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KR20170097825A - 나노 금속 또는 반도체 산화물로 캡핑된 양자점 구조 및 그 제조방법 - Google Patents

나노 금속 또는 반도체 산화물로 캡핑된 양자점 구조 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20170097825A
KR20170097825A KR1020160019218A KR20160019218A KR20170097825A KR 20170097825 A KR20170097825 A KR 20170097825A KR 1020160019218 A KR1020160019218 A KR 1020160019218A KR 20160019218 A KR20160019218 A KR 20160019218A KR 20170097825 A KR20170097825 A KR 20170097825A
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이경구
김해식
유정환
강병호
김태윤
윤현지
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시노코 유한회사
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Abstract

본 발명은 나노 금속 또는 반도체 산화물 입자로 둘러싸인 반도체 나노입자 즉, 양자점 구조 및 그 제조방법이 제안된다.
본 발명에 따른 양자점 구조에서는 양자점에 둘러싸진 산화물은 외부환경은 차단하여 높은 신뢰성을 나타내고, 전자친화도가 높아 우수한 광학적 특성을 가져 광변환 소자 및 전계발광 소자 등 높은 신뢰성을 요구하는 소자 제작에 제공될 수 있다.

Description

나노 금속 또는 반도체 산화물로 캡핑된 양자점 구조 및 그 제조방법{Quantum dot structure capped metal or semiconductor oxide nanoparticle and manufacturing method at the same}
본 발명은 양자점 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 4성분의 성분비에 의해 파장이 조절된 코어에 그 에너지를 가두어 둘 수 있는 쉘로 구성된 양자점에 산화물 나노입자를 최외각 쉘로 결합시켜 공기 중의 산소 및 수분과 열에 우수하며, 4성분의 함량비로 인해 파장조절이 용이한 코어로 인해 양산성을 확보할 수 있는 양자점 구조에 관한 것이다.
양자점은 반도체 나노입자의 사이즈를 조절함에 따라 다양한 파장의 빛이 여기되어 좁은 발광 선폭으로 고순도의 색을 재현할 수 있으며, 단일 소재를 사용하여 가시광 영역의 다양한 파장을 여기 할 수 있다. 이로 인해 양자점 기술은 자연색을 재현하기 위한 기술 중 가장 이상적인 기술이며, 천연의 색을 화면에 구현하기 위해 디스플레이 분야에서 많은 관심을 가지는 기술이다.
이러한 반도체 나노입자 즉, 양자점은 UV 파장 영역의 빛을 조사하면 빛을 여기하는 포토루미네선스(Photoluminescence, PL), 전계를 가하면 빛을 여기하는 전기루미네선스(Electroluminescence, EL) 두 가지 방법이 있으며, 의료, 조명, 디스플레이 등 다양한 분야에서 응용이 가능하다.
양자점의 구조로는 수 나노의 크기를 가지는 입자들로 인해 여기 파장을 결정하는 코어(Core), 좁은 밴드 갭(Energy bandgap)을 가지는 코어의 에너지를 넓은 밴드 갭을 가지는 물질로 감싸주는 쉘(Shell)을 구비한다. 또한, 쉘은 코어의 에너지를 가두는 역할을 하여 코어의 입자가 발광할 수 있는 에너지 구조를 형성시켜 주며, 이로 인해 발광 효율을 증대시켜 준다. 그리고 외부로 에너지 전달 및 용재와 분산을 용이하게 하기 위한 리간드(Ligand)로 이루어져 있다.
