘"과 "점성에 의한 힘(viscous force)"의 비로서, 주어진 유동 조건에서 이 두 종류의 힘의 상대적인 중요도를 정량적으로 나타내는 수를 의미한다. As used herein, the Reynolds number (Re) is the ratio of the "force by inertia" and the "viscous force" of a fluid in fluid mechanics, and the ratio of these two kinds of forces under a given flow condition. A number that quantitatively represents relative importance.

상기 레이놀즈 수는 유체 동역학에서 가장 중요한 무차원 수 중 하나이며, 다른 무차원 수들과 함께 사용되어 동적 상사성(dynamic similitude)을 판별하는 기준이 된다. 또한, 유동이 층류인지 난류인지를 예측하는 데에도 사용되는데, 층류는 점성력이 지배적인 유동으로서 레이놀즈 수가 낮고, 평탄하면서도 일정한 유동이 특징이다. 반면 난류는 관성력이 지배적인 유동으로서 레이놀즈 수가 높고, 임의적인 에디나 와류, 기타 유동의 변동(perturbation)의 특징을 갖는다.The Reynolds number is one of the most important dimensionless numbers in fluid dynamics, and is used together with other dimensionless numbers as a criterion for determining dynamic similitude. It is also used to predict whether a flow is laminar or turbulent, which is a flow dominated by viscous forces, has a low Reynolds number, and is characterized by a flat and constant flow. On the other hand, turbulent flow is a flow dominated by inertial force, has a high Reynolds number, and is characterized by random Eddy, vortex and other flow perturbations.

상기 난류란 불규칙한 유체의 흐름을 의미하며, 규칙적으로 흐르는 흐름인 층류와 대비되는 개념으로, 와류, 제트류 등이 이에 해당된다. The turbulence refers to the flow of an irregular fluid, as opposed to the laminar flow, which is a regular flow, and includes vortices, jets, and the like.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이놀즈 수는, 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액의 밀도, 점도, 배출 속도 및 배출구의 너비를 이용하여 계산될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the Reynolds number may be calculated using densities, viscosities, discharge rates, and widths of outlets of the first and second precursor solutions.

구체적으로, 상기 레이놀즈 수는 상기 단계 1에서, 평균 밀도 및 평균 점도가 결정된 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액을 준비하고, 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 배출되는 배출구의 너비를 고정하여, 상기 단계 2에서 주입되는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액의 주입속도에 따라 변경되는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액의 배출 속도를 측정하여 계산될 수 있다. Specifically, the Reynolds number is the first precursor solution and the second precursor solution having the average density and average viscosity determined in step 1, and the width of the outlet through which the first precursor solution and the second precursor solution are discharged is fixed. Thus, it may be calculated by measuring the discharge rates of the first precursor solution and the second precursor solution, which are changed according to the injection rates of the first precursor solution and the second precursor solution injected in step 2 .

따라서, 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액의 주입 속도의 조절을 통하여 레이놀즈 수가 제어될 수 있다. 또한, 상기 레이놀즈 수를 통하여 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액의 주입 속도가 조절될 수 있다. Accordingly, the Reynolds number may be controlled by adjusting the injection rates of the first precursor solution and the second precursor solution. In addition, the injection rates of the first precursor solution and the second precursor solution may be controlled through the Reynolds number.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이놀즈 수는 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 충돌하여 난류를 형성하여 혼합되는 수, 예를 들면, 200 이상, 예를 들면, 200 내지 100,000, 예를 들면, 200 내지 10,000, 예를 들면, 200 내지 4,000, 예를 들면, 200 내지 1,000일 수 있다. 상기 레이놀즈 수의 상한과 관련하여, 상기 레이놀즈 수가 200 이상인 경우, 전구체 용액의 충돌로 인한 난류가 형성되는 바, 상기 레이놀즈 수의 상한은 상기 다이어프램 펌프의 유속한계에 따라 상이해질 수 있다. In an embodiment of the present invention, the Reynolds number is a number that the first precursor solution and the second precursor solution collide to form a turbulence and mix, for example, 200 or more, for example, 200 to 100,000, for example For example, it may be 200 to 10,000, for example, 200 to 4,000, for example, 200 to 1,000. Regarding the upper limit of the Reynolds number, when the Reynolds number is 200 or more, turbulence is formed due to collision of the precursor solution, and the upper limit of the Reynolds number may be different depending on the flow rate limit of the diaphragm pump.

결론적으로, 본 발명의 양자점의 연속 대량 합성방법은 난류가 형성되는 특정 레이놀즈 수에 따라 다이어프램 펌프를 이용하여 유량이 제어되고, 연속적으로 주입되는 제 1 전구체 용액 및 제 2전구체 용액이 서로 충돌하여 혼합되어 자기조립으로 인한 양자점이 합성되고, 이와 동시에, 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 난류를 형성하여 일정 배출 속도로 배출되게 된다.In conclusion, in the continuous mass synthesis method of quantum dots of the present invention, the flow rate is controlled using a diaphragm pump according to a specific Reynolds number at which turbulence is formed, and the continuously injected first and second precursor solutions collide with each other and mix Quantum dots are synthesized by self-assembly, and at the same time, the first precursor solution and the second precursor solution form a turbulent flow to be discharged at a constant discharge rate.

본 발명의 양자점의 연속 대량 합성방법은 전구체 용액이 충돌하여 혼합되는 짧은 시간 동안 양자점이 합성되는 바, 종래의 양자점의 합성방법과 비교하여, 크기가 작고 균일한 양자점을 짧은 시간동안 대량 합성할 수 있다는 장점이 있다. In the continuous mass synthesis method of quantum dots of the present invention, quantum dots are synthesized for a short time in which the precursor solution collides and mixes. Compared with the conventional synthesis method of quantum dots, it is possible to mass synthesize small and uniform quantum dots in a short time. There is an advantage that

본 발명의 일 실시예에서, 상기 단계 2는 제한된 공간 안에서 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 주입되는 주입구가 마주보는 상태로 배치된 합성장치를 이용하여 수행될 수 있다. In an embodiment of the present invention, step 2 may be performed using a synthesizer in which the inlets into which the first precursor solution and the second precursor solution are injected face each other in a limited space.

이때, 상기 합성장치는 상술한 다이어프램 펌프 및 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 배출되는 배출튜브를 포함하여 구성될 수 있고, 하기의 양태의 양자점의 연속 대량 합성장치일 수 있다.In this case, the synthesizing apparatus may include the diaphragm pump and the discharge tube through which the first precursor solution and the second precursor solution are discharged, and may be a continuous mass synthesizing apparatus of quantum dots according to the following aspect.

상기 양자점의 연속 대량 합성장치는 하기의 양태에서 설명하기로 한다. The continuous mass synthesizing apparatus of the quantum dots will be described in the following aspects.

상기 단계 2에서, 상기 다이어프램 펌프 및 배출튜브를 포함하여 구성되는 양자점의 연속 대량 합성장치를 이용하는 경우, 상기 레이놀즈 수를 결정하는 인자인 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 배출되는 배출구의 너비는 상기 배출튜브의 직경일 수 있고, 상기 배출튜브의 직경은 고정되는 바, 난류를 형성하는 레이놀즈 수를 결정하는 인자는 상기 배출튜브를 통하여 배출되는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액의 배출 속도일 수 있다. In the step 2, when using a continuous mass synthesizing apparatus of quantum dots comprising the diaphragm pump and the discharge tube, the width of the outlet through which the first precursor solution and the second precursor solution, which are factors determining the Reynolds number, are discharged is It may be the diameter of the discharge tube, and the diameter of the discharge tube is fixed. A factor determining the Reynolds number forming turbulence is the discharge rate of the first precursor solution and the second precursor solution discharged through the discharge tube. can

본 발명의 일 실시예에서, 상기 양자점의 연속 대량 합성장치를 이용하여 양자점을 합성하는 경우, 레이놀즈 수는 하기의 수학식 2로 표시될 수 있다: In an embodiment of the present invention, when quantum dots are synthesized using the continuous mass synthesizing apparatus of quantum dots, the Reynolds number may be expressed by the following Equation 2:

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00004
Figure pat00004

(상기 수학식 2에서, (In Equation 2 above,

ρ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 밀도이고,ρ is the average density of the first and second precursor solutions,

μ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 점도이고, μ is the average viscosity of the first precursor solution and the second precursor solution,

υ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 배출 튜브에서 속도이고, υ is the velocity in the outlet tubes of the first precursor solution and the second precursor solution,

DH는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액이 배출되는 배출 튜브의 직경이고,D H is the diameter of the discharge tube through which the first precursor solution and the second precursor solution are discharged,

Q는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 총 부피 유량이고,Q is the total volumetric flow rate of the first precursor solution and the second precursor solution,

ν는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 동점도이고,ν is the average kinematic viscosity of the first precursor solution and the second precursor solution,

A는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액이 배출되는 배출 튜브의 단면적이다.)A is the cross-sectional area of the discharge tube through which the first precursor solution and the second precursor solution are discharged.)

본 발명의 일 실시예에서, 상기 단계 2는 상기 레이놀즈 수를 조절하여 양자점의 합성속도를 조절하여 수행될 수 있다. In an embodiment of the present invention, step 2 may be performed by controlling the synthesis rate of quantum dots by adjusting the Reynolds number.

