KR20220151424A - Preparation method of quantum dots by ultrasonic irradiation - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing quantum dots using ultrasonic irradiation, and by manufacturing quantum dots through ultrasonic irradiation without controlling a high temperature reaction temperature, the manufacturing time can be reduced and quantum dots having a stable core-shell form can be manufactured. In addition, it is possible to adjust the size of the quantum dot core according to the intensity of ultrasound and the irradiation time, so it is possible to control the size thereof during the production of quantum dots, and by substituting an organic capping ligand of the quantum dot with a hydrophilic ligand, the quantum dot can be dispersed in a water-soluble solvent, thereby being able to be applied to bio industries such as cosmetics and diagnostic kits.

Description

초음파 조사법을 이용한 양자점 제조방법{Preparation method of quantum dots by ultrasonic irradiation}Quantum dot manufacturing method using ultrasonic irradiation {Preparation method of quantum dots by ultrasonic irradiation}

본 발명은 초음파 조사를 이용한 양자점 제조방법 및 이로 제조된 양자점에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing quantum dots using ultrasonic irradiation and quantum dots manufactured thereby.

최근 나노소재에 대한 관심이 급격히 증가하고 있다. 나노소재는 벌크 상태의 입자와는 달리 독특한 전기적, 물리적 성질을 가지고 있으며, 그 중 초미세구조를 갖는 양자점은 양자구속효과에 의존하여 전기적, 광학적 성질이 두드러지게 변화한다. 나노소재는 양자점의 크기에 따라 가전자대 및 전도대 사이의 간격인 밴드 캡(band gap)을 제어할 수 있으며, 보통 10~100 nm 정도의 크기를 갖는다. 양자점은 입자제어 특성으로 인해 양자점의 크기가 커질수록 밴드 갭이 작아져서 장파장의 빛인 붉은색을 띄며, 양자점의 크기가 작아질수록 밴드 갭이 저져 단파장의 빛인 푸른색을 구현한다. 이와 같이 입자 크기에 따라 모든 가시광 영역의 빛을 구현할 수 있고, 색 순도와 광 안정성이 모두 높으며, 무기물질을 이용함에 따라 유기물질과 달리 광 안정성 또한 보장할 수 있어 LED, 신소재, 레이저, 광통신, 태양전지, 바이오센서 등 다양한 분야에서 적용할 수 있다.Recently, interest in nanomaterials is rapidly increasing. Unlike particles in a bulk state, nanomaterials have unique electrical and physical properties. Among them, quantum dots having an ultrafine structure change significantly in electrical and optical properties depending on the quantum confinement effect. Nanomaterials can control the band gap, which is the distance between the valence band and the conduction band, according to the size of the quantum dots, and usually has a size of about 10 to 100 nm. Due to the particle control characteristics, the band gap decreases as the size of the quantum dots increases, resulting in a red color, which is long-wavelength light. In this way, depending on the particle size, light in the entire visible light range can be realized, both color purity and light stability are high, and unlike organic materials, light stability can be guaranteed as inorganic materials are used. It can be applied in various fields such as solar cells and biosensors.

일반적으로 발광 나노입자의 제조방법으로는 열분해법, 고온에서 금속전구체의 열분해법, 초음파 조사법 등을 예로 들 수 있다. 열분해법은 초기 발광 나노입자의 합성에 적용된 방법으로, 현재까지도 주로 사용되고 있다. 열분해법에 의한 나노입자의 제조방법은 긴 체인을 갖는 알킬포스핀, 알킬포스핀 산화물, 알킬아민 등이 포함된 뜨거운 유기용매(150~350℃)에 금속 전구체를 빠르게 첨가하는 방법이다.In general, examples of methods for producing luminescent nanoparticles include a thermal decomposition method, a thermal decomposition method of a metal precursor at a high temperature, and an ultrasonic irradiation method. The thermal decomposition method is a method applied to the synthesis of the initial luminescent nanoparticles, and is still mainly used. The method for producing nanoparticles by thermal decomposition is a method of rapidly adding a metal precursor to a hot organic solvent (150 to 350 ° C) containing long-chain alkyl phosphine, alkyl phosphine oxide, and alkyl amine.

비특허문헌 1(M. G. Bawendi, et al., Annu. Rev. Mater. Sci. 2000, 30, 545)은 열분해법에 의한 다양한 발광 나노입자의 합성에 대하여 개시되어 있는데, 이는 높은 온도가 요구되고, 반응 시 물 또는 산소를 차단해야 하며, 긴 반응 시간이 요구되는 단점이 있다.Non-Patent Document 1 (M. G. Bawendi, et al., Annu. Rev. Mater. Sci. 2000, 30, 545) discloses the synthesis of various luminescent nanoparticles by a thermal decomposition method, which requires a high temperature, During the reaction, water or oxygen must be blocked, and there are disadvantages in that a long reaction time is required.

비특허문헌 2(M. G. Bawendi, et al., J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 8706, P. Guyot-Sionnest, et al., J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3655)는 Ⅱ-Ⅵ족 발광 나노입자의 합성에 대해 개시되어 있으며, Ⅱ족은 알킬기를 가지는 금속(다이메틸카드뮴, 다이에틸카드뮴, 다이에틸아연)을 주로 사용하고, Ⅵ족은 주로 유기포스핀 칼코지나이드(R3PE, E = S, Se, Te)를 사용하여 합성하였다. 그러나 이 경우 한 번의 반응에 하나의 발광 나노입자만을 합성할 수 있기 때문에 다량의 시료 합성에는 용이하지 않은 문제가 있다.Non-Patent Document 2 (MG Bawendi, et al., J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 8706, P. Guyot-Sionnest, et al., J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3655) The synthesis of group II-VI luminescent nanoparticles is disclosed. Group II mainly uses metals (dimethyl cadmium, diethyl cadmium, diethyl zinc) having an alkyl group, and group VI mainly uses organic phosphine chalcogenides. (R 3 PE, E = S, Se, Te). However, in this case, since only one luminescent nanoparticle can be synthesized in one reaction, it is not easy to synthesize a large amount of samples.

비특허문헌 3(S. Kuwabata, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12388)에서는 고온에서 금속전구체의 열분해에 의한 합성에 관한 것으로, 금속 착화합물을 유기용매에 첨가하여 열분해법으로 발광 나노입자를 합성하는 방식으로 수행된다. 하지만 상기 방법 또한 한 번의 반응에 하나의 조성을 갖는 발광 나노입자만을 합성할 수 있어 다양한 조성을 갖는 물질을 합성하기에는 어려움이 있다.Non-Patent Document 3 (S. Kuwabata, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12388) relates to the synthesis by thermal decomposition of a metal precursor at high temperature, and a metal complex is added to an organic solvent to generate nanoluminescent nanoparticles by thermal decomposition. It is carried out in such a way as to synthesize particles. However, since the above method can only synthesize luminescent nanoparticles having one composition in one reaction, it is difficult to synthesize materials having various compositions.

한편, 비특허문헌 4(A. Gedanken, et al., J. Sol. Stat. Chem. 2003, 172, 102)는 초음파 조사법을 이용한 방법이 개시되어 있으며, 상기 방법은 알코올, 물, 아민계 등의 용매에 금속 원료로 금속 아세테이트, 염화 금속을 사용하고, 황의 원료로 황, 티오아세트아미드, 티오요소를 사용한다. 이와 같이 금속과 황 원료를 용매에 녹인 후 초음파를 조사하는 방법으로 발광 나노입자를 합성함으로써 상기 열분해 방법보다 단순하며 대량생산에 적합한 장점이 있다.On the other hand, Non-Patent Document 4 (A. Gedanken, et al., J. Sol. Stat. Chem. 2003, 172, 102) discloses a method using an ultrasonic irradiation method, and the method uses alcohol, water, amine-based, etc. For the solvent, metal acetate and metal chloride are used as metal raw materials, and sulfur, thioacetamide, and thiourea are used as sulfur raw materials. In this way, luminescent nanoparticles are synthesized by dissolving metal and sulfur raw materials in a solvent and then irradiating ultrasonic waves, which is simpler than the pyrolysis method and suitable for mass production.