현재 양자점 구조에 따른 연구들 중, 코어-쉘(Core-shell) 구조의 에너지 밴드갭을 설계하는 방향으로 열이나 외부 환경에 취약한 유기 리간드를 무기물을 결합시키거나, 무기 소재로 치환하는 등 신뢰성을 높이는 방향으로 많은 연구가 진행 중이며, 그 중 유기 리간드의 경우는 산화 안정성이 매우 떨어지고, 여기 광에 의해 발생하는 전자를 포획함으로써 광변환 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
이를 해결하는 선행기술로 한국특허공개 10-2005-0074779(ＩＩ-ＶＩ 반도체 화합물로 이루어진 고발광성 Ｉ형 적층구조 코어/2중 쉘 양자점 및 이의 제조 방법)에 따르면, II-VI 화합물 코어; 상기 II-VI 화합물 코어의 표면에 형성되며, 상기 II-VI 화합물 코어의 밴드 갭보다 큰 밴드 갭을 갖는 II-VI 화합물 제1쉘; 및 상기 II-VI 화합물 제1쉘의 표면에 형성되며, 상기 II-VI 화합물 제1쉘의 밴드 갭보다 큰 밴드 갭을 갖는 II-VI 화합물 제2쉘을 갖는, I형 적층 구조 코어/2중 쉘 양자점 및 습식 화학법을 이용한 이의 제조 방법을 제공한다.
그러나, 양자점의 코어는 여기 파장을 결정하게 되는데, 상기 코어를 제작하기 위한 공정은 빠른 반응속도로 인해 공정제어가 까다롭고, 코어 및 쉘 합성에 필요한 공정 설비 및 공정 시간이 많이 소모되므로 양산성이 떨어지는 문제점이 있다.
한국공개특허 10-2005-0074779(2005년 7월 19일 공개)
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 4성분 코어/쉘/산화물 최외각 쉘 구조를 가지는 양자점을 제작함에 따라 양산성 확보 및 대량생산을 용이하게 하고, 외부 환경에 취약한 양자점의 최외각 쉘을 산화물구조의 양자점으로 제작하여 수분 및 열에 대한 안정성을 가지는 양자점을 제작하여 신뢰성 또한 확보하는데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 4성분 코어/쉘/산화물 최외각 쉘로 이루어진 양자점 및 이를 이용한 광촉매, 광변환 소자 및 전계발광소자를 제공한다.
이에 따라, (a) 11족 내지 17족 중에서 선택된 전구체 용액을 280 ~ 320℃ 온도에서 반응시켜 4성분 코어와 상기 코어의 표면에 형성된 쉘의 구조를 형성하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계에서 4성분 코어/쉘의 양자점 나노 입자를 금속 또는 반도체 산화물이 용해된 용액과 혼합하고, 혼합된 용액을 수산화 용액과 50℃ ~ 80℃의 온도에서 반응시켜 금속산화물 또는 반도체산화물의 최외각 쉘을 형성하는 단계를 포함하는 4성분 코어/쉘/산화물 최외각 쉘 구조의 양자점 제조방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 (a) 단계에서, (a-1) 불포화 지방산에 11족 내지 14족 원소 중에서 2개 이상을 선택하여 혼합하고 에틸렌계 탄화수소 유기 용매를 첨가하여 양이온 전구체를 합성하는 단계; (a-2) 알킬포스핀 계열, 산화알킬포스핀 계열, 트리알킬포스핀 계열 중에서 선택된 어느 하나의 용매에 14족 내지 17족 원소 중에서 2개 이상을 선택하여 혼합하여 음이온 전구체를 합성하는 단계; (a-3) 알킬포스핀 계열, 산화알킬포스핀 계열, 트리알킬포스핀 계열 중에서 선택된 어느 하나의 용매에 상기 (a-2) 단계에서 선택된 2개 이상의 원소 중에서 어느 하나의 원소를 선택하고 혼합하여, 쉘 성분의 음이온 전구체를 합성하는 단계; 및 (a-4) 상기 (a-1) 단계에서 합성한 양이온 전구체와 상기 (a-2) 단계에서 합성한 음이온 전구체를 소정 부피비로 혼합하고, 상기 (a-3) 단계에서 합성된 쉘 성분의 음이온 전구체를 첨가하는 단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 (b) 단계에서, (b-1) 상기 (a) 단계에서 형성된 4성분 코어/쉘의 양자점을 소수성 용매에 분산시키는 단계; (b-2) 극성 용매에 금속 또는 반도체 산화물 전구체를 용해시켜 전구체 용액을 형성하는 단계; (b-3) 상기 (b-1) 단계에서 형성된 양자점 용액과 상기 (b-2) 단계에서 형성된 전구체 용액을 소정 부피비로 혼합하는 단계; 및 (b-4) 상기 (b-3) 단계에서 혼합된 용액과 수산화 용액을 소정 부피비로 혼합하고 반응시켜 상기 최외각 쉘로 금속 또는 반도체 산화물을 캡핑하는 단계; 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 금속산화물 또는 반도체산화물은, 아연산화물(ZnOx), 바나듐산화물(V2Ox), 니켈산화물(NiO), 주석산화물(SnO2), 인듐산화물(In2O3), 몰리브덴산화물(MoO3), 텅스텐산화물(WO3), 티타늄산화물(TiO2), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 등으로 이루어진 군 중에서 어느 하나가 선택될 수 있다.