구체적인 예를 들면, 상기 레이놀즈 수가 200인 경우, 전구체 용액 18.85 mg/mL이 모두 반응하여 소진되는 경우, 하나의 합성장치에서 양자점은 약 3 g/min 4 g/min, 예를 들면, 3.436 g/min, 연간 1.8 ton의 속도로 생산될 수 있다. As a specific example, when the Reynolds number is 200, when all 18.85 mg/mL of the precursor solution is exhausted by reaction, the quantum dots in one synthesizer are about 3 g/min 4 g/min, for example, 3.436 g/mL min, it can be produced at a rate of 1.8 tons per year.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 합성되는 양자점의 크기는 1 nm 내지 10 nm, 예를 들면, 1 nm 내지 5 nm, 예를 들면, 2 nm 내지 3 nm일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the size of the synthesized quantum dots may be 1 nm to 10 nm, for example, 1 nm to 5 nm, for example, 2 nm to 3 nm.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 단계 2는 상기 레이놀즈 수를 조절하여 합성되는 양자점의 크기를 제어하여 수행될 수 있고, 큰 레이놀즈 수에 따라 형성되는 양자점의 크기는 상대적으로 작은 레이놀즈 수에 따라 형성되는 양자점의 크기보다 작을 수 있다. In an embodiment of the present invention, step 2 may be performed by controlling the size of the synthesized quantum dots by adjusting the Reynolds number, and the size of the quantum dots formed according to a large Reynolds number is formed according to a relatively small Reynolds number. It may be smaller than the size of the quantum dot.

구체적인 예를 들면, 상기 레이놀즈 수가 200인 경우, 형성되는 양자점의 크기는 2.8 ± 0.2 nm일 수 있고, 레이놀즈 수가 300인 경우, 형성되는 양자점의 크기는 2.7 ± 0.1 nm일 수 있다. As a specific example, when the Reynolds number is 200, the size of the formed quantum dots may be 2.8 ± 0.2 nm, and when the Reynolds number is 300, the size of the formed quantum dots may be 2.7 ± 0.1 nm.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 단계 2는 상온에서 수행될 수 있다. In an embodiment of the present invention, step 2 may be performed at room temperature.

본 발명의 양자점의 연속 대량 합성방법은 종래의 고온 합성 방식에서 빠른 혼합을 통해 상온 합성 방식을 사용하여 양자점을 합성함으로써 별도의 온도 유지 없이 양자점을 합성할 수 있는 바, 온도 처리 비용이 발생하지 않아 양자점을 이용하는 산업에서 매우 유리하게 작용할 수 있다. The continuous mass synthesis method of quantum dots of the present invention can synthesize quantum dots without maintaining a separate temperature by synthesizing quantum dots using a room temperature synthesis method through rapid mixing in the conventional high temperature synthesis method, so there is no temperature treatment cost. It can be very advantageous in industries that use quantum dots.

본 발명의 일 양태는 양자점의 연속 대량 합성장치를 제공한다. One aspect of the present invention provides a continuous mass synthesizing apparatus of quantum dots.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 양자점의 연속 대량 합성장치는 상술한 양태의 양자점의 연속 대량 합성방법에 이용될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the continuous mass synthesizing apparatus for quantum dots may be used for the continuous mass synthesizing method of quantum dots of the above-described aspect.

도 4는 본 발명의 양자점의 연속 대량 합성장치(1)의 모식도이다. 4 is a schematic diagram of a continuous mass synthesizing apparatus 1 for quantum dots of the present invention.

구체적으로, 도 4의 a)는 본 발명의 양자점의 연속 대량 합성장치(1)의 모식도이고, 도 4의 b)는 상기 도 4의 a)에 표시된 10a 부분의 단면도이다.Specifically, Fig. 4a) is a schematic diagram of a continuous mass synthesizing apparatus 1 for quantum dots of the present invention, and Fig. 4b) is a cross-sectional view of part 10a shown in Fig. 4a).

도 4를 참조하면, 본 발명의 양자점의 연속 대량 합성장치(1)는 마주보는 양 측면에서 일정 주입속도로 연속 주입되는 전구체 용액이 내부에서 충돌 및 혼합하여 양자점이 합성되는 튜브 피팅부(10)와 상기 튜브 피팅부(10)를 중심으로 양 측에 위치하는 한 쌍의 전구체 용액 공급부(100, 200); 상기 한 쌍의 전구체 용액 공급부(100, 200)에 각각 연결되어 상기 튜브 피팅부(10) 내부로 전구체 용액을 주입하는 한 쌍의 주입튜브(110, 210); 및 상기 튜브 피팅부(10)에 상기 한 쌍의 주입 튜브(110, 210)가 연결된 위치와 교차되는 방향으로 연결되어 상기 튜브 피팅부(10) 내부의 혼합 용액을 배출하는 배출튜브(310);를 포함하고, 상기 튜브 피팅부(10)로 유입되는 전구체 용액의 주입 속도를 제어하여 특정 레이놀즈 수에 의해 결정된 난류가 형성되도록 제어하는 별도의 제어부(400); 를 더 포함한다. Referring to Figure 4, the continuous mass synthesizing apparatus 1 of quantum dots of the present invention is a tube fitting part 10 in which quantum dots are synthesized by colliding and mixing the precursor solution continuously injected at a constant injection rate from both sides facing each other. and a pair of precursor solution supply units 100 and 200 positioned on both sides of the tube fitting unit 10 as a center; a pair of injection tubes 110 and 210 respectively connected to the pair of precursor solution supply units 100 and 200 to inject the precursor solution into the tube fitting unit 10; and a discharge tube 310 connected to the tube fitting portion 10 in a direction crossing the position where the pair of injection tubes 110 and 210 are connected to discharge the mixed solution inside the tube fitting portion 10; a separate control unit 400 for controlling the injection rate of the precursor solution flowing into the tube fitting unit 10 to form a turbulent flow determined by a specific Reynolds number; further includes

본 발명의 일 실시예에서, 상기 튜브 피팅부(10)는 상기 한 쌍의 주입튜브(110, 210)가 마주 보도록 연결되고, 상기 배출튜브(310)가 상기 한 쌍의 주입 튜브(110, 210)가 연결된 위치와 교차되는 방향으로 연결될 수 있는 형태, 예를 들면, T 자 형태일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the tube fitting portion 10 is connected to the pair of injection tubes 110 and 210 facing each other, and the discharge tube 310 is connected to the pair of injection tubes 110 and 210 ) may be connected in a direction crossing the connected position, for example, in a T-shape.

또한, 상기 튜브 피팅부(10)는 상기 한 쌍의 주입튜브(110, 210) 및 배출튜브(310)가 연결되는 각각의 주입구 및 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 일정한 유속으로 주입되어 충돌하고 혼합하여 양자점을 형성하게 되는 곳으로, 내부의 공간을 포함할 수 있다. In addition, the tube fitting part 10 is each inlet to which the pair of injection tubes 110 and 210 and the discharge tube 310 are connected, and the first precursor solution and the second precursor solution are injected at a constant flow rate. A place where quantum dots are formed by colliding and mixing, and may include an internal space.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 튜브 피팅부(10)와 상기 한 쌍의 주입튜브(110, 210) 및 배출튜브(310)는 각각 외부 고정부재(111a, 211a, 311a) 또는 내부 고정부재(111b, 211b, 311b)를 이용하여 연결 및 고정될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the tube fitting portion 10 and the pair of injection tubes 110 and 210 and the discharge tube 310 are respectively an external fixing member (111a, 211a, 311a) or an internal fixing member ( 111b, 211b, 311b) can be used to connect and fix.

상기 외부 고정부재(111a, 211a, 311a) 또는 내부 고정부재(111b, 211b, 311b)를 이용하여 상기 튜브 피팅부(10)와 상기 한 쌍의 주입튜브(110, 210) 및 배출튜브(310)를 연결 및 고정하는 경우, 양자점 합성공정 중 전구체 용액이 새지 않고, 독성이 있는 전구체 용액으로부터 안전할 수 있다. 또한, 튜브 피팅부(10) 및 한 쌍의 주입튜브(110, 210) 및 배출튜브(310)만으로 조립하여 제작할 수 있는 바, 기존의 장치보다 더 빠르고 간편하게 제작할 수 있다. The tube fitting part 10 and the pair of injection tubes 110 and 210 and the discharge tube 310 using the external fixing members 111a, 211a, 311a or the internal fixing members 111b, 211b, 311b. When connecting and fixing the quantum dots, the precursor solution does not leak during the quantum dot synthesis process, and it can be safe from the toxic precursor solution. In addition, since it can be manufactured by assembling only the tube fitting part 10 and a pair of injection tubes 110 and 210 and the discharge tube 310, it can be manufactured more quickly and conveniently than the conventional apparatus.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 한 쌍의 전구체 용액 공급부(100, 200)는 제 1 전구체 용액 공급부(100) 및 제 2 전구체 용액 공급부(200)를 포함하고, 상기 제 1 전구체 용액 공급부(100)는 제 1 다이어프램 펌프(120) 및 제 1 전구체 용액 저장부(140)를 포함하고, 상기 제 2 전구체 용액 공급부(200)는 제 2 다이어프램 펌프(220) 및 제 2 전구체 용액 저장부(240)를 포함한다. In an embodiment of the present invention, the pair of precursor solution supply units 100 and 200 includes a first precursor solution supply unit 100 and a second precursor solution supply unit 200 , and the first precursor solution supply unit 100 . ) includes a first diaphragm pump 120 and a first precursor solution storage unit 140 , and the second precursor solution supply unit 200 includes a second diaphragm pump 220 and a second precursor solution storage unit 240 . includes

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 한 쌍의 주입 튜브(110, 210)는 제 1 주입튜브(110) 및 제 2 주입튜브(210)을 포함한다. In addition, in an embodiment of the present invention, the pair of injection tubes 110 and 210 includes a first injection tube 110 and a second injection tube 210 .