그러나 이렇게 합성된 코어 발광 나노입자의 대부분은 낮은 양자효율을 갖기 때문에 다양한 분야에 적용하기 위해서는 양자 효율을 증대시켜야 할 필요가 있다. 이때 안정한 유기 혹은 무기 물질로 나노입자의 표면에 보호막을 씌우는 방법이 사용된다. 비특허문헌 5(Dmitri V. Talapin, et al., Nano letters, 2001, 1, 207)는 CdSe 양자점의 표면을 알릴아민이나 도데실아민으로 처리하는 방법이 개시되어 있으며, 상기 방법으로 처리할 경우 발광 효율이 40~50% 정도 증가하는 효과가 있다.However, since most of the synthesized core luminescent nanoparticles have low quantum efficiency, it is necessary to increase the quantum efficiency in order to apply them to various fields. At this time, a method of covering the surface of the nanoparticle with a stable organic or inorganic material is used. Non-Patent Document 5 (Dmitri V. Talapin, et al., Nano letters, 2001, 1, 207) discloses a method of treating the surface of CdSe quantum dots with allylamine or dodecylamine. It has the effect of increasing the luminous efficiency by 40-50%.

또한, 특허문헌 1(미국특허 제6,322,901호)과 특허문헌 2(미국특허 제6,207,229호)에는 무기물질을 양자점의 보호막으로 하는 물질 및 제조방법이 개시되어 있으며, 상기 특허문헌들에 개시된 방법으로 나노입자를 처리하는 경우 발광 효율이 약 30~50% 증가한다.In addition, Patent Document 1 (U.S. Patent No. 6,322,901) and Patent Document 2 (U.S. Patent No. 6,207,229) disclose a material and manufacturing method using an inorganic material as a protective film for quantum dots, and the methods disclosed in the above patent documents disclose nanomaterials. When treating the particles, the luminous efficiency increases by about 30-50%.

그러나 상기 방법들은 코어와 쉘의 합성 과정이 복잡하고, 긴 반응 시간이 요구되는 단점이 있다. 그와 동시에 코어-쉘 구조간의 격자간 불일치, 쉘의 두께에 따른 계면 변형(interface strain) 등에 의하여 발광 효율이 감소할 수 있다. 이에 따라 종래의 문제들을 해결하고 높은 양자 효율과 낮은 독성을 갖는 다양한 조성의 발광 나노입자를 합성하기 위한 노력이 이루어지고 있다.However, the above methods have disadvantages in that the synthesis process of the core and the shell is complicated and a long reaction time is required. At the same time, luminous efficiency may decrease due to interstitial mismatch between core-shell structures, interface strain according to shell thickness, and the like. Accordingly, efforts have been made to solve the conventional problems and to synthesize luminescent nanoparticles of various compositions having high quantum efficiency and low toxicity.

코어-쉘 합성에 관련된 종래의 기술로서, 특허문헌 3(한국등록특허 제10-1238662호)에서는 산화아연 코어-황화아연 쉘 구조의 나노분말 합성방법이 개시된 바 있다. 구체적으로는, 용매에 티오아세트아미드를 첨가하고 10분∼1시간 동안 28∼50kHz로 초음파 처리하여 상기 용매에 상기 티오아세트아미드가 용해된 티오아세트아미드 용액을 형성하는 단계; 상기 티오아세트아미드 용액에 ZnO 분말을 첨가하고 10분∼1시간 동안 초음파 처리하여 균일하게 분산시키는 단계; 상기 ZnO 분말이 분산된 티오아세트아미드 용액을 오븐에 장입하고, 상기 오븐의 온도를 60∼95℃로 유지하여 티오아세트아미드가 가수분해되면서 나온 황 이온이 상기 ZnO 분말의 아연 이온과 반응되게 하여 ZnO 분말의 표면에 ZnS 쉘을 형성하는 단계; ZnO 분말의 표면에 ZnS 쉘이 형성되어 침전된 침전물을 선택적으로 분리하는 단계; 및 상기 침전물을 건조하여 ZnO 분말의 표면에 ZnS 쉘이 형성된 나노분말을 얻는 단계;를 포함한다. 그러나 상기 코어-쉘 합성방법은 오븐을 이용한 용액법으로, 초음파로 합성하는 경우보다 비용과 시간이 소모되어 경제적이지 못한 단점이 있다.As a conventional technology related to core-shell synthesis, Patent Document 3 (Korean Patent Registration No. 10-1238662) discloses a zinc oxide core-zinc sulfide shell structure nanopowder synthesis method. Specifically, adding thioacetamide to a solvent and ultrasonicating at 28 to 50 kHz for 10 minutes to 1 hour to form a thioacetamide solution in which the thioacetamide is dissolved in the solvent; Adding ZnO powder to the thioacetamide solution and uniformly dispersing it by ultrasonic treatment for 10 minutes to 1 hour; The thioacetamide solution in which the ZnO powder is dispersed is charged into an oven, and the temperature of the oven is maintained at 60 to 95° C. so that sulfur ions generated as thioacetamide is hydrolyzed react with zinc ions of the ZnO powder to obtain ZnO Forming a ZnS shell on the surface of the powder; Forming a ZnS shell on the surface of the ZnO powder to selectively separate the precipitate; and drying the precipitate to obtain a nanopowder having a ZnS shell formed on the surface of the ZnO powder. However, the core-shell synthesis method is a solution method using an oven, and has a disadvantage in that cost and time are consumed compared to the case of ultrasonic synthesis, which is not economical.

한편, 종래에는 카드뮴 기반 양자점이 주된 연구분야였으나 이는 환경 유해성 및 독성 차원에서 심각한 문제를 야기했을 뿐만 아니라 바이오분야에 응용시 인체에 유해한 영향을 미치는 문제점이 제기되었다. 이에 따라 최근 전 세계적으로 유독물질인 카드뮴의 사용을 제한하는 추세에 있으며, 카드뮴계 양자점을 대체하기 위한 연구가 진행되고 있다. 따라서 독성이 없어 환경에 무해하여 바이오 및 의학 분야로 응용이 가능한 양자점의 손쉬운 제조기술이 요구되고 있다.On the other hand, conventionally, cadmium-based quantum dots have been the main research field, but this not only causes serious problems in terms of environmental hazards and toxicity, but also has a problem of adversely affecting the human body when applied to the bio field. Accordingly, there is a trend to limit the use of cadmium, a toxic substance, worldwide, and research is being conducted to replace cadmium-based quantum dots. Therefore, there is a need for an easy manufacturing technology of quantum dots that are non-toxic and harmless to the environment and can be applied to the bio and medical fields.

상기 안출된 문제를 해결하기 위해 본 발명은 초음파 조사를 이용한 양자점 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing quantum dots using ultrasonic irradiation.

또한, 본 발명은 양자점의 표면개질을 통해 수용성 용매에 분산시킬 수 있는 양자점의 표면처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a surface treatment method of quantum dots that can be dispersed in a water-soluble solvent through surface modification of the quantum dots.

또한, 다른 측면에서 본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조된 양자점을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to provide a quantum dot prepared according to the above manufacturing method.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 1) 인듐(In) 전구체, 인(P) 전구체 및 용매를 혼합한 후 초음파를 조사하여 InP 조성을 갖는 양자점 코어를 제조하는 단계; 2) 상기 1) 단계의 용액에 아연(Zn) 전구체, 셀레늄(Se) 전구체 및 황(S) 전구체를 첨가한 후 초음파를 조사하여 InP/ZnSeS 조성을 갖는 코어-쉘 구조의 양자점을 제조하는 단계; 및 3) 상기 2) 단계의 양자점을 세척 및 분산하는 단계;를 포함하는 초음파 조사법을 이용한 양자점 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention 1) preparing a quantum dot core having an InP composition by mixing an indium (In) precursor, a phosphorus (P) precursor and a solvent and then irradiating ultrasonic waves; 2) adding a zinc (Zn) precursor, a selenium (Se) precursor, and a sulfur (S) precursor to the solution of step 1) and then irradiating ultrasonic waves to prepare a core-shell structured quantum dot having an InP/ZnSeS composition; and 3) washing and dispersing the quantum dots of step 2).

