TW202317465A

TW202317465A - 製備核殼量子點的裝置與方法

Info

Publication number: TW202317465A
Application number: TW110138801A
Authority: TW
Inventors: 林建文; 劉仕賢; 金志龍
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2021-10-20
Filing date: 2021-10-20
Publication date: 2023-05-01

Abstract

一種製備核殼量子點的裝置與方法。所述裝置包括核多段式進料部件、核反應部件、殼進料部件與殼反應部件。核多段式進料部件包括不同的反應物溶液的進料管線，且其中一種反應物溶液通過多個進料管線，以多段式進料的方式輸送至連續流道，使不同的反應物之間的莫耳比維持在預定比例，以確保核結構的形成品質。核反應部件耦接所述核多段式進料部件，用以使所述不同的反應物溶液在其中反應形成核結構。殼反應部件則耦接在核反應部件之後的所述連續流道，並接受所述殼進料部件供應的殼的反應物溶液與來自連續流道的核結構，以於核結構表面形成殼結構。

Description

製備核殼量子點的裝置與方法

本發明是有關於一種製備量子點的技術，且特別是有關於一種製備核殼（core-shell）量子點的裝置與方法。

核殼量子點是目前各界注目的發光材料之一，其中通過改變量子點的大小就可以改變材料的能隙，即可調整量子點所發出的光色，且量子點具有較窄的半高寬（Fullwidth at Half Maximum，FWHM），所以色純度也比其他發光材料優異。

然而，傳統製備核殼量子點的技術是採用批次製程，亦即在反應槽內一次進行固定產量的反應，導致反應溫度和反應物濃度有分佈不均的問題，尤其是放大產量容易導致製程不穩定，例如反應時間、反應物莫耳比等特性難以調控。再者，為了完成前述反應，往往需要較長的時間。此外，因為核殼量子點的製備過程需要避免濕氣或氧的影響，所以傳統批次製程較難達到需求的阻水阻氧環境。

本發明提供一種製備核殼量子點的裝置，能高效質傳與熱傳，以提升合成穩定性，並可縮短製備時間。

本發明另提供一種製備核殼量子點的方法，能通過多段進料窄化核殼量子點的半高寬，並可通過進料比調控放光波長。

本發明的一種製備核殼量子點的裝置包括核多段式進料部件、核反應部件、殼進料部件與殼反應部件。核多段式進料部件，包括第一反應物進料管線、N個第二反應物進料管線與(N+1)個第一預熱裝置。所述第一反應物進料管線用以輸送第一反應物溶液到一連續流道，所述N個第二反應物進料管線用以輸送第二反應物溶液至上述連續流道中的不同段，其中N是大於1的整數。所述(N+1)個第一預熱裝置經安裝以分別對第一與第二反應物進料管線進行預熱。核反應部件耦接所述核多段式進料部件，用以使第一與第二反應物溶液反應形成核結構，其中所述核反應部件包括N個第一混合器、N個第一微流道反應器與第一溫控裝置。所述N個第一混合器分別安裝於上述連續流道中的不同段，以連接各個第二反應物進料管線。所述N個第一微流道反應器分別設置於上述連續流道中的不同段，且各個第一微流道反應器的進料端分別連接各個第一混合器。所述第一溫控裝置經安裝以控制所述N個第一微流道反應器的反應溫度。所述殼進料部件耦接上述連續流道，所述殼進料部件包括第三反應物進料管線與第二預熱裝置，其中第三反應物進料管線用以輸送第三反應物溶液到所述核反應部件之後的連續流道，第二預熱裝置則經安裝以對第三反應物進料管線進行預熱。所述殼反應部件耦接所述殼進料部件，用以使第三反應物溶液在核結構表面反應形成殼結構。所述殼反應部件包括第二混合器、第二微流道反應器以及第二溫控裝置。所述第二混合器安裝於核反應部件之後的上述連續流道中並連接所述第三反應物進料管線。所述第二微流道反應器設置於核反應部件之後的上述連續流道中，且所述第二微流道反應器的進料端連接所述第二混合器。所述第二溫控裝置經安裝以控制所述第二微流道反應器的反應溫度。