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 전구체 용액 공급부(100)에서, 제 1 전구체 용액은 미리 준비되어, 상기 제 1 전구체 용액 저장부(140)에 담지 될 수 있다. 상기 제 1 전구체 용액 저장부(140)에 담지된 제 1 전구체 용액은 상기 제 1 다이어프램 펌프(120)에 의하여 상기 제 1 주입튜브(110)을 통하여 튜브 피팅부(10) 내부로 일정한 유속으로 연속적으로 주입될 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the first precursor solution supply unit 100 , the first precursor solution may be prepared in advance and loaded in the first precursor solution storage unit 140 . The first precursor solution carried in the first precursor solution storage unit 140 is continuously fed into the tube fitting unit 10 through the first injection tube 110 by the first diaphragm pump 120 at a constant flow rate. can be injected into

이와 동시에, 상기 제 2 전구체 용액 공급부(200)에서, 제 2 전구체 용액은 미리 준비되어, 상기 제 2 전구체 용액 저장부(240)에 담지 될 수 있다. 상기 제 2 전구체 용액 저장부(240)에 담지된 제 2 전구체 용액은 상기 제 2 다이어프램 펌프(220)에 의하여 상기 제 2 주입튜브(210)을 통하여 튜브 피팅부(10) 내부로 일정한 유속으로 연속적으로 주입될 수 있다. At the same time, in the second precursor solution supply unit 200 , a second precursor solution may be prepared in advance and loaded in the second precursor solution storage unit 240 . The second precursor solution carried in the second precursor solution storage unit 240 is continuously supplied at a constant flow rate into the tube fitting unit 10 through the second injection tube 210 by the second diaphragm pump 220 . can be injected into

이때, 상기 다이어프램 펌프는 제어부(400)와 연결될 수 있고, 상기 제어부(400)는 레이놀즈 수에 의하여 상기 튜브 피팅부(10) 내부로 주입되는 전구체 용액이 난류가 형성되도록, 상기 다이어프램 펌프를 이용하여 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액의 주입 속도를 제어할 수 있다. At this time, the diaphragm pump may be connected to the control unit 400, and the control unit 400 uses the diaphragm pump to form a turbulent flow of the precursor solution injected into the tube fitting unit 10 by the Reynolds number. The injection rates of the first precursor solution and the second precursor solution may be controlled.

상기 다이어프램 펌프는 펌프막의 상하 운동에 의해 액체를 퍼올리고 배출하는 형식의 펌프로서, 지속적으로 유체를 공급하기 위하여 사용될 수 있다.The diaphragm pump is a type of pump that pumps up and discharges a liquid by a vertical movement of a pump membrane, and may be used to continuously supply a fluid.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 전구체 용액 공급부(100) 및 제 2 전구체 용액 공급부(200)는 각각 제 1 댐퍼(130) 및 제 2 댐퍼(230)를 더 포함할 수 있는데, 상기 다이어프램 펌프는 유체의 흡인 및 토출이 교대로 이루어지면서 동작하는 바, 맥동이 발생할 수 있고, 본 발명의 양자점의 대량 연속 합성장치(1)는 상기 제 1 댐퍼(130) 및 제 2 댐퍼(230)를 더 포함함으로써, 맥동을 줄여 상기 반응용액을 상기 튜브 피팅부(10) 내부로 일정한 유속으로 연속적으로 주입할 수 있게 된다. In an embodiment of the present invention, the first precursor solution supply unit 100 and the second precursor solution supply unit 200 may further include a first damper 130 and a second damper 230, respectively, and the diaphragm The pump operates while alternately sucking and discharging the fluid, and pulsation may occur. By further including, it is possible to continuously inject the reaction solution into the tube fitting part 10 at a constant flow rate by reducing the pulsation.

이때, 상기 제 1 댐퍼(130) 및 제 2 댐퍼(230)는 상기 다이어프램 펌프와 마찬가지로 상기 제어부(400)와 연결될 수 있고, 상기 제어부(400)에 의하여 상기 다이어프램 펌프로부터 공급되는 유체의 맥동을 조절할 수 있다.At this time, the first damper 130 and the second damper 230 may be connected to the controller 400 like the diaphragm pump, and the controller 400 controls the pulsation of the fluid supplied from the diaphragm pump. can

본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이놀즈 수는 하기의 수학식 2로 표시될 수 있다:In an embodiment of the present invention, the Reynolds number may be expressed by the following Equation 2:

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00005
Figure pat00005

(상기 수학식 2에서, (In Equation 2 above,

ρ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 밀도이고, ρ is the average density of the first and second precursor solutions,

μ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 점도이고, μ is the average viscosity of the first and second precursor solutions,

υ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 배출 튜브에서 속도이고, υ is the velocity in the outlet tubes of the first precursor solution and the second precursor solution,

DH는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액이 배출되는 배출 튜브의 직경이고,D H is the diameter of the discharge tube through which the first precursor solution and the second precursor solution are discharged,

Q는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 총 부피 유량이고,Q is the total volumetric flow rate of the first precursor solution and the second precursor solution,

ν는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 동점도이고,ν is the average kinematic viscosity of the first precursor solution and the second precursor solution,

A는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액이 배출되는 배출 튜브의 단면적이다.)A is the cross-sectional area of the discharge tube through which the first precursor solution and the second precursor solution are discharged.)

본 명세서에서, 레이놀즈 수(Reynolds number, Re)란, 유체역학에서 유체의 "관성에 의한 힘"과 "점성에 의한 힘(viscous force)"의 비로서, 주어진 유동 조건에서 이 두 종류의 힘의 상대적인 중요도를 정량적으로 나타내는 수를 의미한다. As used herein, the Reynolds number (Re) is the ratio of the "force by inertia" and the "viscous force" of a fluid in fluid mechanics, and the ratio of these two kinds of forces under a given flow condition. A number that quantitatively represents relative importance.

상기 레이놀즈 수는 유체 동역학에서 가장 중요한 무차원 수 중 하나이며, 다른 무차원 수들과 함께 사용되어 동적 상사성(dynamic similitude)을 판별하는 기준이 된다. 또한, 유동이 층류인지 난류인지를 예측하는 데에도 사용되는데, 층류는 점성력이 지배적인 유동으로서 레이놀즈 수가 낮고, 평탄하면서도 일정한 유동이 특징이다. 반면 난류는 관성력이 지배적인 유동으로서 레이놀즈 수가 높고, 임의적인 에디나 와류, 기타 유동의 변동(perturbation)의 특징을 갖는다.The Reynolds number is one of the most important dimensionless numbers in fluid dynamics, and is used together with other dimensionless numbers as a criterion for determining dynamic similitude. It is also used to predict whether a flow is laminar or turbulent, which is a flow dominated by viscous forces, has a low Reynolds number, and is characterized by a flat and constant flow. On the other hand, turbulent flow is a flow dominated by inertial force, has a high Reynolds number, and is characterized by random Eddy, vortex and other flow perturbations.

상기 난류란 불규칙한 유체의 흐름을 의미하며, 규칙적으로 흐르는 흐름인 층류와 대비되는 개념으로, 와류, 제트류 등이 이에 해당된다. The turbulence refers to the flow of an irregular fluid, as opposed to the laminar flow, which is a regular flow, and includes vortices, jets, and the like.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 수학식 2에서, 상기 DH는 본 발명의 양자점의 연속 대량 합성장치(1)의 난류 흐름이 발생하는 배출튜브(310)의 내부 직경일 수 있다. In one embodiment of the present invention, in Equation 2, D H may be the inner diameter of the discharge tube 310 in which the turbulent flow of the continuous mass synthesizing apparatus 1 of quantum dots of the present invention occurs.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 튜브 피팅부(10) 내부로 주입되는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액은 서로 충돌하고 혼합되어 양자점을 합성하고, 합성된 양자점을 포함하는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액은 상기 배출 튜브(310)를 통하여 외부로 배출하게 된다. 이때, 상기 양자점은 상기 배출튜브(310)를 통하여 외부로 배출되는 혼합 용액 내부에서 상기 혼합 용액의 난류로 인한 혼합에 의하여 성장할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first precursor solution and the second precursor solution injected into the tube fitting part 10 collide with each other and mix to synthesize quantum dots, and a first precursor solution including the synthesized quantum dots; The second precursor solution is discharged to the outside through the discharge tube 310 . In this case, the quantum dots may grow by mixing due to turbulence of the mixed solution inside the mixed solution discharged to the outside through the discharge tube 310 .