상기 인듐 전구체는 인듐을 포함하는 질산염, 탄산염, 염화염, 인산염, 붕산염, 산화염, 술폰산염, 황산염, 스테아린산염, 미리스틴산염, 초산염 및 운데실레닉염으로 이루어진 군에서 선택되는 금속염인 것을 특징으로 한다.The indium precursor is a metal salt selected from the group consisting of indium-containing nitrates, carbonates, chlorides, phosphates, borates, oxides, sulfonates, sulfates, stearates, myristates, acetates and undecylenic salts. .

상기 인 전구체는 트리스(트리메틸실릴)포스핀(Tris (trimethylsilyl) phosphine), 트리페닐포스페이트(Triphenyl phosphate), 트리옥틸포스핀(Trioctylphosphine), 트리페닐포스핀(Triphenylphosphine) 및 트리에틸포스핀(Triethyl phosphite)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.The phosphorus precursor is tris (trimethylsilyl) phosphine, triphenyl phosphate, trioctylphosphine, triphenylphosphine and triethyl phosphine. ) It is characterized in that selected from the group consisting of.

상기 용매는 에테르계, 탄화수소계, 알콜계 또는 아민계인 것을 특징으로 한다.The solvent is characterized in that it is ether-based, hydrocarbon-based, alcohol-based or amine-based.

상기 아연 전구체는 아연 아세테이트; 아연 운데실레네이트; 아연 스테아레이트; 아연 아세틸아세토네이트; 아연 나이트레이트; 아연 아세테이트; 및 아연 클로라이드;로 이루어진 군에서 선택되는 어느 1종 이상이며,The zinc precursor is zinc acetate; zinc undecylenate; zinc stearate; zinc acetylacetonate; zinc nitrate; zinc acetate; And zinc chloride; any one or more selected from the group consisting of,

상기 셀레늄 전구체는 셀레늄; C6~C8의 아릴셀레놀; 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알킬셀레놀; 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알케닐셀레놀; 및 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알카이닐셀레놀;로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 1종 이상이고,The selenium precursor is selenium; C 6 ~ C 8 aryl selenol; Straight or branched C 1 ~ C 20 alkyl selenol; Straight or branched C 1 ~C 20 alkenyl selenol; And straight-chain or branched C 1 ~ C 20 alkynyl selenol; any one or more selected from the group consisting of;

상기 황 전구체는 황; 다이에틸다이타이오카바메이트; 다이메틸다이타이오카바메이트; C6~C8의 아릴티올; 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알킬티올; 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알케닐티올; 및 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알카이닐티올;로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 1종 이상인 것을 특징으로 한다.The sulfur precursor is sulfur; diethyldithiocarbamate; dimethyldithiocarbamate; C 6 ~ C 8 Arylthiol; straight-chain or branched-chain C 1 ~C 20 alkylthiol; Straight or branched C 1 ~C 20 alkenylthiol; and linear or branched C 1 ~ C 20 alkynylthiol; characterized in that any one or more selected from the group consisting of.

상기 1) 및 2) 단계에서, 초음파 강도는 2 내지 200 kHz이며, 초음파 조사시간은 1분 내지 12시간인 것을 특징으로 한다.In the steps 1) and 2), the ultrasonic intensity is 2 to 200 kHz, and the ultrasonic irradiation time is 1 minute to 12 hours.

상기 3) 단계에서, 양자점을 알콜계 용액 또는 탄화수소계 용액으로 세척한 후 탄화수소계 용액에 분산시키는 것을 특징으로 한다.In step 3), the quantum dots are washed with an alcohol-based solution or a hydrocarbon-based solution and then dispersed in the hydrocarbon-based solution.

또한, 본 발명은 상기 3) 단계 이후, 4) 상기 3) 단계 용액을 원심분리한 후 양자점을 수득하는 단계; 5) 상기 수득한 양자점을 유기용매에 재분산하는 단계; 6) 친수성 리간드를 첨가 및 교반하여 양자점 표면 리간드를 치환하는 단계; 7) 상기 6) 단계의 용액을 원심분리한 후 양자점을 수득하는 단계; 및 8) 상기 7) 단계에서 수득한 양자점을 세척한 후 증류수에 분산하여 수용액화는 단계;를 추가로 더 포함한다.In addition, the present invention, after step 3), 4) obtaining quantum dots after centrifuging the solution of step 3); 5) redispersing the obtained quantum dots in an organic solvent; 6) replacing the quantum dot surface ligand by adding and stirring a hydrophilic ligand; 7) obtaining quantum dots after centrifuging the solution of step 6); and 8) washing the quantum dots obtained in step 7) and then dispersing them in distilled water to form an aqueous solution.

또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 양자점을 제공한다.In addition, the present invention provides a quantum dot prepared by the above manufacturing method.

본 발명에 따른 양자점 제조방법은 종래의 용액공정 합성법과 달리 고온의 반응온도 조절이 필요하지 않고, 단시간 균일한 초음파를 조사하여 양자점을 합성함으로써 짧은 시간 내에 보다 경제적으로 안정적인 코어-쉘 형태의 양자점을 제조할 수 있다.Unlike the conventional solution process synthesis method, the quantum dot manufacturing method according to the present invention does not require high-temperature reaction temperature control, and synthesizes quantum dots by irradiating uniform ultrasonic waves for a short time, thereby producing more economically stable core-shell quantum dots in a short time. can be manufactured

또한, 초음파의 세기 및 조사시간에 따라 양자점 코어형성온도 및 코어의 크기를 조절함에 따라 녹색부터 적색의 넓은 범위에서 양자점 제조가 가능하다.In addition, it is possible to manufacture quantum dots in a wide range from green to red by adjusting the size of the core and the temperature for forming the core of the quantum dots according to the intensity and irradiation time of the ultrasonic waves.

또한, 양자점의 표면처리를 통해 유기 캡핑리간드를 친수성 캡핑리간드로 치환함에 따라 유기용매가 아닌 수용액에 분산이 가능하며, 이로써 화장품, 진단키트 등 바이오산업에 응용 가능하다.In addition, as organic capping ligands are replaced with hydrophilic capping ligands through surface treatment of quantum dots, they can be dispersed in aqueous solutions instead of organic solvents, and thus can be applied to bio industries such as cosmetics and diagnostic kits.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점의 물분산 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점의 InP 코어의 XRD 측정 결과이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) Green 양자점, (b) Red 양자점의 XPS 스펙트럼이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) Green 양자점, (b) Red 양자점의 PL 스펙트럼이다.
1 is a schematic diagram of water dispersion of quantum dots according to an embodiment of the present invention.
2 is an XRD measurement result of an InP core of a quantum dot according to an embodiment of the present invention.
3 is an XPS spectrum of (a) green quantum dots and (b) red quantum dots according to an embodiment of the present invention.
4 is a PL spectrum of (a) green quantum dots and (b) red quantum dots according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예 및 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 실시예 및 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The embodiments and drawings introduced below are provided as examples to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention may be embodied in other forms without being limited to the embodiments and drawings presented below. At this time, unless there is another definition in the technical terms and scientific terms used, they have meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily obscure are omitted.

본 발명은 초음파 조사법을 이용한 양자점 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing quantum dots using an ultrasonic irradiation method.

본 발명은 기존에 공개된 용액공정의 양자점 합성법과 달리 200℃ 내지 320℃에 달하는 고온의 반응온도의 조절 없이 균일한 초음파를 단시간 조사하여 양자점을 합성하는 방법에 관한 것으로, 양자점의 합성시간이 단축되고, 안정적인 코어-쉘 형태의 양자점 제조가 가능하다. 또한, 초음파 세기에 따라 양자점 코어의 형성온도가 결정되고, 초음파 조사시간에 따라 코어의 크기를 조절할 수 있어 녹색부터 적색까지 다양한 범위의 양자점 합성이 가능하다.The present invention relates to a method for synthesizing quantum dots by irradiating uniform ultrasonic waves for a short time without adjusting the high-temperature reaction temperature reaching 200 ° C to 320 ° C, unlike the previously disclosed solution process quantum dot synthesis method, which shortens the synthesis time of quantum dots. And, it is possible to manufacture quantum dots in a stable core-shell form. In addition, since the formation temperature of the quantum dot core is determined according to the ultrasonic intensity, and the size of the core can be adjusted according to the ultrasonic irradiation time, it is possible to synthesize quantum dots in a wide range from green to red.