본 발명은 4성분 코어/쉘/산화물 최외각 쉘의 양자점 구조를 형성한다.
이에 따라, 4성분 코어의 합성은 4 원소의 성분비에 의해 파장이 결정되므로 2성분 코어 합성에 비해 반응 온도, 시간에 지배적이지 않으며, 이로 인해 양산에 적용 시 공정오차를 줄일 수 있어 대량생산에 용이하다.
또한, 산화물 최외각 쉘은 수분 및 열에 의한 양자점의 열화를 방지하여 신뢰성 향상 및 리간드에 지배적이지 않은 양자점 특성을 확보할 수 있다.
또한, 산화물로 캡핑된 양자점은 우수한 내열성 및 내화학성을 가지며 친수성 표면을 제공함으로써 극성용제들과 혼합이 용이하고 용제 내에서 우수한 분산 안정성을 가진다.
또한, 양자점을 감싸고 있는 산화물은 높은 굴절률과 투과도를 가짐으로 높은 광추출이 가능하며 전자친화도가 높아 금속 및 반도체 산화물로 캡핑된 양자점을 사용하여 고효율의 전계발광 디바이스 소자로 적용 가능하다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은 본 발명에 따른 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 4성분 코어/쉘/산화물 최외각 쉘 구조의 양자점을 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 4성분 코어/쉘/산화물 최외각 쉘 구조를 갖는 양자점의 제조과정을 나타낸 모식도, 각각 도 2a는 제1단계로 11족~17족 전구체를 이용한 4성분 코어/쉘의 양자점 구조의 합성에 대한 모식도이며, 도 2b는 제2단계로 도 2a의 제1단계에서 제조된 양자점에 산화물 최외각 쉘을 형성하는 과정을 나타낸 제작 순서의 모식도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시에에 따른 4성분 코어/쉘/산화물 최외각 쉘 구조의 양자점 투과전자현미경 사진이며, 각각 도 3a는 실시예1에 따른 4성분 코어/쉘의 양자점 투과전자현미경(FE-TEM) 사진이며, 도 3b는 실시예2에 따른 산화아연의 최외각 쉘이 둘러싸인 양자점의 FE-TEM 사진,
도 4는 본 발명의 실시예3에 따른 금속산화물이 캡핑된 양자점(210)과 일반적인 유기리간드 양자점(220)을 이용한 시트를 제작하여 90℃의 챔버에서 시간에 따라 본 발명에 따른 산화물이 캡핑된 양자점(210)의 PL Intensity를 측정, 그리고 일반적인 유기리간드 양자점(220)의 PL Intensity 대비 퍼센트 값을 나타낸 비교 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 4성분 코어/쉘/산화물 최외각 쉘 구조의 양자점 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 4성분 코어/쉘/산화물 최외각 쉘 구조의 양자점을 나타낸 도면, 도 2는 도 1의 4성분 코어/쉘/산화물 최외각 쉘의 구조를 갖는 양자점의 제조과정을 나타낸 모식도, 각각 도 2a는 단계 1로서 11족~17족 전구체를 이용한 4성분 코어/쉘의 양자점 구조의 합성에 대한 모식도이며, 도 2b는 단계 2로서 도 2a의 제1단계에서 제조된 양자점에 산화물 최외각 쉘을 형성하는 과정을 나타낸 제작 순서의 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양자점 구조의 제조방법을 살펴본다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 먼저 단계 1은 11족 내지 14족 원소 중에서 선택된 2개 이상의 금속 전구체 용액으로서 제1 용액(Solution1)에 14족 내지 17족 원소 중에서 선택된 2개 이상의 전구체 용액으로서 제2 용액(Solution2)을 첨가하여 4성분 코어(110, 도 1 참조)를 합성한다.