상기 배출 튜브(310)를 통한 배출을 통하여, 본 발명의 양자점 연속 대량 합성장치의 내부에 유체의 흐름이 형성될 수 있는데, 이로써, 상기 튜브 피팅부(10)에서의 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액의 유체 충돌로 인한 난류 흐름을 통해 양자점의 생성 속도를 향상시킬 수 있다. Through the discharge through the discharge tube 310, a flow of fluid can be formed inside the quantum dot continuous mass synthesizing apparatus of the present invention, whereby the first precursor solution and the second in the tube fitting unit 10 are Through the turbulent flow due to the fluid collision of the precursor solution, the generation rate of quantum dots can be improved.

또한, 간단한 튜브 피팅은 장치의 오염이 생겼을 경우 펌프를 통해 세척 용매를 흘러주어 내부의 침전물들을 쉽게 제거할 수 있으며 튜브가 훼손되는 경우, 간단하게 교체할 수 있다.In addition, the simple tube fitting can be easily removed by flowing the washing solvent through the pump when the device is contaminated, and can be easily replaced if the tube is damaged.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 배출튜브(310)의 길이는 4 cm 내지 50 cm, 예를 들면, 7 cm 내지 30 cm, 예를 들면, 29 cm일 수 있고, 상술한 바와 같이 상기 배출튜브(310)를 혼합 용액이 이동함으로써, 양자점이 성장할 수 있는 바, 상기 배출튜브(310)의 길이를 조절하여, 양자점의 합성 시간 및 합성되는 양자점의 크기를 조절할 수 있게 된다. In one embodiment of the present invention, the length of the discharge tube 310 may be 4 cm to 50 cm, for example, 7 cm to 30 cm, for example, 29 cm, and as described above, the discharge tube By moving the mixed solution through 310, quantum dots can grow. By adjusting the length of the discharge tube 310, it is possible to control the synthesis time of the quantum dots and the size of the quantum dots to be synthesized.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 한 쌍의 주입 튜브(110, 210) 및 배출 튜브(310)의 내부 직경은 각각 0.1 mm 내지 100 mm, 예를 들면, 0.1 mm 내지 50 mm, 예를 들면, 0.1 mm 내지 10 mm, 예를 들면, 0.2 mm 내지 1 mm일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the inner diameter of the pair of inlet tubes 110, 210 and the outlet tube 310 is each 0.1 mm to 100 mm, for example, 0.1 mm to 50 mm, for example, 0.1 mm to 10 mm, for example 0.2 mm to 1 mm.

본 발명의 양자점의 연속 대량 합성장치는 수 내지 수십 mm 크기의 튜브를 이용함으로써, 큰 부피의 전구체 용액을 반응시켜, 양자점의 생산 속도를 증가시킬 수 있다. The continuous mass synthesizing apparatus of quantum dots of the present invention can increase the production rate of quantum dots by reacting a large volume of precursor solution by using a tube having a size of several to tens of mm.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 튜브 피팅부(10), 한 쌍의 주입 튜브(110, 210) 및 배출 튜브(310)는 각각 불소계 고분자를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the tube fitting portion 10, the pair of injection tubes (110, 210), and the discharge tube 310 may each include a fluorine-based polymer.

상기 불소계 고분자는 양자점 합성에 이용되는 유기용매를 이용할 수 있는 소재로서, 예를 들면, Fluorinated ethylene propylene(FEP), Ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), Polytetrafluoroethylene (PTFE), Polyvinylidene fluoride (PVDF), Polyvinylfluoride (PVF), Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), Perfluoroalkoxy polymer (PFA), Ethylenechlorotrifluoroethylene(ECTFE), 또는 Perfluoropolyether (PFPE) 등이 사용될 수 있으며, 예를 들면, PVDF 또는 PTFE가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The fluorine-based polymer is a material that can use an organic solvent used for quantum dot synthesis, for example, Fluorinated ethylene propylene (FEP), Ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), Polytetrafluoroethylene (PTFE), Polyvinylidene fluoride (PVDF), Polyvinylfluoride (PVF) , Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), Perfluoroalkoxy polymer (PFA), Ethylenechlorotrifluoroethylene (ECTFE), or Perfluoropolyether (PFPE) may be used, for example, PVDF or PTFE may be used, but is not limited thereto.

본 발명의 양자점의 연속 대량 합성장치(1)는 유기용매를 이용할 수 있는 불소계 고분자로 구성되는 한 쌍의 주입 튜브(110, 210)와 배출 튜브(310) 및 튜브 피팅부(10)를 이용함으로써, 다양한 용매를 이용하여 합성되는 다양한 종류의 양자점을 생산할 수 있다. The continuous mass synthesizing apparatus 1 of quantum dots of the present invention uses a pair of injection tubes 110 and 210 and discharge tubes 310 and tube fittings 10 made of a fluorine-based polymer that can use an organic solvent. , it is possible to produce various types of quantum dots that are synthesized using various solvents.

본 발명의 실시예에 따른 양자점의 연속 대량 합성장치(1)는, 제어부(400)에 의하여 제어되는 다이어프램 펌프(120, 220) 및 댐퍼(130, 230)를 포함함으로써, 튜브 피팅부(10) 내부로 주입되는 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액의 주입 속도를 조절하여 레이놀즈 수를 제어할 수 있다. 또한, 상기 다이어프램 펌프(120, 220) 및 댐퍼(130, 230)를 이용하여, 상기 튜브 피팅부(10) 내부로 전구체 용액을 연속적으로 주입할 수 있게 된다. The continuous mass synthesizing apparatus 1 of quantum dots according to an embodiment of the present invention includes the diaphragm pumps 120 and 220 and the dampers 130 and 230 controlled by the control unit 400, so that the tube fitting part 10 The Reynolds number may be controlled by adjusting the injection rates of the first precursor solution and the second precursor solution injected therein. In addition, the precursor solution can be continuously injected into the tube fitting part 10 by using the diaphragm pumps 120 and 220 and the dampers 130 and 230 .

또한, 본 발명의 양자점의 연속 대량 합성장치(1)는 내부 공간을 포함하는 T 형 튜브 피팅부(10) 및 배출튜브(310)를 포함하는 바, 일정 주입 속도로 주입되는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 상기 튜브 피팅부(10) 내부 공간에서 충돌하여 난류를 형성하고, 상기 난류로 인하여 혼합되어 양자점이 합성되면, 상기 합성된 양자점을 포함하는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액의 혼합용액이 난류를 형성하여 상기 배출튜브(310)를 통하여 외부로 배출되게 함으로써, 생산량이 많고, 입자의 크기가 작으며, 균일한 양자점을 수득할 수 있게 된다. In addition, the continuous mass synthesizing apparatus 1 of quantum dots of the present invention includes a T-shaped tube fitting 10 and an exhaust tube 310 including an internal space, a first precursor solution injected at a constant injection rate, and When the second precursor solution collides in the inner space of the tube fitting unit 10 to form a turbulent flow, and when the quantum dots are synthesized by mixing due to the turbulence, the first precursor solution and the second precursor solution containing the synthesized quantum dots By causing the mixed solution to form a turbulent flow and to be discharged to the outside through the discharge tube 310, it is possible to obtain a large amount of production, a small particle size, and uniform quantum dots.

본 발명의 일 실시예에 따른 양자점의 연속 대량 합성장치(1)를 이용하여 합성되는 양자점의 크기는 1 nm 내지 5 nm, 예를 들면, 2 nm 내지 3 nm일 수 있다. 또한, 상기 양자점의 크기는 또한 레이놀즈 수에 의하여 조절 될 수 있다. The size of quantum dots synthesized using the continuous mass synthesizing apparatus 1 of quantum dots according to an embodiment of the present invention may be 1 nm to 5 nm, for example, 2 nm to 3 nm. In addition, the size of the quantum dot can also be controlled by the Reynolds number.

본 발명의 양자점의 연속 대량 합성방법은 다이어프램 펌프에 연결된 튜브를 연결부재를 이용하여 연결하는 간단한 방법으로 제조되는 양자점의 연속 대량 합성장치를 이용하여 별도의 온도처리 공정 없이 상온에서 수행되는 바, 종래 양자점의 합성방법과 비교하여 간편하고 경제적이다. The continuous mass synthesis method of quantum dots of the present invention is performed at room temperature without a separate temperature treatment process using a continuous mass synthesis apparatus of quantum dots manufactured by a simple method of connecting a tube connected to a diaphragm pump using a connecting member. Compared to the synthesis method of quantum dots, it is simple and economical.