또한, 본 발명은 양자점 입자의 표면처리법을 제공한다. 이는 양자점의 유기 캡핑리간드를 친수성 캡핑리간드로 치환함으로써 유기용매가 아닌 증류수 등의 친수성 용매에 양자점을 분산할 수 있으며, 이로써 화장품, 진단키트 등의 바이오산업에 폭넓게 응용 가능하다.In addition, the present invention provides a surface treatment method for quantum dot particles. By substituting the organic capping ligand of the quantum dots with a hydrophilic capping ligand, the quantum dots can be dispersed in a hydrophilic solvent such as distilled water rather than an organic solvent, and thus can be widely applied to the bioindustry such as cosmetics and diagnostic kits.

본 발명에 따른 양자점의 제조방법은 1) 인듐(In) 전구체, 인(P) 전구체 및 용매를 혼합한 후 초음파를 조사하여 InP 조성을 갖는 양자점 코어를 제조하는 단계; 2) 상기 1) 단계의 용액에 아연(Zn) 전구체, 셀레늄(Se) 전구체 및 황(S) 전구체를 첨가한 후 초음파를 조사하여 InP/ZnSeS 조성을 갖는 코어-쉘 구조의 양자점을 제조하는 단계; 및 3) 상기 2) 단계의 양자점을 세척 및 분산하는 단계;를 포함한다.A method for producing a quantum dot according to the present invention includes: 1) preparing a quantum dot core having an InP composition by mixing an indium (In) precursor, a phosphorus (P) precursor, and a solvent and then irradiating ultrasonic waves; 2) adding a zinc (Zn) precursor, a selenium (Se) precursor, and a sulfur (S) precursor to the solution of step 1) and then irradiating ultrasonic waves to prepare a core-shell structured quantum dot having an InP/ZnSeS composition; and 3) washing and dispersing the quantum dots of step 2).

상기 인듐 전구체는 인듐을 금속이온으로 포함하는 질산염, 탄산염, 염화염, 인산염, 붕산염, 산화염, 술폰산염, 황산염, 스테아린산염, 미리스틴산염, 초산염 및 운데실레닉염으로 이루어진 군에서 선택되는 금속염일 수 있다. 일 예로, 인듐 니트레이트(Indium nitrate), 인듐 클로라이드(Indium chloride) 또는 인듐 아세테이트(Indium acetate)일 수 있으며, 바람직하게는 인듐 아세테이트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 인듐 클로라이드의 경우 염소 발생에 의해 장비가 부식될 수 있다. 한편, 인듐 아세테이트는 인듐 니트레이트에 비해 원료값이 더 저렴하고, 인듐 아세테이트는 반응용액 내에서 Acetate(oAc-) + H+ → acetic acid 반응으로 인해 아세트산이 형성되며 약간의 산성을 띄어 코어 성장시 코어의 표면(surface)을 깎으며 발광강도에 영향을 줄 수 있다.The indium precursor may be a metal salt selected from the group consisting of nitrates, carbonates, chlorides, phosphates, borates, oxides, sulfonates, sulfates, stearates, myristates, acetates, and undecylenic salts containing indium as a metal ion. have. For example, it may be indium nitrate, indium chloride, or indium acetate, preferably indium acetate, but is not limited thereto. In the case of indium chloride, equipment may be corroded by chlorine generation. On the other hand, indium acetate has a lower raw material cost than indium nitrate, and indium acetate forms acetic acid due to the reaction of Acetate(oAc - ) + H + → acetic acid in the reaction solution and is slightly acidic, which makes it difficult to grow cores. It can affect the luminous intensity by cutting the surface of the core.

상기 인 전구체는 트리스(트리메틸실릴)포스핀(Tris (trimethylsilyl) phosphine; (TMS)3P), 트리페닐포스페이트(Triphenyl phosphate), 트리옥틸포스핀(Trioctylphosphine), 트리페닐포스핀(Triphenylphosphine; TPP) 또는 트리에틸포스핀(Triethyl phosphite; TEP)으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 트리스(트리메틸실릴)포스핀일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. TPP는 끊기 어려운 P-C 결합을 가져 InP 코어 형성이 어려운 반면, (TMS)3P의 경우 인듐과의 반응성이 가장 좋으며, 떨어지기 쉬운 실릴(Silyl)기를 가지고 있기 때문에 단시간 초음파 조사시 InP 코어의 성장을 진행하기에 가장 유리한 원료로 판단된다.The phosphorus precursor is tris (trimethylsilyl) phosphine; (TMS) 3 P), triphenyl phosphate, trioctylphosphine, triphenylphosphine (TPP) Or it may be selected from the group consisting of triethyl phosphite (TEP), preferably tris (trimethylsilyl) phosphine, but is not limited thereto. TPP has a PC bond that is difficult to break, making it difficult to form an InP core, whereas (TMS) 3P has the best reactivity with indium and has a silyl group that is easy to fall off, so it prevents the growth of an InP core when irradiated with ultrasonic waves for a short time. It is judged to be the most favorable raw material to proceed.

하기 표 1은 InP 코어 형성을 위한 초음파 조사 조건을 나타낸 것이다. 하기 표 1에서 볼 수 있듯이, (TMS)3P가 가장 단시간에 합성되는 것을 알 수 있다.Table 1 below shows ultrasonic irradiation conditions for InP core formation. As can be seen in Table 1 below, it can be seen that (TMS) 3 P is synthesized in the shortest time.

초음파 출력ultrasonic output 합성 시간synthesis time Triphenylphosphine (TPP)Triphenylphosphine (TPP) 50% 이상more than 50% 30~60min30~60min Triethyl phosphite (TEP)Triethyl phosphite (TEP) 50% 이상more than 50% 30~60min30~60min Tris(trimethylsilyl) phosphine ((TMS)3P)Tris(trimethylsilyl)phosphine ((TMS) 3 P) 30% 이상30% or more ≤5min≤5min

상기 용매는 에테르계, 탄화수소계, 알콜계 또는 아민계일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 금속염을 용해할 수 있는 용매를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.The solvent may be ether-based, hydrocarbon-based, alcohol-based, or amine-based, but is not limited thereto, and a solvent capable of dissolving the metal salt may be appropriately selected and used.

상기 에테르계 용매는 일 예로, 옥틸에테르, 부틸에테르, 헥실에테르, 벤질에테르, 페닐에테르 또는 데실에테르일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 용액들은 고비점 용매로써 초음파 조사시 짧은 시간에 반응온도를 높게 올리고, 또한 고온 상태를 유지하게 해주는 장점이 있다.The ether-based solvent may be, for example, octyl ether, butyl ether, hexyl ether, benzyl ether, phenyl ether or decyl ether, but is not limited thereto. The solutions are high-boiling solvents and have the advantage of increasing the reaction temperature in a short time and maintaining a high temperature during ultrasonic irradiation.

상기 탄화수소계 용매는 헥산, 톨루엔, 크실렌, 클로로벤조익산, 벤젠, 헥사데신, 테트라데신 또는 옥타데신일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 용액들은 고비점 용매로써 짧은 시간에 반응온도를 높게 올리고, 또한 고온 상태를 유지하게 해주는 장점이 있다.The hydrocarbon-based solvent may be hexane, toluene, xylene, chlorobenzoic acid, benzene, hexadecyne, tetradecyne, or octadecine, but is not limited thereto. The above solutions have the advantage of raising the reaction temperature high in a short time as a high boiling point solvent and maintaining a high temperature state.

상기 알콜계 용매는 옥틸알콜, 데카놀, 헥사데카놀, 에틸렌글리콜, 1,2-옥테인디올, 1,2-도데케인디올 또는 1,2-헥사데케인디올일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 용액들은 긴 알킬체인의 말단에 하이드록시기를 가지고 있어 형성된 양자점을 안정화시키는 장점이 있다.The alcoholic solvent may be octyl alcohol, decanol, hexadecanol, ethylene glycol, 1,2-octanediol, 1,2-dodecanediol or 1,2-hexadecanediol, but is not limited thereto not. These solutions have the advantage of stabilizing the formed quantum dots because they have a hydroxyl group at the end of a long alkyl chain.