이어, 제2 용액(Solution2)의 14족 내지 17족 원소 중에서 선택된 2개 이상의 원소 중에서 어느 하나의 원소의 성분이 용해된 전구체 용액으로서 제3 용액(Solution3)을 첨가하여 쉘(120, 도 1참조)를 합성한다. 이때, 단계 1의 반응 온도는 280℃ ~ 320℃의 범위에서 사용할 수 있으며, 비활성 기체 분위기 상태로 반응시키며, 코어에 사용되는 원소의 함량비율에 따라 광학적 특성을 조절할 수 있다.
또한, 상기 Solution1의 쉘 성분의 금속전구체는 코어 합성에 참여하기 위한 함량 대비 과량의 양을 첨가하는 것이 바람직하며, 첨가된 Solution3의 성분과 반응하여 2성분 쉘을 조성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 Solution1의 용매는 에틸렌계 탄화수소 유기 용매와 불포화 지방산을 포함하는 혼합물이다. 이때, 에틸렌계 유기 용매는 CnH2n으로써 펜텐(pentene), 헥센(hexene), 헵텐(heptene), 옥타데센(octadecene), 노넨(nonene), 데켄(decene), 운데켄(undecene), 도데켄(dodecene), 트리데켄(tridecene), 테트라데켄(tetradecene), 펜타데켄(pentadecene) 중 적어도 1개 이상을 혼합 사용할 수 있다. 또한, 불포화 지방산은 반응성이 우수한 아세틸렌형 지방산을 사용할 수 있으며, 미리스톨레인산(Myristoleic acid), 팔미톨레인산(Palmitoleic acid), 올레산( Oleic acid), 리놀레인산(Linoleic acid), 에이코사펜타에노인산(Eicosapentaenoic acid), 도코사펜타에노인산(Docosapentaenoic acid) 중 적어도 1개 이상의 지방산을 혼합 사용할 수 있다.
또한, 상기 Solution2와 Solution3의 용매는 트리알킬포스핀 계열인 메틸포스핀, 에틸포스핀, 프포필포스핀 등을 포함하는 알킬포스핀 계열, 산화디아밀포스핀 (Diamylphosphine oxide), 산화디헥실포스핀(Dihexyphosphine oxide), 산화트리프로필포스틴(Tripropylphosphine oxide) 등을 포함하는 산화알킬포스핀 계열, 트리프로필포스핀(Tripropylphosphine), 트리부필포스핀(Tributylephosphien), 트리펜틸포스핀(Tripentylphosphine) 등을 포함한다.
이에 따라, 제1 용액(Solution1), 제2 용액(Solution2), 제3 용액(Solution3)이 혼합되어 반응이 종결된 제4 용액(Solution4)에서 반응 종결된 나노입자를 획득한다. 이를 위해, 소수성 용매 및 친수성 용매를 혼합한 후, 6000rpm에서 15분간 원심분리를 2~4회 진행하여 정제된 나노입자(220)를 수득하였다. 이때, 소수성 용매는 헥산(Hexane), 톨루엔(Toluene), 클로로포름(Chloroform) 등을 포함할 수 있으며, 친수성 용매는 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 아세톤(Acetone), 이소프로필알콜(Isopropyl alcohol) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 정제된 나노입자(220)은 4성분계 코어/쉘로 이루어진 양자점 구조이다.