또한, 레이놀즈 수를 통한 전구체 용액의 주입 속도를 조절하는 간단한 공정으로, 종래의 콜로이드 합성방법과 마이크로 플랫폼을 이용한 방식의 한계를 극복하고, 반응 시간을 단축시켜 크기가 균일하고, 광학적 특성이 우수한 양자점을 연속적으로 상업화하기에 적합한 수준으로 대량생산이 가능한 바, 양자점을 활용하는 다양한 분야에 빠른 속도로 양자점을 공급할 수 있다. In addition, it is a simple process of controlling the injection rate of the precursor solution through the Reynolds number, overcoming the limitations of the conventional colloid synthesis method and the method using a micro platform, and shortening the reaction time to achieve uniform size and excellent optical properties. Since mass production is possible at a level suitable for continuous commercialization of quantum dots, it is possible to rapidly supply quantum dots to various fields using quantum dots.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples. These examples are merely for illustrating the present invention in more detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예Example

실시예 1. 양자점의 연속 대량 합성Example 1. Continuous Bulk Synthesis of Quantum Dots

- 시약- Reagents

Cadmium chloride (99.99%, Sigma-Aldrich), sulfur(99.998% metals basis, Sigma-Aldrich), olyelamine(TECH, 70%, Sigma-Aldrich), toluene, ethanol, hexane을 이용하였다. Cadmium chloride (99.99%, Sigma-Aldrich), sulfur (99.998% metals basis, Sigma-Aldrich), olyelamine (TECH, 70%, Sigma-Aldrich), toluene, ethanol, and hexane were used.

- 양자점의 연속 대량 합성장치(impiging jet mixer)의 제작- Fabrication of continuous mass synthesis of quantum dots (imiging jet mixer)

도 5는 제작되는 양자점의 연속 대량 합성장치(1)의 부품(a), 사진(b) 및 모식도(c)이다. 5 is a component (a), a photograph (b), and a schematic diagram (c) of the continuous mass synthesizing apparatus 1 of quantum dots to be manufactured.

도 5를 참조하면, T 형 튜브 피팅(ID=0.65 mm, 10)의 좌우 및 하부 연결부에 스크류 조인트(111a, 211a, 311a, 111b, 211b, 311b)를 이용하여 각각 각각 ID=0.4 mm이고, OD=0.6 mm인 제 1 주입튜브(110), 제 2 주입튜브(210) 및 배출튜브(310)를 연결하고, 상기 제 1 주입튜브(110) 및 제 2 주입튜브(210)에서 각각 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 주입되고, 배출튜브(310)에서 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 충돌하여 혼합될 수 있는 형태로 설계하였다.5, using the screw joints (111a, 211a, 311a, 111b, 211b, 311b) in the left and right and lower connections of the T-shaped tube fitting (ID = 0.65 mm, 10), respectively ID = 0.4 mm, The first injection tube 110, the second injection tube 210, and the discharge tube 310 of OD=0.6 mm are connected, and the first injection tube 110 and the second injection tube 210 each have a first The precursor solution and the second precursor solution are injected, and the first precursor solution and the second precursor solution collide in the discharge tube 310 to be mixed.

이때, 상기 제 1 주입튜브(110), 제 2 주입튜브(210) 및 배출튜브(310)의 직경은 모두 같았으며, 다양한 유기용매에도 사용 가능한 PVDF 및 PTFE 재질을 선택하였다. At this time, the diameters of the first injection tube 110 , the second injection tube 210 , and the discharge tube 310 were all the same, and PVDF and PTFE materials that can be used in various organic solvents were selected.

상기 제 1 주입튜브(110) 및 제 2 주입튜브(210)는 각각 다이어프램 펌프(120, 220)에 연결되어 각각 제 1 전구체 용액 저장부(140) 및 제 2 전구체 용액 저장부(240)에서 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 지속적으로 공급하여 연속 공정이 가능하도록 하였고, 상기 각각의 다이어프램 펌프(120, 220) 및 상기 좌우 연결부 사이에 댐퍼(damper; 130, 230)를 설치하여, 맥동을 감소시켜 일정한 유속을 가지도록 하였다. The first injection tube 110 and the second injection tube 210 are connected to the diaphragm pumps 120 and 220, respectively, and the first and second precursor solution storage units 140 and 240, respectively. The first precursor solution and the second precursor solution were continuously supplied to enable a continuous process, and dampers 130 and 230 were installed between each of the diaphragm pumps 120 and 220 and the left and right connections to prevent pulsation. It was reduced to have a constant flow rate.

- 가시화 테스트 및 레이놀즈 수 결정- Visualization test and Reynolds number determination

상기 제작된 양자점 연속 대량 합성장치(impiging jet mixer)에서 난류 흐름이 일어나는 특정 레이놀즈 수를 확인하기 위하여 가시화 테스트를 수행하였다. A visualization test was performed to confirm a specific Reynolds number at which a turbulent flow occurs in the manufactured quantum dot continuous mass synthesizing device (impiging jet mixer).

실제 합성에 사용되는 PVDF 튜브는 불투명하여 육안으로 판단하기 어려우므로, 투명한 우레탄 튜브를 이용하여 NaOH 및 HCl의 산 염기 반응을 통한 색의 변화에 따른 난류 흐름을 관찰하였다. Since the PVDF tube used for the actual synthesis is opaque and difficult to judge with the naked eye, a turbulent flow according to the color change through the acid-base reaction of NaOH and HCl was observed using a transparent urethane tube.

먼저 0.1 N NaOH 및 0.1 N HCl을 준비하고, NaOH에는 페놀프탈레인 0.1 wt%를 넣고 교반하였다. 페놀프탈레인은 물에 불용성이므로 에탄올 66.7 %, 증류수 23.3 %, 1 M 수산화나트륨 10 %로 0.1 M NaOH를 제조하였다. First, 0.1 N NaOH and 0.1 N HCl were prepared, and 0.1 wt% of phenolphthalein was added to NaOH and stirred. Since phenolphthalein is insoluble in water, 0.1 M NaOH was prepared with 66.7% of ethanol, 23.3% of distilled water, and 10% of 1 M sodium hydroxide.

두 유체의 밀도를 맞추기 위해 HCl도 동일한 부피비를 사용하였다. 유량은 다이어프램 펌프와 댐퍼를 이용하여 조절하였다. In order to match the density of the two fluids, the same volume ratio was used for HCl. The flow rate was controlled using a diaphragm pump and damper.

사용한 레이놀즈 수 식은 하기의 수학식 2에 표시된 바와 같다:The Reynolds equation used is as shown in Equation 2 below:

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00006
Figure pat00006

(상기 수학식 2에서, (In Equation 2 above,

ρ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 밀도이고, ρ is the average density of the first and second precursor solutions,

μ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 점도이고,μ is the average viscosity of the first precursor solution and the second precursor solution,

υ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 배출 튜브에서 속도이고, υ is the velocity in the outlet tubes of the first precursor solution and the second precursor solution,

DH는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액이 배출되는 배출 튜브의 직경이고,D H is the diameter of the discharge tube through which the first precursor solution and the second precursor solution are discharged,

Q는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 총 부피 유량이고,Q is the total volume flow rate of the first precursor solution and the second precursor solution,

ν는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 동점도이고,ν is the average kinematic viscosity of the first precursor solution and the second precursor solution,

A는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액이 배출되는 배출 튜브의 단면적이다.)A is the cross-sectional area of the discharge tube through which the first precursor solution and the second precursor solution are discharged.)

상기 동점도(ν)는 에탄올-증류수 혼합용액이므로 비점표를 참고하였고, 제작된 장치 위에서 촬영하여 층류 흐름과 난류 흐름을 이미지로 포착하여 도 6에 도시하였다. Since the kinematic viscosity (ν) is an ethanol-distilled water mixed solution, the boiling point table was referred to, and the laminar flow and turbulent flow were captured as images by photographing on the fabricated device and shown in FIG. 6 .

도 6을 참조하면, 레이놀즈 수가 50인 경우(도 6의 a), 혼합이 일어나지 않아 하나의 흐름으로 자주색만 나타나는 것을 확인할 수 있었고, 레이놀즈 수가 200인 경우(도 6의 b), 혼합이 일어나 일부분 무색으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 6 , when the Reynolds number is 50 (a in FIG. 6), mixing does not occur and it can be confirmed that only purple appears as a single flow, and when the Reynolds number is 200 (b in FIG. 6), mixing occurs and a part It was confirmed that it appeared colorless.

따라서 레이놀즈 수 200 이상에서 flash 나노 석출로 의해 양자점을 합성하기 적합한 난류 거동을 보이는 것을 확인하였고, 200(실시예 1-1) 및 300(실시예 1-2)으로 레이놀즈 수를 결정하였다.Therefore, it was confirmed that a turbulence behavior suitable for synthesizing quantum dots by flash nano-precipitation was shown at a Reynolds number of 200 or more, and the Reynolds number was determined as 200 (Example 1-1) and 300 (Example 1-2).

- 전구체 용액의 제조- Preparation of precursor solution

Cadimium chloride와 sulfur 비율이 1: 6이 되도록 각각 olyelamine에 용해시키고, Cadmium chloride는 tree-neck flask 안에서 질소 흐름 하에 175 ℃로 가열하여 20 분 내지 30 분 동안 용해시켰고, Sulfur는 상온에서 용질이 다 녹을 때까지 교반하여 Cd 전구체 용액 및 S 전구체 용액을 제조하였다. Cadmium chloride and sulfur were respectively dissolved in olyelamine so that the ratio was 1: 6, Cadmium chloride was dissolved in a tree-neck flask by heating at 175 ° C under nitrogen flow for 20 to 30 minutes, and Sulfur was dissolved in the solute at room temperature. The mixture was stirred until Cd precursor solution and S precursor solution were prepared.