本發明的一種使用如上所述的裝置製備核殼量子點的方法，包括經由上述第一反應物進料管線與上述N個第二反應物進料管線，將第一反應物溶液與第二反應物溶液輸送到上述N個第一微流道反應器中，以於第一微流道反應器中反應形成核結構，其中經由多段式輸送上述第二反應物溶液的方式，使第一反應物溶液與第二反應物溶液的莫耳比被控制在一預定比例。然後，經由上述第三反應物進料管線，將第三反應物溶液輸送到上述第二微流道反應器中，以於第二微流道反應器中，使殼結構形成在來自所述第一微流道反應器的所述核結構表面，以得到核殼量子點。

基於上述，本發明採用多段式進料搭配微流道反應器的裝置，可利用高效質傳與熱傳提升合成穩定性，並可縮短製備時間，以製備出具有窄半高寬的核殼量子點，並可通過進料比調控放光波長。因此，本發明的方法能依照需求製備出色純度高且發特定色光的核殼量子點。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

下文列舉實施例並配合所附圖式來進行詳細的說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。此外，所繪圖式中的部件尺寸是為了說明方便而繪製，並非代表其實際的尺寸比例。而且，雖然文中使用如「第一」、「第二」等來描述不同的部件及/或組成，但是這些部件及/或組成不應受限於這些用語。而是，這些用語僅用於區別一部件或組成與另一部件或組成。因此，以下所述的第一部件或組成可以被稱為第二部件或組成而不違背實施例的教示。

圖1是依照本發明的一實施例的一種製備核殼量子點的裝置的示意圖。

請參照圖1，本實施例的製備核殼量子點的裝置包括核多段式進料部件100、核反應部件102、殼進料部件104與殼反應部件106。核多段式進料部件100包括第一反應物進料管線108、N個第二反應物進料管線110 ₁與110 ₂、(N+1)個第一預熱裝置112 ₁、112 ₂、112 ₃，其中第一預熱裝置112 ₁、112 ₂、112 ₃例如加熱線圈等。須注意的是，本實施例是以兩個第二反應物進料管線110 ₁與110 ₂為例，因此N為2，但是本發明並不限於此，N是大於1的整數即可，所以第二反應物進料管線也可以是3個、4個…依此類推，且配合第一與第二反應物進料管線的數量，第一預熱裝置的數量也會隨之增加。所述第一反應物進料管線108用以輸送第一反應物溶液到一連續流道CC，所述第二反應物進料管線110 ₁與110 ₂用以輸送第二反應物溶液至連續流道CC中的不同段。所述連續流道CC是貫穿整個製備核殼量子點的裝置的流道，以達到同時供應不同反應物溶液並合成核殼量子點的結果。至於第一預熱裝置112 ₁、112 ₂、112 ₃是經安裝以分別對第一反應物進料管線108與第二反應物進料管線110 ₁與110 ₂進行預熱，用以防止第一與第二反應物溶液在第一反應物進料管線108與第二反應物進料管線110 ₁與110 ₂內析出。也就是說，第一預熱裝置112 ₁是安裝在第一反應物進料管線108周圍，第一預熱裝置112 ₂是安裝在第二反應物進料管線110 ₁周圍，而第一預熱裝置112 ₃是安裝在第二反應物進料管線110 ₂周圍。此外，因為本發明使用微流道反應器進行核殼量子點的製備，所以需要控制第一、第二反應物溶液的進料流速，因此核多段式進料部件100還可配置第一流速調節裝置114，用以控制第一反應物進料管線108中的第一反應物溶液的流速；以及兩個第二流速調節裝置116 ₁與116 ₂，用以分別控制第二反應物進料管線110 ₁與110 ₂中的第二反應物溶液的流速，其中第一流速調節裝置114與第二流速調節裝置116 ₁與116 ₂例如幫浦或其他適合的裝置。因此，第一反應物溶液是通過第一流速調節裝置114進入第一反應物進料管線108，第二反應物溶液是通過第二流速調節裝置116 ₁進入第二反應物進料管線110 ₁，而第二反應物溶液是通過第二流速調節裝置116 ₂進入第二反應物進料管線110 ₂。