상기 아민계 용매는 도데실아민, 헥사데실아민, 옥틸아민, 트리옥틸아민, 디메틸옥틸아민 또는 디메틸도데실아민일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 용액들은 긴 알킬체인의 말단에 아민기를 가지고 있어 형성된 양자점을 안정화시키는 장점이 있다.The amine-based solvent may be dodecylamine, hexadecylamine, octylamine, trioctylamine, dimethyloctylamine, or dimethyldodecylamine, but is not limited thereto. The above solutions have an amine group at the end of a long alkyl chain, and thus have the advantage of stabilizing the formed quantum dots.

상기 아연 전구체는 아연 아세테이트; 아연 운데실레네이트; 아연 스테아레이트; 아연 아세틸아세토네이트; 아연 나이트레이트; 아연 아세테이트; 및 아연 클로라이드;로 이루어진 군에서 선택되는 어느 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에서 InP 코어 입자 표면에서 아연의 반응성(반응속도)을 향상시키기 위해 아연 전구체는 유기산과 함께 용매에 용해시켜 아연 전구체 용액의 형태로 사용할 수 있다. 상기 유기산은 올레산(Oleic acid), 미리스트산(Mystric acid) 또는 팔미트산(Palmitic acid)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 유기산은 아연 복합체(Zn complex)를 Zn2 +로 용해시켜주는 역할과 InP/ZnSeS 코어-쉘 입자 표면에서 캡핑리간드의 역할로 작용한다.The zinc precursor is zinc acetate; zinc undecylenate; zinc stearate; zinc acetylacetonate; zinc nitrate; zinc acetate; And zinc chloride; may be any one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto. In addition, in the present invention, in order to improve the reactivity (reaction rate) of zinc on the surface of the InP core particle, the zinc precursor may be dissolved in a solvent together with an organic acid and used in the form of a zinc precursor solution. The organic acid may be oleic acid, myristic acid or palmitic acid, but is not limited thereto. The organic acid acts as a role of dissolving the Zn complex into Zn 2+ and as a capping ligand on the surface of InP/ZnSeS core-shell particles.

상기 셀레늄 전구체는 셀레늄; C6~C8의 아릴셀레놀; 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알킬셀레놀; 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알케닐셀레놀; 및 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알카이닐셀레놀;로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The selenium precursor is selenium; C 6 ~ C 8 aryl selenol; Straight or branched C 1 ~ C 20 alkyl selenol; Straight or branched C 1 ~C 20 alkenyl selenol; And linear or branched C 1 ~ C 20 alkynyl selenol; may be any one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

상기 황 전구체는 황; 다이에틸다이타이오카바메이트; 다이메틸다이타이오카바메이트; C6~C8의 아릴티올; 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알킬티올; 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알케닐티올; 및 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알카이닐티올;로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The sulfur precursor is sulfur; diethyldithiocarbamate; dimethyldithiocarbamate; C 6 ~ C 8 Arylthiol; straight-chain or branched-chain C 1 ~C 20 alkylthiol; Straight or branched C 1 ~C 20 alkenylthiol; And linear or branched C 1 ~ C 20 alkynylthiol; may be any one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

본 발명에서는 초음파 조사법을 통해 양자점을 제조하는데, 초음파를 조사하면 용액 내부에서 초음파로 인해 미세 공동(cavitation)이 생성되었다가 파괴되는 과정에서 에너지가 전달되어 반응상 촉매 효과가 있다.In the present invention, quantum dots are manufactured through ultrasonic irradiation. When ultrasonic waves are irradiated, energy is transferred in the process of generating and destroying microcavities inside the solution due to ultrasonic waves, and thus has a catalytic effect on the reaction.

본 발명에서 초음파의 강도는 2 내지 200 kHz일 수 있다. 바람직하게는, 상기 1) 단계의 초음파 조사 세기는 20 kHz일 수 있다. 20 kHz 미만의 세기일 경우 양자점 코어의 성장이 진행되지 않으며, 20 kHz 초과시 너무 초강도 초음파에 의해 양자점 코어가 성장하지 않고 분해되어 양자점 합성이 불가능하다.In the present invention, the intensity of ultrasound may be 2 to 200 kHz. Preferably, the ultrasonic irradiation intensity in step 1) may be 20 kHz. When the intensity is less than 20 kHz, the quantum dot core does not grow, and when the intensity exceeds 20 kHz, the quantum dot core does not grow and is decomposed by super-intense ultrasound, making it impossible to synthesize the quantum dot.

또한, 바람직하게는, 상기 2) 단계의 초음파 조사 세기는 12 kHz일 수 있다. 12 kHz 미만의 세기일 경우 양자점 코어 표면에 아연 쉘 형성반응이 일어나지 않는 반응온도이며, 12 kHz 초과시 양자점 코어 표면에 아연 쉘이 형성되지 않고 코어가 분해될 수 있다.Also, preferably, the ultrasonic irradiation intensity in step 2) may be 12 kHz. When the intensity is less than 12 kHz, it is a reaction temperature at which the zinc shell formation reaction does not occur on the surface of the quantum dot core, and when the intensity exceeds 12 kHz, the zinc shell is not formed on the surface of the quantum dot core and the core may be decomposed.

또한, 본 발명에서 초음파 조사시간은 1분 내지 12시간일 수 있다. 바람직하게는, 상기 1) 단계의 초음파 조사시간은 10 내지 20분일 수 있으며, 상기 범위 내의 반응시간에서 520 nm 내지 650 nm의 발광파장을 갖는 양자점의 코어 합성이 가능하다. 상기 반응시간보다 적게 반응시킬 경우 코어가 성장하지 않으며, 상기 반응시간보다 과하게 반응시킬 경우 양자점 코어 성장이 너무 진행되어 적색 양자점 합성이 불가능하고 발광효율이 저하될 수 있다.In addition, the ultrasonic irradiation time in the present invention may be 1 minute to 12 hours. Preferably, the ultrasonic irradiation time of step 1) may be 10 to 20 minutes, and core synthesis of quantum dots having emission wavelengths of 520 nm to 650 nm is possible with a reaction time within the above range. If the reaction time is shorter than the reaction time, the core does not grow, and if the reaction time exceeds the reaction time, the quantum dot core growth progresses too much, making it impossible to synthesize the red quantum dots and reducing the luminous efficiency.

또한, 바람직하게는, 상기 2) 단계의 초음파 조사시간은 30분일 수 있다. 30분 미만으로 반응시킬 경우 쉘 형성이 이루어지기는 하나 쉘의 두께가 얇고, 이로 인해 발광효율이 저하되며, 코어 표면에 안정적인 격자구조로 쉘이 형성되지 않는다.Also, preferably, the ultrasonic irradiation time in step 2) may be 30 minutes. When reacting for less than 30 minutes, a shell is formed, but the thickness of the shell is thin, which lowers the luminous efficiency, and the shell is not formed with a stable lattice structure on the surface of the core.

상기 3) 단계에서는 상기 2) 단계의 양자점을 세척 및 분산한다.In step 3), the quantum dots of step 2) are washed and dispersed.

상기 3) 단계의 세척은 양자점을 금속 전구체 용액으로부터 불필요한 물질들을 제거 및 분리하기 위해 수행된다.The washing in step 3) is performed to remove and separate the quantum dots from the metal precursor solution.

상기 세척은 알콜계 용액 및/또는 탄화수소계 용액으로 이루어질 수 있으며, 2 내지 10회 정도 수행하는 것이 양자점의 순도 향상면에서 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.The washing may be performed with an alcohol-based solution and/or a hydrocarbon-based solution, and it is preferable to perform the washing 2 to 10 times in terms of improving the purity of the quantum dots, but is not limited thereto.

상기 알콜계 용매로는 에탄올, 메탄올, 옥틸알콜 등을 예로 들 수 있으며, 상기 용액들은 극성 용매로서 무극성 용매에 분산되어 있는 양자점의 침전을 유도하여 제조된 양자점의 분리를 쉽게 할 수 있다는 장점이 있다.Examples of the alcohol-based solvent include ethanol, methanol, and octyl alcohol, and the solutions are polar solvents, which induce precipitation of quantum dots dispersed in a non-polar solvent to facilitate separation of the produced quantum dots. .