이하, 도 2b를 참조하여, 단계 2에 대해 설명한다.
상기 단계 2는 단계 1에서 수득한 양자점 나노입자(220)를 소수성 용매인 헥산, 톨루엔, 클로로포름 등에 용해시켜 제5 용액(Solution5)을 제조하고, 극성용매에 용해된 11족 내지 14족 원소 중에서 선택된 금속 또는 반도체 산화물의 전구체 용액으로서 제6 용액(Solution6)을 제조하고, 제5 용액(Solution5)과 제6 용액(Solution6)을 7:1의 부피비로 혼합한 제7 용액(Solution7)을 제조한다.
이어, 제7 용액(Solution7)과 수산화 용액으로서 제8 용액(Solution8)을 8:11의 부피비로 혼합하여, 50℃ ~ 80℃의 온도에서 한시간 가량 반응시켜 금속산화물이 둘러싼 나노입자 용액으로서 제9 용액(Solution9)을 제조한다.
상기 제9 용액(Solution9)에서 금속산화물이 둘러싼 나노입자를 정제하기 위해 도 2a의 단계1의 정제과정과 같이 원심분리를 하여 수득하였다. 이때, 제9 용액(Solution9)에서 반응 종결된 나노입자를 획득한다. 이를 위해, 소수성 용매 및 친수성 용매를 혼합한 후, 6000rpm에서 15분간 원심분리를 2~4회 진행하여 정제된 나노입자(210)를 수득하였다. 이때, 소수성 용매는 헥산(Hexane), 톨루엔(Toluene), 클로로포름(Chloroform) 등을 포함할 수 있으며, 친수성 용매는 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 아세톤(Acetone), 이소프로필알콜(Isopropyl alcohol) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 정제된 나노입자(210)은 유기리간드가 결합된 양자점으로서, 4성분 코어(110)/쉘(120)/최외각 쉘(130)로 이루어진 양자점 구조이다.
상기 단계 2의 제6 용액(Solution6)와 제8 용액(Solution8)에서 사용된 극성 용매는 단계 1의 친수성 용매와 동일하므로, 상기 친수성 용매는 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 아세톤(Acetone), 이소프로필알콜(Isopropyl alcohol) 등을 포함할 수 있다.
또한, 제9 용액(Solution9)의 산화물은 아연산화물(ZnOx), 바나듐산화물(V2Ox), 니켈산화물(NiO), 주석산화물(SnO2), 인듐산화물(In2O3), 몰리브덴산화물 (MoO3), 텅스텐산화물(WO3), 티타늄산화물(TiO2), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 등의 금속 또는 반도체 산화물을 이용할 수 있다.
또한, 제8 용액(Soluion8)은 알칼리족 원소과 결합된 수산화물을 포함할 수 있으며, 상기 예로 수산화칼륨(KOH), 수산화리튬(LiOH)을 포함 할 수 있다.
또한, 단계 2의 반응 온도는 양자점에 열적 손상을 가하지 않는 80℃ 미만의 온도를 사용할 수 있으며, 단계 1에서 수득한 유기 리간드가 결합된 양자점의 유기물의 특성에 의해 온도와 습도에 취약하여 양자점의 신뢰성 확보가 어려웠다.
또한, 비활성 분위기는 단계 1 및 단계 2에서 모두 조성하는 것이 바람직하므로, 비활성 기체는 질소(Nitrogen) 가스, 아르곤(Argon) 가스, 네온(Neon) 가스, 헬륨(Helium) 가스 등을 사용할 수 있다.
이와 같이, 종래에는 양자점에 무기물을 고온에 캡핑을 하여 양자효율 손실을 가져왔으나, 본 발명은 양자점에 금속산화물 또는 반도체산화물을 낮은 온도에서 제조함으로써, 양자 효율을 잃지 않으며, 굴절률이 높은 금속산화물을 사용하여 높은 광추출로 인한 높은 광특성 확보 및 외부환경에 영향을 받지 않는 양자점 제조할 수 있다.