請繼續參照圖1，核反應部件102耦接所述核多段式進料部件100，用以使第一與第二反應物溶液反應形成核結構。所述核反應部件102包括兩個第一混合器118 ₁與118 ₂、兩個第一微流道反應器120 ₁與120 ₂與第一溫控裝置122。所述第一混合器118 ₁與118 ₂分別安裝於連續流道CC中的所述不同段，以連接各個第二反應物進料管線110 ₁與110 ₂。舉例來說，第一混合器118 ₁安裝於連續流道CC中的第一段（如前段）並連接第二反應物進料管線110 ₁，用以混合其中的第二反應物溶液與來自第一反應物進料管線108的第一反應物溶液，而第一混合器118 ₂安裝於連續流道CC中的第二段（如後段）並連接第二反應物進料管線110 ₂，用以混合其中的第二反應物溶液與來自前段連續流道CC中的生成物與部分未反應的第一或/與第二反應物溶液。所述第一微流道反應器120 ₁與120 ₂分別設置於連續流道CC中的不同段，且各個第一微流道反應器120 ₁與120 ₂的進料端分別連接各個第一混合器118 ₁與118 ₂。也就是說，第一微流道反應器120 ₁設置於連續流道CC中的第一段（如前段），且第一微流道反應器120 ₁的進料端連接第一混合器118 ₁，所以在第一混合器118 ₁內混合的第一與第二反應物溶液會在第一微流道反應器120 ₁內進行反應；第一微流道反應器120 ₂則設置於連續流道CC中的第二段（如後段），且第一微流道反應器120 ₂的進料端連接第一混合器118 ₂，所以在第一混合器118 ₂內的混合物會在第一微流道反應器120 ₂內進行反應。至於第一溫控裝置122是用以控制第一微流道反應器120 ₁與120 ₂的反應溫度，且根據核殼量子點的種類不同，第一微流道反應器120 ₁與120 ₂的反應溫度可能相同或不同。

請再次參照圖1，殼進料部件104耦接連續流道CC，並包括第三反應物進料管線124與第二預熱裝置126，其中第三反應物進料管線124用以輸送第三反應物溶液到核反應部件102之後的連續流道CC，第二預熱裝置126則經安裝以對第三反應物進料管線124進行預熱，用以防止第三反應物溶液在第三反應物進料管線124內析出。另外，殼進料部件104還可包括第三流速調節裝置128，用以控制第三反應物進料管線124中的第三反應物溶液的流速。殼反應部件106則耦接殼進料部件104，用以使第三反應物溶液在來自所述第一微流道反應器120 ₂的核結構表面反應形成殼結構。所述殼反應部件106包括第二混合器130、第二微流道反應器132以及第二溫控裝置134。所述第二混合器130安裝於核反應部件102之後的連續流道CC中並連接第三反應物進料管線124。所述第二微流道反應器132設置於核反應部件102之後的連續流道CC中，且第二微流道反應器132的進料端連接第二混合器130，因此在第二混合器130內混合的第三反應物溶液以及來自第一微流道反應器120 ₂的核結構會在第二微流道反應器132內進行反應。至於第二溫控裝置134是用以控制第二微流道反應器132的反應溫度。由於核殼量子點中的殼結構主要功能之一是用來保護核結構，且不能妨礙核結構的發光效率，所以殼結構一般厚度薄，故不需要多段式進料，使用單一進料的方式利用第三反應物進料管線124輸入第三反應物溶液即可。

圖1的裝置是一種連續進料的微流道反應裝置，所以使用圖1的裝置製備核殼量子點的方法可經由第一反應物進料管線108與第二反應物進料管線110 ₁、110 ₂，將第一反應物溶液與第二反應物溶液輸送到第一微流道反應器120 ₁、120 ₂中，以於第一微流道反應器120 ₁、120 ₂中反應形成核結構，其中經由多段式輸送上述第二反應物溶液的方式，可使第一反應物溶液與第二反應物溶液的莫耳比被控制在一預定比例。然後，經由第三反應物進料管線124，將第三反應物溶液輸送到第二微流道反應器132中，以於第二微流道反應器132中，使殼結構形成在來自第一微流道反應器120 ₂的核結構表面，以得到核殼量子點136。

在本發明中，核殼量子點可分為鎘系與無鎘系，其中鎘系以CdSe/ZnS為主、無鎘系以InP/ZnS為主；然而本發明並不限於此，所述核殼量子點也可選擇：CdSe/CdS、CdSe/ZnSe、CdS/HgS、CdS/CdSe、CdS/ZnSe、CdS/ZnS、CdTe/CdSe、ZnSe/CdSe、ZnSe/ZnS、InP/CdS、InP/ZnSe或PbS/CdS。