- CdS 양자점 합성- CdS quantum dot synthesis

상기 제작된 각각의 전구체 용액을 전구체 용액 저장부인 100 mL 삼각플라스크 분할하여 담고 각각의 다이어프램 펌프와 연결하였다. Each of the prepared precursor solutions was divided into a 100 mL Erlenmeyer flask serving as a precursor solution storage unit, and was connected to each diaphragm pump.

레이놀즈 수에 따라 다이어프램 펌프의 유속을 조절하면서 CdS 양자점의 전구체 용액을 혼합시켰다. 레이놀즈 수를 200(실시예 1-1) 및 300(실시예 1-2)으로 하여 순서대로 CdS 합성을 실시하였고, 반응물은 다량의 톨루엔이 담긴 50 mL 코니컬 튜브에 3 mL 정도 받아 바로 CdS 양자점의 성장을 중지시켰다. 추가적으로 에탄올을 첨가하여 8,000 RPM에서 원심분리하고, CdS 양자점은 헥산(hexane)에 재 분산시켰다. The CdS quantum dot precursor solution was mixed while controlling the flow rate of the diaphragm pump according to the Reynolds number. CdS synthesis was carried out in sequence with Reynolds numbers of 200 (Example 1-1) and 300 (Example 1-2), and the reactant was received about 3 mL in a 50 mL conical tube containing a large amount of toluene and immediately CdS quantum dots stopped the growth of In addition, ethanol was added and centrifuged at 8,000 RPM, and CdS quantum dots were redispersed in hexane.

비교예 1. 양자점의 합성Comparative Example 1. Synthesis of quantum dots

- 시약- Reagents

Cadmium chloride (99.99%, Sigma-Aldrich), sulfur(99.998% metals basis, Sigma-Aldrich), olyelamine(TECH, 70%, Sigma-Aldrich), toluene, ethanol, hexane을 이용하였다. Cadmium chloride (99.99%, Sigma-Aldrich), sulfur (99.998% metals basis, Sigma-Aldrich), olyelamine (TECH, 70%, Sigma-Aldrich), toluene, ethanol, and hexane were used.

- 전구체 용액의 제조- Preparation of precursor solution

sulfur 6 mmol를 olyelamine 5 mL에 넣고 마그네틱 교반기를 이용하여 20 mL vial에 용해시키고, Cadmium chloride 1 mmol를 olyelamine 10 mL에 넣고 tree-neck flask에 교반하였다. 그리고 질소 흐름 하에서 175 ℃로 가열하여 20 분 내지 30 분 동안 용해시켜 Cd 전구체 용액 및 S 전구체 용액을 제조하였다.6 mmol of sulfur was added to 5 mL of olyelamine, dissolved in a 20 mL vial using a magnetic stirrer, 1 mmol of Cadmium chloride was added to 10 mL of olyelamine, and stirred in a tree-neck flask. Then, it was heated to 175° C. under a nitrogen flow and dissolved for 20 to 30 minutes to prepare a Cd precursor solution and an S precursor solution.

- CdS 양자점의 합성- Synthesis of CdS quantum dots

Cd 전구체(Cadmium-oleylamine) 용액이 담겨있는 tree-neck flask에 S 전구체(sulfur-oleylamine) 용액을 천천히 주사하여 넣었다. 질소 흐름 하에 175 ℃로 가열하여 3 시간 동안 교반하였다. 합성이 끝난 후 반응물 용액은 상온에서 1 mL 분취하여 다량의 톨루엔에 넣어 CdS 입자의 크기 성장을 중지시켰다. 추가적으로 에탄올을 첨가하고 8,000 RPM에서 원심 분리하였다. 분리된 CdS 양자점은 헥산(hexane)에 재 분산하였다The S precursor (sulfur-oleylamine) solution was slowly injected into the tree-neck flask containing the Cd precursor (Cadmium-oleylamine) solution. It was heated to 175° C. under a flow of nitrogen and stirred for 3 hours. After the synthesis was completed, 1 mL of the reactant solution was aliquoted at room temperature and put into a large amount of toluene to stop the size growth of CdS particles. Additional ethanol was added and centrifuged at 8,000 RPM. The separated CdS quantum dots were redispersed in hexane.

실험예 1. TEM 분석Experimental Example 1. TEM analysis

시료의 농도는 0.5 wt%로 진행하였다. 별도의 staining 없이 0.2 μL 분취하여 TEM 그리드 위에 실시예 1-1, 실시예 1-2 및 비교예 1에서 합성된 CdS 양자점을 올렸다. TEM grid는 Lacey Carbon on 300 mesh Cu(TED PELLA)를 사용하였다. The concentration of the sample was proceeded to 0.5 wt%. CdS quantum dots synthesized in Example 1-1, Example 1-2, and Comparative Example 1 were placed on a TEM grid by aliquoting 0.2 μL without separate staining. The TEM grid used Lacey Carbon on 300 mesh Cu (TED PELLA).

J image 프로그램을 이용하여 TEM 이미지에서 크기를 분석하고, 도 7에 도시하였다. The size was analyzed in the TEM image using the J image program, and is shown in FIG. 7 .

도 7을 참조하면, 비교예 1, 실시예 1-1 및 실시예 1-2에서 합성된 CdS 양자점은 각각 8.9 ± 1.4 nm(회분식 공정), 2.8 ± 0.2 nm (Re=200), 2.7 ± 0.1 nm (Re=300)이었다. Referring to FIG. 7 , the CdS quantum dots synthesized in Comparative Example 1, Example 1-1 and Example 1-2 were 8.9 ± 1.4 nm (batch process), 2.8 ± 0.2 nm (Re=200), 2.7 ± 0.1, respectively. nm (Re=300).

비교예 1의 회분식 공정 및 실시예 1의 연속 공정을 비교해보면, 합성되는 양자점의 크기가 약 3 배 이상의 차이가 있는 것을 알 수 있고, 이와 같은 차이는 혼합 시간이 다르기 때문인 것을 확인할 수 있었다. 비교예 1의 회분식 공정은 3 시간 동안의 긴 반응을 가하여 입자의 크기가 크지만, 실시예 1의 연속 공정에서는 난류 흐름을 이용해 짧은 시간 동안 빠른 혼합에 의해 작은 양자점을 합성할 수 있는 것을 알 수 있었다. Comparing the batch process of Comparative Example 1 and the continuous process of Example 1, it can be seen that there is a difference of about 3 times or more in the size of the synthesized quantum dots, and it can be confirmed that this difference is due to the different mixing times. In the batch process of Comparative Example 1, the particle size is large by applying a long reaction for 3 hours, but in the continuous process of Example 1, it can be seen that small quantum dots can be synthesized by rapid mixing for a short time using turbulent flow. there was.

또한, 비교예 1의 회분식 공정으로 형성된 양자점 입자의 모양을 확인해보면 구형의 입자 외에도 길쭉한 타원형의 입자가 다수 존재하는 반면, 실시예 1의 연속 공정으로 형성된 양자점 입자의 형태는 대부분 구형인 것을 확인할 수 있었다. In addition, when checking the shape of the quantum dot particles formed by the batch process of Comparative Example 1, there are many elongated oval particles in addition to the spherical particles, whereas the shape of the quantum dot particles formed by the continuous process of Example 1 is mostly spherical. there was.

따라서 비교예 1의 회분식 공정에 비하여 실시예 1의 연속 공정이 비교적 크기가 작고 균일한 구형의 입자를 합성한다는 것을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that the continuous process of Example 1 synthesized particles having a relatively small size and uniform spherical shape compared to the batch process of Comparative Example 1.

실험예 2. XRD 분석Experimental Example 2. XRD analysis

실시예 1-1 및 비교예 1에서 합성된 코니컬 튜브 가장자리에 원심분리 된 CdS 양자점들을 유산지에 올려 놓고 페트리접시에 옮겨 담았다. 페트리접시의 뚜껑을 살짝 닫고 70 ℃내지 80 ℃온도에 24 시간 이상 건조하고, ASC Glass ample holder(ø18×0.5mm)를 사용하였다. CdS quantum dots centrifuged on the edge of the conical tube synthesized in Example 1-1 and Comparative Example 1 were placed on parchment paper and transferred to a Petri dish. The lid of the Petri dish was slightly closed and dried at a temperature of 70 ℃ to 80 ℃ for more than 24 hours, and an ASC Glass ample holder (ø18×0.5mm) was used.

도 8의 a)는 CdS의 XRD 회절 패턴의 레퍼런스 피크를 도시한 것이다. 구체적으로, 도 8의 a)의 a-1은 quasi-spherical CdS NCs, a-2는 CdS nanorods, bipods 및 tripods의 혼합물, a-3은 CdS tetrapods 및 a-4는 CdS nano-candy corn의 XRD 회절 패턴을 나타낸다. CdS 입자는 안정한 hexagonal wurtzite와 cubic zinc blende structure로 두 가지 결정 형태를 가지고 있다. FIG. 8 a) shows a reference peak of the XRD diffraction pattern of CdS. Specifically, in a) of FIG. 8, a-1 denotes quasi-spherical CdS NCs, a-2 denotes a mixture of CdS nanorods, bipods and tripods, a-3 denotes CdS tetrapods, and a-4 denotes XRD of CdS nano-candy corn. The diffraction pattern is shown. CdS particles have two crystalline forms: a stable hexagonal wurtzite and a cubic zinc blende structure.