상기 탄화수소계 용매로는 헥산, 톨루엔, 클로로포름 등을 예로 들 수 있으며, 상기 용액들은 무극성 용매로서 알킬체인에 의하여 안정화된 양자점을 균일하게 분산시킬 수 있다는 장점이 있다.Examples of the hydrocarbon-based solvent include hexane, toluene, chloroform, and the like, and the solutions are non-polar solvents and have the advantage of uniformly dispersing quantum dots stabilized by an alkyl chain.

다음으로, 세척된 양자점들이 침전된 후 상층액을 제거하여 양자점을 분리한다. 상기 상층액을 제거하는 방법은 원심분리법인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 원심분리법을 사용하면 원심력과 비중의 차이를 이용하여 반응기 내의 용매와 섞여있는 용해되지 않은 양자점을 분리할 수 있다.Next, after the washed quantum dots are precipitated, the supernatant is removed to separate the quantum dots. The method for removing the supernatant is preferably centrifugal separation, but is not limited thereto. When centrifugal separation is used, undissolved quantum dots mixed with the solvent in the reactor can be separated using centrifugal force and difference in specific gravity.

상기 3) 단계의 분산은 분리된 양자점을 용매에 분산시켜 이를 수득하기 위해 수행된다. 상기 분산은 헥산, 톨루엔 또는 클로로포름 등의 탄화수소계 용액에 분산시켜 양자점의 안정성을 확보할 수 있다.The dispersion in step 3) is performed to obtain the separated quantum dots by dispersing them in a solvent. The dispersion may secure stability of the quantum dots by dispersing in a hydrocarbon-based solution such as hexane, toluene, or chloroform.

또한, 본 발명은 양자점 표면의 유기 캡핑리간드를 친수성 캡핑리간드로 치환하는 양자점의 표면처리 단계를 추가로 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention may further include a surface treatment step of the quantum dots in which organic capping ligands on the surface of the quantum dots are replaced with hydrophilic capping ligands.

일반적으로 균일한 크기에 안정성이 높은 반도체 나노입자들은 표면이 소수성을 띄기 때문에 수용액에서는 사용할 수 없는 단점을 지닌다. 그러나 나노입자를 생체재료나 바이오분야에 응용하기 위해서는 이러한 단점을 극복하기 위해 친수성으로 입자의 표면을 처리해야 한다.In general, uniform size semiconductor nanoparticles with high stability have a disadvantage that they cannot be used in aqueous solutions because their surfaces are hydrophobic. However, in order to apply nanoparticles to biomaterials or biofields, the surface of the particles must be treated with a hydrophilic property to overcome these disadvantages.

보다 자세히 설명하면, 상기 3) 단계 이후, 4) 상기 3) 단계 용액을 원심분리한 후 양자점을 수득하는 단계; 5) 상기 수득한 양자점을 유기용매에 재분산하는 단계; 6) 친수성 리간드를 첨가 및 교반하여 양자점 표면 리간드를 치환하는 단계; 7) 상기 6) 단계의 용액을 원심분리한 후 양자점을 수득하는 단계; 및 8) 상기 7) 단계에서 수득한 양자점을 세척한 후 증류수에 분산하여 수용액화는 단계;를 추가로 더 포함한다.In more detail, after step 3), 4) obtaining quantum dots after centrifuging the solution in step 3); 5) redispersing the obtained quantum dots in an organic solvent; 6) replacing the quantum dot surface ligand by adding and stirring a hydrophilic ligand; 7) obtaining quantum dots after centrifuging the solution of step 6); and 8) washing the quantum dots obtained in step 7) and then dispersing them in distilled water to form an aqueous solution.

상기 친수성 리간드는 하이드록시기, 카르복실기, 아미노기, 멜캅토기 등을 포함하는 유기 리간드일 수 있으며, 바람직하게는 멜캅토기 및 카르복실기를 포함하는 멜캅토산, 더 바람직하게는 C2~C8의 멜캅토산일 수 있다. 일 예로, 3-메르캅토프로피온산(mercaptopropionic acid; MPA), 메르캅토아세트산(mercaptoacetic acid; MAA) 또는 메르캅토석신산(mercaptosuccinic acid; MSA)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 친수성 리간드는 쉘의 표면에 화학적 또는 물리적으로 결합할 수 있다.The hydrophilic ligand may be an organic ligand including a hydroxy group, a carboxyl group, an amino group, a mercapto group, etc., preferably a mercapto acid containing a mercapto group and a carboxyl group, more preferably a C 2 ~ C 8 mercaptosanyl. can For example, it may be any one selected from the group consisting of 3-mercaptopropionic acid (MPA), mercaptoacetic acid (MAA), or mercaptosuccinic acid (MSA), but is not limited thereto. The hydrophilic ligand may be chemically or physically bonded to the surface of the shell.

또한, 다른 측면에서 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 양자점을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a quantum dot prepared by the above manufacturing method.

이하, 실시예를 통해 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. 또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only one reference for explaining the present invention in detail, but the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms. Also, unless defined otherwise, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description herein is merely to effectively describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention.

실시예 1. 초음파 조사법을 이용한 Green 양자점 합성Example 1. Green quantum dot synthesis using ultrasonic irradiation

Indium acetate (In(oAc)3) 0.0876 g 및 Myristic acid (MA) 0.2055 g을 1-Octadecene (ODE) 5 ml에 용해시킨다. Tris(trimethylsilily) phosphine ((TMS)3P) 88 μl를 첨가하고 초음파 세기 20 kHz로 10분간 조사한다. Zinc 전구체 용액 5 ml와 Trioctylphosphine (TOP)에 용해시킨 Selenium (TOPSe)과 Sulfur (TOPS)를 0.03 ml씩 첨가하고 12 kHz로 30분간 초음파를 조사한다. 입자의 안정성 향상을 위해 3-necked flask에 옮겨 320℃에서 20분간 유지하고 반응을 완료한다.0.0876 g of Indium acetate (In(oAc) 3 ) and 0.2055 g of Myristic acid (MA) are dissolved in 5 ml of 1-Octadecene (ODE). Add 88 μl of Tris(trimethylsilily)phosphine ((TMS) 3 P) and irradiate for 10 minutes at an ultrasonic intensity of 20 kHz. After adding 0.03 ml each of Selenium (TOPSe) and Sulfur (TOPS) dissolved in 5 ml of Zinc precursor solution and Trioctylphosphine (TOP), ultrasonic waves were irradiated at 12 kHz for 30 minutes. To improve the stability of the particles, transfer to a 3-necked flask and maintain at 320 ° C for 20 minutes to complete the reaction.

실시예 2. 초음파 조사법을 이용한 Red 양자점 합성Example 2. Red quantum dot synthesis using ultrasonic irradiation

상기 실시예 1과 동일하게 Indium acetate (In(oAc)3)와 Myristic acid (MA)를 1-Octadecene (ODE)에 용해시킨 후 Zn (Zinc) 전구체와 (TMS)3P를 첨가한다. 초음파 세기 20 kHz로 20분간 조사하여 InP 코어를 상기 실시예 1보다 크게 성장시킨다. Zinc 전구체 용액 5 ml와 Trioctylphosphine (TOP)에 용해시킨 Selenium (TOPSe)과 Sulfur (TOPS)를 0.03 ml씩 첨가하고 12 kHz로 30분간 초음파를 조사한다. 입자의 안정성 향상을 위해 3-necked flask에 옮겨 320℃에서 20분간 유지하고 반응을 완료한다.In the same manner as in Example 1, Indium acetate (In(oAc) 3 ) and Myristic acid (MA) were dissolved in 1-Octadecene (ODE), and then Zn (Zinc) precursor and (TMS) 3 P were added. Irradiated at an ultrasonic intensity of 20 kHz for 20 minutes to grow an InP core larger than that of Example 1. After adding 0.03 ml each of Selenium (TOPSe) and Sulfur (TOPS) dissolved in 5 ml of Zinc precursor solution and Trioctylphosphine (TOP), ultrasonic waves were irradiated at 12 kHz for 30 minutes. To improve the stability of the particles, transfer to a 3-necked flask and maintain at 320 ° C for 20 minutes to complete the reaction.