上述核殼量子點若是以CdSe/ZnS為例，所述第一反應物溶液是醋酸鎘（Cd(CH ₃COO) ₂）溶液，所述第二反應物溶液是硒（Se）溶液，所述第三反應物溶液是硫化鋅（ZnS）溶液。第一反應物進料管線108中的第一反應物溶液的流速可通過第一流速調節裝置114控制在1 ml/min ~ 5 ml/min之間，第二反應物進料管線110 ₁中的第二反應物溶液的流速可通過第二流速調節裝置116 ₁控制在1 ml/min ~ 5 ml/min之間，第二反應物進料管線110 ₂中的第二反應物溶液的流速可通過第二流速調節裝置116 ₂控制在1 ml/min ~ 5 ml/min之間，且第三反應物進料管線124中的第三反應物溶液的流速可通過第三流速調節裝置128控制在5 ml/min ~ 10 ml/min之間。所述第一微流道反應器120 ₁與120 ₂中的流速例如控制在2 ml/min ~ 10 ml/min之間，且第二微流道反應器132中的流速例如控制在10 ml/min ~ 15 ml/min之間。舉例來說，若是第一反應物進料管線108中的第一反應物溶液的流速為1 ml/min、第二反應物進料管線110 ₁中的第二反應物溶液的流速為3 ml/min，則第一微流道反應器120 ₁中的流速會是兩者的總和，即4 ml/min。同理，當第一微流道反應器120 ₁中的流速是4 ml/min、第二反應物進料管線110 ₂中的第二反應物溶液的流速為2 ml/min，則第一微流道反應器120 ₂中的流速是6 ml/min；依此類推。而第一預熱裝置112 ₁、112 ₂、112 ₃與第二預熱裝置126的溫度均設為100℃~150℃，第一微流道反應器120 ₁、120 ₂的反應溫度可經由第一溫控裝置122控制在230℃~280℃，第二微流道反應器132的反應溫度可經由第二溫控裝置134控制在250℃~300℃。

另外，上述核殼量子點若是以InP/ZnS為例，所述第一反應物溶液為醋酸銦（In(CH ₃COO) ₃）溶液，所述第二反應物溶液為三乙基胺磷（P[N(C ₂H ₅) ₂] ₃）溶液，所述第三反應物溶液為硫化鋅（ZnS）溶液。第一反應物進料管線108中的第一反應物溶液可通過第一流速調節裝置114控制在0.5 ml/min ~ 3 ml/min之間、第二反應物進料管線110 ₁中的第二反應物溶液的流速可通過第二流速調節裝置116 ₁控制在1 ml/min ~ 5 ml/min之間，第二反應物進料管線110 ₂中的第二反應物溶液的流速可通過第二流速調節裝置116 ₂控制在1 ml/min ~ 5 ml/min之間，且所述第三反應物進料管線124中的第三反應物溶液的流速可通過第三流速調節裝置128控制在5 ml/min ~ 10 ml/min之間。所述第一微流道反應器120 ₁與120 ₂中的流速例如控制在2 ml/min ~ 8 ml/min之間，且第二微流道反應器132中的流速例如控制在8 ml/min ~ 12 ml/min之間。舉例來說，若是第一反應物進料管線108中的第一反應物溶液的流速為0.5 ml/min、第二反應物進料管線110 ₁中的第二反應物溶液的流速為1.5 ml/min，則第一微流道反應器120 ₁中的流速會是兩者的總和，即2 ml/min。同理，當第一微流道反應器120 ₁中的流速是2 ml/min、第二反應物進料管線110 ₂中的第二反應物溶液的流速為1.5 ml/min，則第一微流道反應器120 ₂中的流速是3.5 ml/min；依此類推。而第一預熱裝置112 ₁、112 ₂、112 ₃與第二預熱裝置126的溫度均設為100℃~150℃，第一微流道反應器120 ₁、120 ₂的反應溫度可經由第一溫控裝置122控制在170℃~250℃，第一微流道反應器120 ₂的反應溫度可經由第一溫控裝置122控制在220℃~250℃，第二微流道反應器132的反應溫度可經由第二溫控裝置134控制在250℃~280℃。而且，為了因應InP的合成反應性，核（core）反應階段需要有溫度梯度，所以第一微流道反應器120 ₁的反應溫度較佳是控制在170℃~220℃，第一微流道反應器120 ₂的反應溫度較佳是控制在220℃~250℃。換句話說，第一溫控裝置122可以分別控制第一微流道反應器120 ₁與120 ₂具有不同的反應溫度。