도 8의 b)는 실시예 1-1 및 비교예 1의 공정을 통하여 합성된 CdS 양자점의 XRD 피크이다. FIG. 8 b) is an XRD peak of CdS quantum dots synthesized through the processes of Example 1-1 and Comparative Example 1. FIG.

도 8을 참조하면, 비교예 1의 회분식 공정과 실시예 1-1의 연속 공정에서 나타난 피크는 25°, 26.6°, 28°, 43.9°, 48°, 52°이고, 레퍼런스 피크와 비교하면 모든 피크가 일치하는 것을 확인할 수 있었고, CdS 양자점의 합성이 제대로 이루어졌다는 것을 알 수 있었다.8, the peaks shown in the batch process of Comparative Example 1 and the continuous process of Example 1-1 are 25°, 26.6°, 28°, 43.9°, 48°, 52°, and compared with the reference peak, all It was confirmed that the peaks coincide, and it was confirmed that the synthesis of CdS quantum dots was properly performed.

그러나, 실시예 1-1의 연속 공정에서 합성된 CdS 양자점에서는 25°, 28°의 피크는 하나의 피크로 합쳐진 것으로 확인되었는데, 이는 입자의 크기와 관련이 있는 것으로 예상할 수 있었다. 입자의 직경이 감소할수록 결정구조에 staking faults가 생기면서 하나의 피크로 합쳐지거나 피크의 세기가 약해질 수 있고, 실시예 1-1의 연속 공정으로 합성된 양자점의 크기가 확연히 작기 때문에 하나의 피크로 합쳐진 것으로 판단할 수 있었다. However, in the CdS quantum dots synthesized in the continuous process of Example 1-1, it was confirmed that the peaks at 25° and 28° were combined into one peak, which could be expected to be related to the size of the particles. As the diameter of the particle decreases, staking faults occur in the crystal structure and merge into one peak or the intensity of the peak may be weakened, and since the size of the quantum dots synthesized by the continuous process of Example 1-1 is remarkably small, one peak could be considered to be combined with

실험예 3. UV-visible Absorption 및 Photoluminescence 분석Experimental Example 3. UV-visible Absorption and Photoluminescence Analysis

- UV-visible Absorption 분석- UV-visible absorption analysis

시료의 농도는 0.5 w%로 진행하였다. Cuvette은 Macro quartz 3.5ml에 PTFE stopper가 있는 제품을 사용하여 비교예 1, 실시예 1-1 및 실시예 1-2에서 합성한 CdS 양자점의 UV-visible Absorption spectrum을 측정하고, 결과를 도 9의 a)에 도시하였다.The concentration of the sample was proceeded to 0.5w%. Cuvette measures the UV-visible absorption spectrum of CdS quantum dots synthesized in Comparative Example 1, Example 1-1 and Example 1-2 using a product with a PTFE stopper in 3.5ml of Macro quartz, and the results are shown in FIG. It is shown in a).

CdS 양자점의 UV-visible의 첫 번째 흡수 파장은 350 nm 내지 500 nm 부근에서 발생하며 양자점의 직경이 작아질수록 흡수 파장은 왼쪽으로 이동하는 경향이 있으므로, 도 9의 a)에서 UV absorption이 오른쪽에서부터 0 부근에서 일직선으로 이어지다가 완만하게 올라오는 피크를 첫 번째 흡수 파장이라고 판단하였다. The first absorption wavelength of UV-visible of CdS quantum dots occurs in the vicinity of 350 nm to 500 nm, and as the diameter of the quantum dots decreases, the absorption wavelength tends to shift to the left. The peak that continues in a straight line near 0 and rises gently was judged to be the first absorption wavelength.

도 9의 a)를 참조하면, 비교예 1의 방법으로 합성된 CdS 양자점의 흡수 파장은 470 nm 부근에서 일어났고 실시예 1-1 및 실시예 1-2의 방법으로 합성된 CdS 양자점은 365 nm에서 흡수하는 것을 알 수 있었다. Referring to FIG. 9 a), the absorption wavelength of the CdS quantum dots synthesized by the method of Comparative Example 1 occurred around 470 nm, and the CdS quantum dots synthesized by the method of Examples 1-1 and 1-2 were 365 nm was found to be absorbed from

입자의 크기가 작아질수록 청색편이 현상이 일어나므로 실시예 1-1 및 실시예 1-2의 방법으로 합성된 CdS 양자점 입자의 크기가 비교예 1의 방법으로 합성된 CdS 양자점의 입자 크기보다 현저히 작을 것을 예상할 수 있었다. As the size of the particles decreases, a blue shift phenomenon occurs, so that the size of the CdS quantum dots synthesized by the method of Examples 1-1 and 1-2 is significantly higher than the particle size of the CdS quantum dots synthesized by the method of Comparative Example 1. could be expected to be small.

- Photoluminescence 분석 - Photoluminescence analysis

발광 세기를 통해 CdS 양자점의 광학적 특징을 판단하고, 도 9에 비교예 1 및 실시예 1-1 및 실시예 1-2의 방법으로 합성된 CdS 양자점의 발광 세기 그래프(b) 및 광발광(Photoluminescence) 사진(c)을 도시하였다. The optical characteristics of the CdS quantum dots are determined through the emission intensity, and the emission intensity graph (b) and photoluminescence of the CdS quantum dots synthesized by the method of Comparative Example 1 and Examples 1-1 and 1-2 are shown in FIG. ) Picture (c) is shown.

도 9의 b)를 참조하면, 같은 스케일에서 발광 세기를 비교하였을 경우 비교예 1의 회분식 공정으로 합성된 양자점에서 세기가 현저하게 낮은 것을 볼 수 있었다. Referring to FIG. 9 b), when the light emission intensity is compared on the same scale, it can be seen that the intensity of the quantum dots synthesized by the batch process of Comparative Example 1 is remarkably low.

이는 UV-light를 비추었을 때도 확인할 수 있었는데, 도 9의 c)를 참조하면, 실시예 1-1의 연속 공정으로 합성된 양자점에서는 밝은 공간임에도 색의 변함을 눈에 띄게 관찰할 수 있는 반면, 비교예 1의 회분식 공정으로 합성된 양자점에서는 어두운 공간에서 비췄음에도 육안으로 확인이 되지 않는 것을 알 수 있었다. This could be confirmed even when irradiated with UV-light. Referring to FIG. 9 c), in the quantum dots synthesized by the continuous process of Example 1-1, a change in color can be observed conspicuously even in a bright space, In the quantum dots synthesized by the batch process of Comparative Example 1, it was found that they were not visually confirmed even when illuminated in a dark space.

비교예 1 및 실시예 1-1의 합성 방법으로 합성된 양자점의 발광세기가 이처럼 차이가 나는 이유는 양자구속효과 때문으로, 8 nm 정도 되는 크기에서는 양자구속효과의 영향을 거의 받지 않기 때문에 발광세기가 약하게 나왔다고 판단할 수 있었다. The reason for such a difference in the emission intensity of the quantum dots synthesized by the synthesis method of Comparative Example 1 and Example 1-1 is because of the quantum confinement effect. could be judged to be weak.

결과적으로, 본 발명의 양자점의 연속 대량 합성방법으로 합성된 CdS 양자점의 광학적 특성이 더 우수하다는 것을 알 수 있었다. As a result, it was found that the optical properties of the CdS quantum dots synthesized by the continuous mass synthesis method of the quantum dots of the present invention were better.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, with respect to the present invention, the preferred embodiments have been looked at. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

1: 양자점 연속 대량 합성장치
10: 튜브 피팅부
100: 제 1 전구체 용액 공급부
110: 제 1 주입 튜브
111a: 제 1 외부 고정부재
111b: 제 1 내부 고정부재
120: 제 1 다이어프램 펌프
130: 제 1 댐퍼
200: 제 2 전구체 용액 공급부
210: 제 2 주입 튜브
211a: 제 2 외부 고정부재
211b: 제 2 내부 고정부재
220: 제 2 다이어프램 펌프
230: 제 2 댐퍼
310: 배출 튜브
311a: 제 3 외부 고정부재
311b: 제 3 내부 고정부재
400: 제어부
1: Quantum dot continuous mass synthesizing device
10: tube fitting part
100: first precursor solution supply unit
110: first infusion tube
111a: first external fixing member
111b: first internal fixing member
120: first diaphragm pump
130: first damper
200: second precursor solution supply unit
210: second infusion tube
211a: second external fixing member
211b: second internal fixing member
220: second diaphragm pump
230: second damper
310: drain tube
311a: third external fixing member
311b: third internal fixing member
400: control unit

Claims (18)