실시예 3. 초음파 조사법을 이용한 양자점의 Surface modificationExample 3. Surface modification of quantum dots using ultrasonic irradiation

도 1은 상기 실시예 1 및 실시예 2에 의해 합성된 양자점을 물분산시키기 위해 친수성으로 표면개질하기 위한 모식도를 나타낸다. 먼저, 상기 실시예 1 및 실시예 2의 양자점 용액과 아세톤을 1:3 비율로 혼합하여 원심분리하고 상층액은 폐기한다. 수득한 양자점을 클로로포름에 재분산한다. 메탄올 10 ml에 3-mercaptopropionic acid (3-MPA) 200 μl를 첨가하고, 1M KOH을 이용하여 pH를 13으로 적정하여 3-MPA 용액을 제조한다. 제조된 3-MPA 용액을 양자점이 분산된 클로로포름 용액에 첨가하고 1시간 교반시킨다. 양자점을 원심분리하여 클로로포름과 3-MPA가 잔류하는 상층액을 폐기하고 수득한 양자점을 메탄올 또는 에탄올로 2회 이상 세척한 뒤 증류수에 분산시킨다.1 shows a schematic diagram for surface modification of the quantum dots synthesized in Examples 1 and 2 to be hydrophilic for water dispersion. First, the quantum dot solutions of Examples 1 and 2 and acetone were mixed in a ratio of 1:3, centrifuged, and the supernatant was discarded. The obtained quantum dots are redispersed in chloroform. 200 μl of 3-mercaptopropionic acid (3-MPA) was added to 10 ml of methanol, and the pH was titrated to 13 using 1M KOH to prepare a 3-MPA solution. The prepared 3-MPA solution was added to the chloroform solution in which the quantum dots were dispersed and stirred for 1 hour. The quantum dots are centrifuged, the supernatant containing chloroform and 3-MPA is discarded, and the obtained quantum dots are washed twice or more with methanol or ethanol and then dispersed in distilled water.

실험예 1. InP 코어의 XRD 측정Experimental Example 1. XRD measurement of InP core

본 발명에 따라 합성한 InP 코어입자의 결정상을 분석하기 위하여 본 발명의 초음파 조사법에 의해 제조된 InP 코어입자만의 X-선 회절 분석을 실시하였다. Rigaku사의 D/MAX2200V/PC으로 분석하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.In order to analyze the crystal phase of the InP core particles synthesized according to the present invention, X-ray diffraction analysis of only the InP core particles prepared by the ultrasonic irradiation method of the present invention was performed. It was analyzed by Rigaku's D/MAX2200V/PC, and the results are shown in FIG. 2.

도 2에 나타낸 바와 같이, InP 코어입자의 XRD 피크를 확인해보면 InP 결정상의 피크(JCPDF#01-070-2902)를 가지는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 초음파 조사법에 의해 InP 코어가 합성되었다는 것을 확인하였다.As shown in FIG. 2, when confirming the XRD peak of the InP core particle, it can be confirmed that it has a peak of the InP crystal phase (JCPDF#01-070-2902). Through this, it was confirmed that the InP core was synthesized by the ultrasonic irradiation method of the present invention.

실험예 2. InP/ZnSeS 코어-쉘 입자의 ICP-AES 측정Experimental Example 2. ICP-AES measurement of InP/ZnSeS core-shell particles

본 발명에 따라 합성한 InP/ZnSeS 코어-쉘 입자의 무기원소함량을 분석하기 위하여 상기 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 InP/ZnSeS 코어-쉘 입자의 ICP-AES 분석을 하였다. Thermo Scientific사의 iCAP 7400 duo를 통해 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.In order to analyze the inorganic element content of the InP/ZnSeS core-shell particles synthesized according to the present invention, the InP/ZnSeS core-shell particles prepared in Examples 1 and 2 were subjected to ICP-AES analysis. Analysis was performed using Thermo Scientific's iCAP 7400 duo, and the results are shown in Table 2 below.

Zn (mg/kg)Zn (mg/kg) P (mg/kg)P (mg/kg) In (mg/kg)In (mg/kg) 실시예 1Example 1 649649 988988 19201920 실시예 2Example 2 938938 610610 72807280

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 1 및 실시예 2에서 In, Zn, P를 가지는 InP/ZnSeS 양자점이 합성된 것을 확인할 수 있다. 실시예 2의 경우 실시예 1보다 초음파 조사를 통한 코어형성시간이 길어 코어 크기가 증가하여 In의 양이 더 많이 측정된 것으로 판단된다. 이를 통해 초음파 조사시간에 따른 코어의 크기 조절이 가능한 것을 예상할 수 있다.As shown in Table 2, it can be confirmed that InP/ZnSeS quantum dots having In, Zn, and P were synthesized in Examples 1 and 2. In the case of Example 2, it is determined that the amount of In was measured more because the core size increased because the core formation time through ultrasonic irradiation was longer than that of Example 1. Through this, it can be expected that the size of the core can be adjusted according to the ultrasonic irradiation time.

실험예 3. InP/ZnSeS 코어-쉘 입자의 XPS 측정Experimental Example 3. XPS measurement of InP/ZnSeS core-shell particles

본 발명에 따라 합성한 InP/ZnSeS 코어-쉘 입자의 원소분석을 위하여 상기 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 InP/ZnSeS 코어-쉘 입자의 X-선 광전자 분광 분석을 실시하였다. KRATOS사의 AXIS NOVA으로 분석하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.For elemental analysis of the InP/ZnSeS core-shell particles synthesized according to the present invention, X-ray photoelectron spectroscopy was performed on the InP/ZnSeS core-shell particles prepared in Examples 1 and 2 above. The analysis was performed with KRATOS' AXIS NOVA, and the results are shown in FIG. 3 .

도 3a는 상기 실시예 1에 의해 합성한 InP/ZnSeS 코어-쉘 입자의 XPS 스펙트럼이며, 도 3b는 상기 실시예 2에 의해 합성한 InP/ZnSeS 코어-쉘 입자의 XPS 스펙트럼이다. 각 XPS 피크를 확인해보면 In, Zn, P, Se의 원소를 가지는 입자라는 것을 확인할 수 있다. 한편, S는 P 피크와 중첩되어 관찰이 어렵다. 이를 통해, 상기 실시예 1 및 실시예 2에서 InP 코어 표면에 ZnSeS 쉘이 형성된 입자가 안정적으로 합성되었다는 것을 확인하였다.3A is an XPS spectrum of InP/ZnSeS core-shell particles synthesized in Example 1, and FIG. 3B is an XPS spectrum of InP/ZnSeS core-shell particles synthesized in Example 2. By checking each XPS peak, it can be confirmed that the particles are particles having elements of In, Zn, P, and Se. On the other hand, S overlaps with the P peak and is difficult to observe. Through this, it was confirmed that the particles in which the ZnSeS shell was formed on the surface of the InP core in Example 1 and Example 2 were stably synthesized.

실험예 4. InP/ZnSeS 코어-쉘 입자의 PL 스펙트럼Experimental Example 4. PL spectrum of InP/ZnSeS core-shell particles

본 발명에 따라 합성한 InP/ZnSeS 코어-쉘 입자의 Photoluminescence을 분석하기 위하여 상기 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 InP/ZnSeS 코어-쉘 입자의 PL 스펙트럼을 측정하였다. PerkinElmer사의 LS50B Luminescence Spectrometer를 통해 분석하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.In order to analyze the photoluminescence of the InP/ZnSeS core-shell particles synthesized according to the present invention, the PL spectrum of the InP/ZnSeS core-shell particles prepared in Examples 1 and 2 was measured. Analysis was performed using PerkinElmer's LS50B Luminescence Spectrometer, and the results are shown in FIG. 4 .