以下列舉實驗來驗證本發明的功效，但本發明並不侷限於以下的內容。

〈實驗例1〉

起始物如下表1。

表1

代號	起始物	分子量	使用量
R1	醋酸鎘（Cd(CH ₃COO) ₂）	230.5	5.4g
R2	硒（Se）	78.9	2.3g
R3	油酸（Oleic acid，OA）	282.4	50ml
R4	三辛基磷（Trioctylphosphine，TOP）	370.6	70ml
R5	醋酸鋅（Zn(CH ₃COO) ₂）	183.4	3.4g
R6	硫（S）	32	6.7g
溶劑	十八烯（1-Octadecene，ODE）	252.4	600ml

製備步驟包含：

1-1. 取500ml單頸反應瓶，將R1、R3與溶劑加入瓶中攪拌，升溫溶解後抽真空30min後置換Ar，反應1hr後冷卻至室溫，即為Cd溶液起始物（第一反應物溶液）。取500ml單頸反應瓶，將R2、R4與溶劑加入瓶中攪拌溶解，抽真空30min後置換Ar，反應1hr後冷卻至室溫，即為Se溶液起始物（第二反應物溶液）。取500ml單頸反應瓶，將R5、R6與溶劑加入瓶中攪拌超音波震盪至溶解，即為ZnS溶液起始物（第三反應物溶液）。

1-2. 使用如圖1所示的裝置，其中第一與第二溫控裝置分別控制溫度至250℃與290℃預熱1hr，將Cd、Se與ZnS溶液起始物架於預熱槽（預熱裝置）內，設定所有預熱裝置的溫度均為120℃，經加熱30min後穩定預熱溫度。

1-3. 利用流速調節裝置，設定Cd溶液起始物（第一反應物溶液）流速為1.0 ml/min、Se溶液起始物（第二反應物溶液）的第一段流速為4.0 ml/min、Se溶液起始物（第二反應物溶液）的第二段流速為1.0 ml/min以及ZnS溶液起始物（第三反應物溶液）流速為6.0 ml/min，設定完成後開始微流道反應器（MRT）合成，合成20min後以10ml定量瓶確認流速並紀錄。

1-4. MRT合成每30min後取樣5ml以甲苯稀釋一倍，螢光光譜儀確認放光波長、半高寬後收集CdSe/ZnS產物。放光波長與半高寬的結果記載於表2。

〈實驗例2-4〉

採用實驗例1的方式製備CdSe/ZnS，但是Se溶液起始物（第二反應物溶液）的第一段流速與第二段流速改為表2中的流速。至於經螢光光譜儀確認的放光波長與半高寬的結果也記載於表2。

〈比較例1〉

使用如圖1所示的裝置，並進行實驗例1的方式製備CdSe/ZnS，但是Se溶液起始物（第二反應物溶液）是採取單一進料（只使用一個第二反應物進料管線進料），流速設定為5.0 ml/min。經螢光光譜儀確認的放光波長與半高寬的結果也記載於表2。

表2

	比較例1	實驗例1	實驗例2	實驗例3	實驗例4
Se流速 (ml/min)	第一段	5	4	3	2	1
第二段	-	1	2	3	4
放光波長(nm)	635	632	630	628	625
半高寬(nm)	36	31	31	31	31

從表2可得到，在第二反應物溶液的總流速不變的條件下，多段式進料的方式製備的核殼量子點的半高寬比單一進料方式合成的產物的半高寬要窄，因此能改善核殼量子點的色純度。而且，本發明通過不同段的流速變化還可調控放光波長，例如實驗例1製備的CdSe/ZnS放光波長為632nm，在不改變總流速但將第一段與第二段的流速逐步減少/增加，則CdSe/ZnS放光波長可逐步調整到625nm（實驗例4）。相較下，單一進料的比較例1只有一個放光波長635nm。