제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액을 준비하는 단계(단계 1); 및
상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액을 일정 주입 속도로 각각 서로 마주보는 방향으로 연속 주입하여 양자점을 형성하는 단계(단계 2);를 포함하고,
상기 단계 2에서, 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액은 난류를 형성하며 혼합되어 일정 배출 속도로 배출되고,
상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 난류를 형성하는 레이놀즈 수(Reynolds number, Re)는 200 내지 100,000이고, 하기 수학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성방법:
[수학식 1]
Figure pat00007

(상기 수학식 1에서,
ρ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 밀도이고,
μ는 제 1 전구체 용액과 제 2 전구체 용액의 평균 점도이고,
υ는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액의 배출 속도이고,
W는 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액이 배출되는 배출구의 너비이다.)
preparing a first precursor solution and a second precursor solution (step 1); and
and continuously injecting the first precursor solution and the second precursor solution in directions facing each other at a constant injection rate to form quantum dots (step 2);
In step 2, the first precursor solution and the second precursor solution are mixed to form a turbulent flow and discharged at a constant discharge rate,
A continuous mass synthesis method of quantum dots, characterized in that the first precursor solution and the second precursor solution form a turbulence, Reynolds number (Re) is 200 to 100,000, and is expressed by Equation 1 below:
[Equation 1]
Figure pat00007

(In Equation 1 above,
ρ is the average density of the first and second precursor solutions,
μ is the average viscosity of the first precursor solution and the second precursor solution,
υ is the exit rate of the first precursor solution and the second precursor solution,
W is the width of the outlet through which the first precursor solution and the second precursor solution are discharged.)
제 1 항에 있어서,
상기 단계 2는 다이어프램 펌프를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성방법.
The method of claim 1,
Step 2 is a continuous mass synthesis method of quantum dots, characterized in that performed using a diaphragm pump.
제 2 항에 있어서,
상기 레이놀즈 수는 상기 다이어프램 펌프의 유량을 제어하여 조절되는 상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액 각각의 일정 주입 속도에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성방법.
3. The method of claim 2,
The Reynolds number is a continuous mass synthesis method of quantum dots, characterized in that controlled by a constant injection rate of each of the first precursor solution and the second precursor solution, which are controlled by controlling the flow rate of the diaphragm pump.
제 2 항에 있어서,
상기 단계 2는 댐퍼를 이용하여 다이어프램 펌프의 맥동을 조절하여 수행되는 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성방법.
3. The method of claim 2,
Step 2 is a continuous mass synthesis method of quantum dots, characterized in that it is performed by controlling the pulsation of the diaphragm pump using a damper.
제 1 항에 있어서,
상기 단계 2는 상온에서 수행되는 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성방법.
The method of claim 1,
The step 2 is a continuous mass synthesis method of quantum dots, characterized in that carried out at room temperature.
제 1 항에 있어서,
상기 단계 1에서,
상기 제 1 전구체 용액 및 제 2 전구체 용액은 각각 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 수은(Hg), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se), 황(S), 텔레늄(Te), 납(Pb), 인(P), 및 비소(As)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성방법.
The method of claim 1,
In step 1,
The first precursor solution and the second precursor solution are cadmium (Cd), zinc (Zn), mercury (Hg), indium (In), gallium (Ga), selenium (Se), sulfur (S), and Te), lead (Pb), phosphorus (P), and arsenic (As), characterized in that it contains any one or more selected from the group consisting of a continuous mass synthesis method of quantum dots.
제 1 항에 있어서,
상기 단계 2에서 합성되는 양자점은 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴텔레라이드(CdTe), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레라이드(ZnTe), 징크설파이드(ZnS), 머큐리텔레라이드(HgTe), 인듐 아세나이드(InAs), 인듐 포스포러스(InP) 및 갈륨 아세나이드(GaAs) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 합성방법.
The method of claim 1,
The quantum dots synthesized in step 2 are cadmium selenide (CdSe), cadmium sulfide (CdS), cadmium telleride (CdTe), zinc selenide (ZnSe), zinc telleride (ZnTe), zinc sulfide (ZnS), mercury tele Ride (HgTe), indium arsenide (InAs), indium phosphorus (InP) and gallium arsenide (GaAs), characterized in that any one of the continuous synthesis method of quantum dots.
제 1 항에 있어서,
상기 레이놀즈 수를 제어하여 양자점의 합성 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성방법.
The method of claim 1,
A continuous mass synthesis method of quantum dots, characterized in that controlling the synthesis rate of quantum dots by controlling the Reynolds number.
제 1 항에 있어서,
상기 레이놀즈 수를 제어하여 합성되는 양자점의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성방법.
The method of claim 1,
A continuous mass synthesis method of quantum dots, characterized in that controlling the size of the synthesized quantum dots by controlling the Reynolds number.
제 1 항에 있어서,
합성되는 양자점의 크기는 1 nm 내지 10 nm인 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성방법.
The method of claim 1,
The size of the quantum dots to be synthesized is a continuous mass synthesis method of quantum dots, characterized in that 1 nm to 10 nm.
제 1 항의 합성방법에 의하여 합성된 1 nm 내지 10 nm 크기의 양자점.A quantum dot having a size of 1 nm to 10 nm synthesized by the synthesis method of claim 1. 마주보는 양 측면에서 일정 주입속도로 연속 주입되는 전구체 용액이 내부에서 충돌 및 혼합하여 양자점이 합성되는 튜브 피팅부와 상기 튜브 피팅부를 중심으로 양 측에 위치하는 한 쌍의 전구체 용액 공급부;
상기 한 쌍의 전구체 용액 공급부에 각각 연결되어 상기 튜브 피팅부 내부로 전구체 용액을 주입하는 한 쌍의 주입튜브; 및
상기 튜브 피팅부에 상기 한 쌍의 주입 튜브가 연결된 위치와 교차되는 방향으로 연결되어 상기 튜브 피팅부 내부의 혼합된 전구체 용액을 배출하는 배출튜브;를 포함하되,
별도의 제어부에 의해 상기 튜브 피팅부로 유입되는 전구체 용액의 주입 속도를 제어하여 특정 레이놀즈 수에 의해 결정된 난류가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성장치.
a tube fitting part in which quantum dots are synthesized by colliding and mixing a precursor solution continuously injected at a constant injection rate from both sides facing each other, and a pair of precursor solution supply parts located on both sides of the tube fitting part;
a pair of injection tubes respectively connected to the pair of precursor solution supply parts to inject the precursor solution into the tube fitting part; and
A discharge tube connected to the tube fitting part in a direction intersecting with a position where the pair of injection tubes are connected to discharge the mixed precursor solution inside the tube fitting part; including,
A continuous mass synthesizing apparatus for quantum dots, characterized in that by controlling the injection rate of the precursor solution flowing into the tube fitting part by a separate control unit, a turbulence determined by a specific Reynolds number is formed.
제 12 항에 있어서,
상기 한 쌍의 전구체 용액 공급부는 제 1 전구체 용액 공급부 및 제 2 전구체 용액 공급부를 포함하고,
상기 한 쌍의 주입튜브는 제 1 주입튜브 및 제 2 주입튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성장치.
13. The method of claim 12,
The pair of precursor solution supply units includes a first precursor solution supply unit and a second precursor solution supply unit,
The pair of injection tubes is a continuous mass synthesizing apparatus of quantum dots, characterized in that it comprises a first injection tube and a second injection tube.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 전구체 용액 공급부 및 제 2 전구체 용액 공급부는 각각 제 1 다이어프램 펌프 및 제 2 다이어프램 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점의 연속 대량 합성장치.
14. The method of claim 13,
The first precursor solution supply unit and the second precursor solution supply unit continuous mass synthesizing apparatus of quantum dots, characterized in that it comprises a first diaphragm pump and a second diaphragm pump, respectively.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 전구체 용액 공급부 및 제 2 전구체 용액 공급부는 각각 제 1 댐퍼 및 제 2 댐퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 연속 대량 합성장치.
14. The method of claim 13,
Quantum dot continuous mass synthesizing apparatus, characterized in that the first precursor solution supply unit and the second precursor solution supply unit further include a first damper and a second damper, respectively.
제 12 항에 있어서,
상기 한 쌍의 주입튜브 및 배출튜브는 각각 내부 직경이 0.1 mm 내지 100 mm인 것을 특징으로 하는 양자점 연속 대량 합성장치.
13. The method of claim 12,
Quantum dot continuous mass synthesizing apparatus, characterized in that each of the pair of injection tube and discharge tube has an inner diameter of 0.1 mm to 100 mm.
제 12 항에 있어서,
상기 튜브 피팅부, 한 쌍의 주입 튜브 및 배출 튜브는 각각 불소계 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 연속 대량 합성장치.
13. The method of claim 12,
The tube fitting part, the pair of injection tube and the discharge tube is a quantum dot continuous mass synthesizing apparatus, characterized in that each contains a fluorine-based polymer.
제 12 항에 있어서,
1 nm 내지 10 nm 크기의 양자점을 합성하는 것을 특징으로 하는 양자점 연속 대량 합성장치.
13. The method of claim 12,
A continuous mass synthesizing apparatus for quantum dots, characterized in that for synthesizing quantum dots with a size of 1 nm to 10 nm.
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