이에 따라, 상기 단계 2에서 수득한 4성분 코어/쉘/산화물 최외각 쉘의 구조의 양자점은 금속산화물 또는 반도체 산화물 나노입자의 최외각 쉘(130)로 인해 외부 환경을 차단 및 열적 내구성이 우수하여 고온의 환경이 요구되는 기기에서 응용할 수 있다.
<실시예 1>
먼저, 올레산에 카드뮴(Cadmium) 1mmol과 아연(Zinc) 4mmol을 100℃~150℃ 온도에서 충분히 용해 시켜가며, 반응 부산물인 아세트산(Acetic acid)을 제거한 뒤, 옥타데신을 올레산의 3의 부피비 만큼 첨가하여 양이온 전구체를 준비한다.
이어, 트리옥틸포스핀에 셀레늄(Selenium) 0.1mmol과 황(Sulfur) 4mmol을 혼합하여 충분히 용해 가능한 온도까지 가열하여 음이온 전구체를 준비한다.
이어, 트리옥틸포스핀에 황 10mmol을 혼합하여 충분히 용해 가능한 온도까지 가열하여 쉘성분의 음이온 전구체를 준비한다.
상기 방법에 따라 합성한 양이온 전구체와 음이온 전구체를 10:1 부피비로 혼합하여 비활성 기체 분위기에서 250~300℃의 범위로 5분간 반응시키고, 쉘 성분의 음이온 전구체 용액을 첨가하여 180℃~250℃에서 30분간 반응 후, 상온으로 급냉하여 4성분 코어/쉘 구조를 가지는 양자점을 제조한다.
이후, 상기 반응용액과 메탄올, 클로로포름을 5:1:5의 부피비로 혼합하여 6000rpm에서 20분간 원심분리하여 정제한 양자점을 얻었다.
<실시예2>
실시예1에서 얻은 양자점을 톨루엔에 1 wt%로 분산하였으며, 메탄올에 5mM의 아연 아세테이트 이수화물(Zinc acetate dehydrate)을 메탄올에 용해한 다음, 양자점 용액과 아연 아세테이트 이수화물 용액을 35:5 부피비로 혼합하여 용액을 제조하였다.
상기 용액과 메탄올에 3mM의 수산화캄륨(KOH)이 용해된 용액을 4:1의 부피 비율로 혼합하고, 비활성 기체 분위기에서 60℃, 1시간 동안 반응시켜 아연산화물이 캡핑된 양자점을 제조하였다.
이후, 상기 반응용액와 헥산, 이소프로필알콜을 1:1:5의 부피비로 혼합하여 6000rpm에서 20분간 원심분리하여 정제한 양자점을 얻었다.
이와 같이, 도 3a를 참조하면, 실시예1에 의해 합성된 양자점의 크기는 4nm~7nm이며, 도 3b를 참조하면, 실시예2은 6nm~11nm의 크기의 금속산화물(아연산화물)이 캡핑된 양자점이 형성되었음을 볼 수 있다.