〈比較例2〉

採用比較例1的方式製備CdSe/ZnS，其中通過改變操作時間來改變反應量，並將各種反應量的產物經螢光光譜儀確認其放光波長與半高寬，結果記載於表3-1。

表3-1

	比較例2	光學性質
操作時間 (mins)	反應量 (ml)	放光波長 (nm)	半高寬 (nm)
1	5	60	635	36
2	10	120	635	36
3	15	180	635	35
4~8	20~40	240~480	634 ^*	36 ^*
9	45	540	633	35
10	50	600	633	36

*取5組平均值

〈實驗例5〉

採用實驗例2的方式製備CdSe/ZnS，其中通過改變操作時間來改變反應量，並將各種反應量的產物經螢光光譜儀確認其放光波長與半高寬，結果記載於表3-2。

表3-2

	實驗例5	光學性質
操作時間 (mins)	反應量 (ml)	放光波長 (nm)	半高寬 (nm)
1	5	60	630	31
2	10	120	630	31
3	15	180	631	31
4~8	20~40	240~480	630	31
9	45	540	631*	32*
10	50	600	630	31

*取5組平均值

從表3-1與表3-2可得到，比較例2的產物的半高寬大於實驗例5的產物的半高寬，代表實驗例5的產物隨著反應量增加仍有較佳的色純度。因此與比較例2相比，本發明的製備裝置與方法按照推論，即使放大量產也會具有較佳的色純度。

〈實驗例6〉

起始物如下表4。

表4

代號	起始物	分子量	使用量
R7	醋酸銦（In(CH ₃COO) _３）	230.5	5.4g
R8	三乙基胺磷（P[N(C ₂H5) ₂] _３）	78.9	2.3g
R9	油胺（Oleylamine，OLA）	282.4	50ml
R4	三辛基磷（TOP）	370.6	70ml
R5	醋酸鋅（Zn(CH ₃COO) ₂）	183.4	3.4g
R6	硫（S）	32	6.7g
溶劑	十八烯（1-Octadecene，ODE）	252.4	600ml

製備步驟包含：

6-1. 取500ml單頸反應瓶，將R7、R9與溶劑加入瓶中攪拌，升溫溶解後抽真空30min後置換Ar，反應1hr後冷卻至室溫，即為In溶液起始物（第一反應物溶液）。取500ml單頸反應瓶，將R8、R4與溶劑加入瓶中攪拌溶解，抽真空30min後置換Ar，反應1hr後冷卻至室溫，即為P溶液起始物（第二反應物溶液）。取500ml單頸反應瓶，將R5、R6與溶劑加入瓶中攪拌超音波震盪至溶解，即為ZnS溶液起始物（第三反應物溶液）。

6-2. 使用如圖1所示的裝置，其中第一與第二溫控裝置分別控制第一個第一微流道反應器的溫度為180℃、第二個第一微流道反應器的溫度為240℃與第二微流道反應器的溫度為260℃，預熱1hr，將In、P與ZnS溶液起始物架於預熱槽（預熱裝置）內，設定所有預熱裝置的溫度均為120℃，經加熱30min後穩定預熱溫度。

6-3. 利用流速調節裝置，設定In溶液起始物（第一反應物溶液）流速為0.5 ml/min、P溶液起始物（第二反應物溶液）的第一段流速為2.5 ml/min、P溶液起始物（第二反應物溶液）的第二段流速為0.5 ml/min以及ZnS溶液起始物（第三反應物溶液）流速為7.0 ml/min，設定完成後開始微流道反應器（MRT）合成，合成20min後以10ml定量瓶確認流速並紀錄。

6-4. MRT合成每30min後取樣5ml以甲苯稀釋一倍，螢光光譜儀確認放光波長、半高寬後收集InP/ZnS產物。放光波長與半高寬的結果記載於表5。

〈實驗例7-9〉

採用實驗例6的方式製備InP/ZnS，但是P溶液起始物（第二反應物溶液）的第一段流速與第二段流速改為表5中的流速。至於經螢光光譜儀確認的放光波長與半高寬的結果也記載於表5。