도 4a에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 1에 의해 합성한 양자점은 최고파장 540 nm (FWHM=38)의 PL을 방출하는 것을 확인하였다. 또한 도 4b에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 2에 의해 합성한 양자점은 최고파장 638 nm (FWHM=45)의 PL을 방출하는 것을 확인하였다. 이를 통해, 본 발명의 초음파 조사에 의해서 제조된 양자점은 초음파 조사시간에 따라 코어의 크기 조절이 가능하며 녹색부터 적색까지 즉, 520 nm 내지 650 nm 범위 내에서 PL 방출이 가능함을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 4a, it was confirmed that the quantum dots synthesized in Example 1 emit PL with the highest wavelength of 540 nm (FWHM=38). In addition, as shown in FIG. 4b, it was confirmed that the quantum dots synthesized in Example 2 emitted PL with the highest wavelength of 638 nm (FWHM = 45). Through this, it can be confirmed that the size of the core of the quantum dots prepared by ultrasonic irradiation according to the present invention can be adjusted according to the ultrasonic irradiation time, and PL emission is possible from green to red, that is, within a range of 520 nm to 650 nm.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the present invention, and those skilled in the art will be able to make various modifications without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in this specification are intended to explain, not limit, the present invention, and the spirit and scope of the present invention are not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the following claims, and all technologies within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (12)

1) 인듐(In) 전구체, 인(P) 전구체 및 용매를 혼합한 후 초음파를 조사하여 InP 조성을 갖는 양자점 코어를 제조하는 단계;
2) 상기 1) 단계의 용액에 아연(Zn) 전구체, 셀레늄(Se) 전구체 및 황(S) 전구체를 첨가한 후 초음파를 조사하여 InP/ZnSeS 조성을 갖는 코어-쉘 구조의 양자점을 제조하는 단계; 및
3) 상기 2) 단계의 양자점을 세척 및 분산하는 단계;를 포함하는 초음파 조사법을 이용한 양자점 제조방법
1) preparing a quantum dot core having an InP composition by mixing an indium (In) precursor, a phosphorus (P) precursor, and a solvent and then irradiating ultrasonic waves;
2) adding a zinc (Zn) precursor, a selenium (Se) precursor, and a sulfur (S) precursor to the solution of step 1) and then irradiating ultrasonic waves to prepare a core-shell structured quantum dot having an InP/ZnSeS composition; and
3) washing and dispersing the quantum dots of step 2); quantum dot manufacturing method using ultrasonic irradiation including
제1항에 있어서, 상기 인듐 전구체는 인듐을 포함하는 질산염, 탄산염, 염화염, 인산염, 붕산염, 산화염, 술폰산염, 황산염, 스테아린산염, 미리스틴산염, 초산염 및 운데실레닉염으로 이루어진 군에서 선택되는 금속염인 것을 특징으로 하는 제조방법
The method of claim 1, wherein the indium precursor is selected from the group consisting of indium-containing nitrates, carbonates, chlorides, phosphates, borates, oxides, sulfonates, sulfates, stearates, myristates, acetates, and undecylenic salts. Manufacturing method characterized in that the metal salt
제1항에 있어서, 상기 인 전구체는 트리스(트리메틸실릴)포스핀(Tris (trimethylsilyl) phosphine), 트리페닐포스페이트(Triphenyl phosphate), 트리옥틸포스핀(Trioctylphosphine), 트리페닐포스핀(Triphenylphosphine) 및 트리에틸포스핀(Triethyl phosphite)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법
The method of claim 1, wherein the phosphorus precursor is tris (trimethylsilyl) phosphine (Tris (trimethylsilyl) phosphine), triphenyl phosphate (Triphenyl phosphate), trioctylphosphine (Trioctylphosphine), triphenylphosphine (Triphenylphosphine) and tri Manufacturing method characterized by being selected from the group consisting of ethyl phosphine (Triethyl phosphite)
제1항에 있어서, 상기 용매는 에테르계, 탄화수소계, 알콜계 또는 아민계인 것을 특징으로 하는 제조방법
The method of claim 1, wherein the solvent is ether-based, hydrocarbon-based, alcohol-based or amine-based.
제1항에 있어서, 상기 아연 전구체는 아연 아세테이트; 아연 운데실레네이트; 아연 스테아레이트; 아연 아세틸아세토네이트; 아연 나이트레이트; 아연 아세테이트; 및 아연 클로라이드;로 이루어진 군에서 선택되는 어느 1종 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법
The method of claim 1, wherein the zinc precursor is zinc acetate; zinc undecylenate; zinc stearate; zinc acetylacetonate; zinc nitrate; zinc acetate; And zinc chloride; manufacturing method characterized in that any one or more selected from the group consisting of
제1항에 있어서, 상기 셀레늄 전구체는 셀레늄; C6~C8의 아릴셀레놀; 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알킬셀레놀; 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알케닐셀레놀; 및 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알카이닐셀레놀;로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 1종 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법
According to claim 1, wherein the selenium precursor is selenium; C 6 ~ C 8 aryl selenol; Straight or branched C 1 ~ C 20 alkyl selenol; Straight or branched C 1 ~C 20 alkenyl selenol; And linear or branched chain C 1 ~ C 20 alkynyl selenol; manufacturing method characterized in that any one or more selected from the group consisting of
제1항에 있어서, 상기 황 전구체는 황; 다이에틸다이타이오카바메이트; 다이메틸다이타이오카바메이트; C6~C8의 아릴티올; 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알킬티올; 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알케닐티올; 및 직쇄 또는 분지쇄의 C1~C20의 알카이닐티올;로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 1종 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법
The method of claim 1, wherein the sulfur precursor is sulfur; diethyldithiocarbamate; dimethyldithiocarbamate; C 6 ~ C 8 Arylthiol; straight-chain or branched-chain C 1 ~C 20 alkylthiol; Straight or branched C 1 ~C 20 alkenylthiol; And linear or branched chain C 1 ~ C 20 alkynylthiol; manufacturing method characterized in that any one or more selected from the group consisting of
제1항에 있어서, 상기 1) 및 2) 단계에서, 초음파 강도는 2 내지 200 kHz인 것을 특징으로 하는 제조방법
The method of claim 1, wherein in steps 1) and 2), the ultrasonic intensity is 2 to 200 kHz.
제1항에 있어서, 상기 1) 및 2) 단계에서, 초음파 조사시간은 1분 내지 12시간인 것을 특징으로 하는 제조방법
The method according to claim 1, wherein in steps 1) and 2), the ultrasonic irradiation time is 1 minute to 12 hours.
제1항에 있어서, 상기 3) 단계에서, 양자점을 알콜계 용액 또는 탄화수소계 용액으로 세척한 후 탄화수소계 용액에 분산시키는 것을 특징으로 하는 제조방법
The method of claim 1, wherein in step 3), the quantum dots are washed with an alcohol-based solution or a hydrocarbon-based solution and then dispersed in the hydrocarbon-based solution.
제1항에 있어서, 상기 양자점은 520 nm- 650nm의 발광파장을 가지는 것을 특징으로 하는 제조방법
The method of claim 1, wherein the quantum dots have a light emission wavelength of 520 nm to 650 nm.
제1항에 있어서, 상기 3) 단계 이후,
4) 상기 3) 단계 용액을 원심분리한 후 양자점을 수득하는 단계;
5) 상기 수득한 양자점을 유기용매에 재분산하는 단계;
6) 친수성 리간드를 첨가 및 교반하여 양자점 표면 리간드를 치환하는 단계;
7) 상기 6) 단계의 용액을 원심분리한 후 양자점을 수득하는 단계; 및
8) 상기 7) 단계에서 수득한 양자점을 세척한 후 증류수에 분산하여 수용액화는 단계;를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법
The method of claim 1, after step 3),
4) obtaining quantum dots after centrifuging the solution of step 3);
5) redispersing the obtained quantum dots in an organic solvent;
6) replacing the quantum dot surface ligand by adding and stirring a hydrophilic ligand;
7) obtaining quantum dots after centrifuging the solution of step 6); and
8) washing the quantum dots obtained in step 7) and then dispersing them in distilled water to form an aqueous solution; manufacturing method characterized in that it further comprises
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102200111B1 (en) * 2019-07-26 2021-01-08 한양대학교 산학협력단 Organic light emitting display device comprising a quantum dot
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