<실시예3>
실시예1과 실시예2를 통해 얻은 양자점을 각각 모노머에 양자점을 분산시킨 다음 올리고머와 함께 15:85의 부피비로 혼합하였으며 PET 산란필름에 100㎛의 두께로 코팅하여 1000mJ 광량의 메탈 및 수은 램프로 경화하여 시트를 제작하였으며, 90℃ 오븐에 시간에 따른 PL Intensity를 측정하여 열적 요인에 의한 광학적 특성평가를 진행하였다. PL Intensity는 Ocean View사의 제품을 이용하여 측정하였다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예3에 따른 금속산화물이 캡핑된 양자점(210)을 이용한 시트가 일반적인 유기리간드 양자점(220)을 이용한 시트와 비교하여, 40시간 경과 후에도 PL Intensity 대비 퍼센트 값이 80% 이상을 유지하여 수명 연장 및 높은 신뢰성을 확인할 수 있다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
110: 양자점의 4성분 코어
120: 양자점의 쉘
130: 산화물 나노입자의 최외각 쉘
210: 금속산화물이 캡핑된 양자점
220: 유기리간드가 결합된 양자점

Claims (8)

  1. (a) 11족 내지 17족 중에서 선택된 전구체 용액을 280 ~ 320℃ 온도에서 반응시켜 4성분 코어와 상기 코어의 표면에 형성된 쉘의 구조를 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 (a) 단계에서 4성분 코어/쉘의 양자점 나노 입자를 금속 또는 반도체 산화물이 용해된 용액과 혼합하고, 혼합된 용액을 수산화 용액과 50℃ ~ 80℃의 온도에서 반응시켜 금속산화물 또는 반도체산화물의 최외각 쉘을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 4성분 코어/쉘/산화물 최외각 쉘 구조의 양자점 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    (a-1) 불포화 지방산에 11족 내지 14족 원소 중에서 2개 이상을 선택하여 혼합하고 에틸렌계 탄화수소 유기 용매를 첨가하여 양이온 전구체를 합성하는 단계;
    (a-2) 알킬포스핀 계열, 산화알킬포스핀 계열, 트리알킬포스핀 계열 중에서 선택된 어느 하나의 용매에 14족 내지 17족 원소 중에서 2개 이상을 선택하여 혼합하여 음이온 전구체를 합성하는 단계;
    (a-3) 알킬포스핀 계열, 산화알킬포스핀 계열, 트리알킬포스핀 계열 중에서 선택된 어느 하나의 용매에 상기 (a-2) 단계에서 선택된 2개 이상의 원소 중에서 어느 하나의 원소를 선택하고 혼합하여, 쉘 성분의 음이온 전구체를 합성하는 단계; 및
    (a-4) 상기 (a-1) 단계에서 합성한 양이온 전구체와 상기 (a-2) 단계에서 합성한 음이온 전구체를 소정 부피비로 혼합하고, 상기 (a-3) 단계에서 합성된 쉘 성분의 음이온 전구체를 첨가하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 4성분 코어/쉘/산화물 최외각 쉘 구조의 양자점 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    (b-1) 상기 (a) 단계에서 형성된 4성분 코어/쉘의 양자점을 소수성 용매에 분산시키는 단계;
    (b-2) 극성 용매에 금속 또는 반도체 산화물 전구체를 용해시켜 전구체 용액을 형성하는 단계;
    (b-3) 상기 (b-1) 단계에서 형성된 양자점 용액과 상기 (b-2) 단계에서 형성된 전구체 용액을 소정 부피비로 혼합하는 단계; 및
    (b-4) 상기 (b-3) 단계에서 혼합된 용액과 수산화 용액을 소정 부피비로 혼합하고 반응시켜 상기 최외각 쉘로 금속 또는 반도체 산화물을 캡핑하는 단계; 포함하는 것을 특징으로 하는 4성분 코어/쉘/산화물 최외각 쉘 구조의 양자점 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속산화물 또는 반도체산화물은, 아연산화물(ZnOx), 바나듐산화물(V2Ox), 니켈산화물(NiO), 주석산화물(SnO2), 인듐산화물(In2O3), 몰리브덴산화물(MoO3), 텅스텐산화물(WO3), 티타늄산화물(TiO2), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 등으로 이루어진 군 중에서 어느 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 4성분 코어/쉘/산화물 최외각 쉘 구조의 양자점 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되어,
    4성분 코어;
    상기 코어의 표면에 형성된 쉘; 및
    상기 쉘의 표면에 형성된 금속산화물 또는 반도체 산화물의 최외각 쉘을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점.
  6. 제5항 구조의 양자점을 포함하는 광촉매.
  7. 제5항 구조의 양자점을 포함하는 광변환 소자.
  8. 제5항 구조의 양자점을 포함하는 전계발광 소자.
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