〈比較例3〉

使用如圖1所示的裝置，並進行實驗例6的方式製備InP/ZnS，但是P溶液起始物（第二反應物溶液）是採取單一進料（只使用一個第二反應物進料管線進料），流速設定為3.0 ml/min。經螢光光譜儀確認的放光波長與半高寬的結果也記載於表5。

表5

	比較例3	實驗例6	實驗例7	實驗例8	實驗例9
P流速 (ml/min)	第一段	3	2.5	1.5	1.0	0.5
第二段	-	0.5	1.5	2.0	2.5
放光波長(nm)	620	615	610	608	605
半高寬(nm)	56	51	50	51	51

從表5可得到，在第二反應物溶液的總流速不變的條件下，多段式進料的方式製備的無鎘系核殼量子點的半高寬，同樣會得到比單一進料方式合成的產物的半高寬要窄的結果，因而可改善核殼量子點的色純度。而且，本發明通過不同段的流速變化還可調控無鎘系核殼量子點的放光波長。

綜上所述，本發明的裝置包含多段式進料的設計搭配多個微流道反應器與溫控裝置，因此在製備核殼量子點的核結構期間能達到高效質傳與熱傳，進而提升合成穩定性，以製備出具高色純度（窄FWHM）與尺寸精確（波長可調控）的核殼量子點。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:核多段式進料部件 102:核反應部件 104:殼進料部件 106:殼反應部件 108:第一反應物進料管線 110 ₁、110 ₂:第二反應物進料管線 112 ₁、112 ₂、112 ₃:第一預熱裝置 114:第一流速調節裝置 116 ₁、116 ₂:第二流速調節裝置 118 ₁、118 ₂:第一混合器 120 ₁、120 ₂:第一微流道反應器 122:第一溫控裝置 124:第三反應物進料管線 126:第二預熱裝置 128:第三流速調節裝置 130:第二混合器 132:第二微流道反應器 134:第二溫控裝置 136:核殼量子點 CC:連續流道

100:核多段式進料部件

102:核反應部件

104:殼進料部件

106:殼反應部件

108:第一反應物進料管線

110₁、110₂:第二反應物進料管線

112₁、112₂、112₃:第一預熱裝置

114:第一流速調節裝置

116₁、116₂:第二流速調節裝置

118₁、118₂:第一混合器

120₁、120₂:第一微流道反應器

122:第一溫控裝置

124:第三反應物進料管線

126:第二預熱裝置

128:第三流速調節裝置

130:第二混合器

132:第二微流道反應器

134:第二溫控裝置

136:核殼量子點

CC:連續流道

Claims

一種製備核殼量子點的裝置，包括：核多段式進料部件，包括：第一反應物進料管線，用以輸送第一反應物溶液到一連續流道； N個第二反應物進料管線，用以輸送第二反應物溶液至所述連續流道中的不同段，其中N是大於1的整數；以及 (N+1)個第一預熱裝置，經安裝以分別對所述第一反應物進料管線以及所述N個第二反應物進料管線進行預熱；核反應部件，耦接所述核多段式進料部件，用以使所述第一反應物溶液與所述第二反應物溶液反應形成核結構，其中所述核反應部件包括： N個第一混合器，分別安裝於所述連續流道中的所述不同段，以連接各個所述第二反應物進料管線； N個第一微流道反應器，分別設置於所述連續流道中的所述不同段，且所述N個第一微流道反應器的進料端分別連接所述N個第一混合器；以及第一溫控裝置，經安裝以控制所述N個第一微流道反應器的反應溫度；殼進料部件，耦接所述連續流道，所述殼進料部件包括：第三反應物進料管線，用以輸送第三反應物溶液到所述核反應部件之後的所述連續流道；以及第二預熱裝置，經安裝以對所述第三反應物進料管線進行預熱；以及殼反應部件，耦接所述殼進料部件，用以使所述第三反應物溶液在所述核結構表面反應形成殼結構，所述殼反應部件包括：第二混合器，安裝於所述核反應部件之後的所述連續流道中並連接所述第三反應物進料管線；第二微流道反應器，設置於所述核反應部件之後的所述連續流道中，且所述第二微流道反應器的進料端連接所述第二混合器；以及第二溫控裝置，經安裝以控制所述第二微流道反應器的反應溫度。
如請求項1所述的製備核殼量子點的裝置，其中所述核多段式進料部件更包括第一流速調節裝置，用以控制所述第一反應物進料管線中的所述第一反應物溶液的流速。
如請求項1所述的製備核殼量子點的裝置，其中所述核多段式進料部件更包括N個第二流速調節裝置，用以分別控制所述N個第二反應物進料管線中的所述第二反應物溶液的流速。
如請求項1所述的製備核殼量子點的裝置，其中所述殼進料部件更包括第三流速調節裝置，用以控制所述第三反應物進料管線中的所述第三反應物溶液的流速。
一種使用如請求項1~4中任一項所述的裝置製備核殼量子點的方法，包括：經由所述第一反應物進料管線與所述N個第二反應物進料管線，將所述第一反應物溶液與所述第二反應物溶液輸送到所述N個第一微流道反應器中，以於所述N個第一微流道反應器中反應形成所述核結構，其中經由多段式輸送所述第二反應物溶液的方式，使所述第一反應物溶液與所述第二反應物溶液的莫耳比被控制在一預定比例；以及經由所述第三反應物進料管線，將所述第三反應物溶液輸送到所述第二微流道反應器中，以於所述第二微流道反應器中，使所述殼結構形成在來自所述第一微流道反應器的所述核結構表面，以得到核殼量子點。
如請求項5所述的製備核殼量子點的方法，其中所述核殼量子點包括：CdSe/ZnS、CdSe/CdS、CdSe/ZnSe、CdS/HgS、CdS/CdSe、CdS/ZnSe、CdS/ZnS、CdTe/CdSe、ZnSe/CdSe、ZnSe/ZnS、InP/ZnS、InP/CdS、InP/ZnSe或PbS/CdS。
如請求項5所述的製備核殼量子點的方法，其中所述第一反應物溶液為醋酸鎘（Cd(CH ₃COO) ₂）溶液，所述第二反應物溶液為硒（Se）溶液，所述第三反應物溶液為硫化鋅（ZnS）溶液。
如請求項7所述的製備核殼量子點的方法，其中所述第一反應物進料管線中的所述第一反應物溶液與所述N個第二反應物進料管線中的所述第二反應物溶液的流速均控制在1 ml/min ~ 5 ml/min之間，且所述第三反應物進料管線中的所述第三反應物溶液的流速控制在5 ml/min ~ 10 ml/min之間。
如請求項7所述的製備核殼量子點的方法，其中所述N個第一微流道反應器中的流速控制在2 ml/min ~ 10 ml/min之間，且所述第二微流道反應器中的流速控制在10 ml/min ~ 15 ml/min之間。
如請求項7所述的製備核殼量子點的方法，其中所述(N+1)個第一預熱裝置與所述第二預熱裝置的溫度均設為100℃~150℃，所述N個第一微流道反應器的所述反應溫度控制在230℃~280℃，所述第二微流道反應器的所述反應溫度控制在250℃~300℃。
如請求項5所述的製備核殼量子點的方法，其中所述第一反應物溶液為醋酸銦（In(CH ₃COO) ₃）溶液，所述第二反應物溶液為三乙基胺磷（P[N(C ₂H ₅) ₂] ₃）溶液，所述第三反應物溶液為硫化鋅（ZnS）溶液。
如請求項11所述的製備核殼量子點的方法，其中所述第一反應物進料管線中的所述第一反應物溶液的流速控制在0.5 ml/min ~ 3 ml/min之間，所述N個第二反應物進料管線中的所述第二反應物溶液的流速均控制在1 ml/min ~ 5 ml/min之間，且所述第三反應物進料管線中的所述第三反應物溶液的流速控制在5 ml/min ~ 10 ml/min之間。
如請求項11所述的製備核殼量子點的方法，其中所述N個第一微流道反應器中的流速控制在2 ml/min ~ 8 ml/min之間，且所述第二微流道反應器中的流速控制在8 ml/min ~ 12 ml/min之間。
如請求項11所述的製備核殼量子點的方法，其中所述(N+1)個第一預熱裝置與所述第二預熱裝置的溫度均設為100℃~150℃，所述N個第一微流道反應器的所述反應溫度控制在170℃~250℃，所述第二微流道反應器的所述反應溫度控制在250℃~280℃。