KR101663275B1 - 양자점 합성 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양자점 합성 장치에 관한 것으로 양자점을 형성하기 위한 전구체 용액을 공급하는 하나 이상의 펌프, 상기 펌프로부터 공급된 상기 전구체 용액을 혼합하는 믹서, 상기 믹서에서 혼합된 혼합용액이 유입되어 유동하는 유로 및 상기 유로가 외주면을 감싸도록 구비되어 상기 유로를 유동하는 상기 혼합용액에 열을 전달하여 가열하는 가열유닛을 포함한다.

Description

양자점 합성 장치{APPARATUS FOR COMPOUNDING QUANTUM DOT}
본 발명은 양자점 합성 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양자점 합성 과정 중 열처리 과정에서 일정한 온도의 열을 지속적으로 가하며, 열처리 시간의 조절이 용이한 양자점 합성 장치에 관한 것이다.
양자점(quantum dot)은 양자를 나노미터 단위로 합성시킨 반도체 결정을 말하는 것으로, 벌크 상태의 반도체 물질이 가지고 있지 않은 광학적, 전기적 특성을 나타낸다.
이러한 양자점의 특성을 이용하면, 화학적 조성의 변화 없이 에너지 구조를 조절할 수 있기 때문에 태양전지, 발광소자, 광촉매, 트랜지스터, 센서, 바이오이미징 등 다양한 분야에 응용될 수 있기 때문에, 양자점의 합성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
대표적으로, 양자점을 합성하기 위해서는 화학적 분자나 원자 전구체를 용액상에서 합성하는 콜로이드 용액 상의 합성법을 사용하는데, 유기금속화합물을 이용해 결정 핵을 생성하고, 결정을 성장시키는 비가수분해법을 이용하여 합성한다.
이러한 비가수분해 합성법은 뜨거운 배위용매 속에서 유기 금속을 열분해시켜 균일한 핵생성을 유도하고, 후에 오스트발트 숙성과 어닐링 과정을 통해 평균 입자의 크기가 균일하고 규칙적인 내부구조를 가지는 양자점을 합성할 수 있다.
이러한 과정에서 서로 다른 종류의 전구체 용액을 혼합하여 열처리를 시행하는데, 종래의 열처리 방법은 혼합된 전구체 용액이 유동하는 유로의 주변을 감싸는 히터가 구비되거나, 일정 면적을 가지는 히터 상에 혼합된 전구체 용액이 유동하는 유로가 반복적으로 가로지르도록 배치된 형태가 주로 이용되었다.
하지만, 이러한 구성은 전체 히터의 부위별로 발열량이 일정하지 않아 혼합된 전구체 용액을 가열하는 동안 일정한 온도로 가열하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 열처리 시간을 조절하기 위해서는 히터의 온도 또는 개수를 조절하는 등 즉각적으로 대응하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 정교하게 양자점의 합성과정을 제어하기 어려우며, 양질의 양자점을 얻기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 기술적 과제는, 배경기술에서 언급한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양자점 합성 과정 중 열처리 과정에서 일정한 온도의 열을 지속적으로 가하며, 열처리 시간의 조절이 용이한 양자점 합성 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
기술적 과제를 해결하기 위해 안출된 본 발명에 따른 양자점 합성 장치는 양자점을 형성하기 위한 전구체 용액을 공급하는 하나 이상의 펌프, 상기 펌프로부터 공급된 상기 전구체 용액을 혼합하는 믹서, 상기 믹서에서 혼합된 혼합용액이 유입되어 유동하는 유로 및 상기 유로가 외주면을 감싸도록 구비되어 상기 유로를 유동하는 상기 혼합용액에 열을 전달하여 가열하는 가열유닛을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가열유닛은 원기둥의 형태로 형성되고, 상기 유로는 상기 가열유닛을 나선형태로 복수 권취될 수 있다.
그리고, 상기 유로는 상기 가열유닛과 접촉하는 면이 평면으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 가열유닛은 열을 발생시키는 열원부 및 상기 열원부의 중심으로부터 동일한 두께로 상기 열원부를 감싸는 열전달부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 가열유닛의 일측에 온도센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 내열성이 높고, 상면에 상기 가열유닛이 구비되는 베이스플레이트 및 상기 베이스플레이트의 상면에 상기 가열유닛과 소정 간격 이격되어 구비되는 길이조절부를 더 포함하며, 상기 가열유닛의 적어도 일부를 감싼 상기 유로의 유입부 및 배출부 중 적어도 어느 하나가, 상기 길이조절부의 적어도 일부를 감싸도록 구비될 수 있다.
여기서, 상기 길이조절부는 상기 가열유닛을 기준으로 회전 가능하게 구비될 수 있다.
이때, 상기 베이스플레이트는 상기 길이조절부가 회전하는 궤도를 따라 슬라이딩홈이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 양자점 합성 장치에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 양자점 합성 과정 중 열처리 과정에서 가해지는 열의 분포를 줄여 일정한 온도의 열을 지속적으로 가할 수 있다.
둘째, 유로가 가열유닛의 외주면을 감싸는 횟수를 조절하여 열처리 시간을 간편하게 조절할 수 있어, 양자점을 합성하기 위한 최적의 조건을 맞추기 용이하다.
이러한 본 발명에 의한 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 양자점 합성 장치 제1 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 양자점 합성 장치에서 가열유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 양자점 합성 장치 제2 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 양자점 합성 장치 제2 실시예의 사용양태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 양자점 합성 장치 제2 실시예의 변형예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
아울러, 본 발명을 설명하는데 있어서, 전방/후방 또는 상측/하측과 같이 방향을 지시하는 용어들은 당업자가 본 발명을 명확하게 이해할 수 있도록 기재된 것들로서, 상대적인 방향을 지시하는 것이므로, 이로 인해 권리범위가 제한되지는 않는다고 할 것이다.
<제1 실시예>
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 양자점 합성 장치 제1 실시예의 구성 및 효과에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
여기서, 도 1은 본 발명에 따른 양자점 합성 장치 제1 실시예의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 양자점 합성 장치에서 가열유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 양자점 합성 장치는 펌프(100), 믹서(200), 유로(300) 및 가열유닛(400)을 포함할 수 있다.
펌프(100)는 양자점을 형성하기 위한 전구체 용액을 공급하는 구성으로, 전구체 용액의 종류별로 각각 구비될 수 있다.
이러한 펌프(100)의 구성은 일반적으로 사용되는 펌프(100)가 범용적으로 적용될 수 있으며, 각 전구체 용액의 공급량을 조절할 수 있도록 구성되는 것이 유리할 수 있다.
한편, 믹서(200)는 전술한 펌프(100)로부터 공급된 각 전구체 용액을 혼합하는 구성으로, 각 전구체 용액이 고르게 혼합되도록 믹싱하여 혼합용액을 제조할 수 있다.
또한, 믹서(200)는 공급되는 각 전구체 용액의 비율을 조절하며 혼합하는 역할을 수행할 수도 있다.
이러한 믹서(200)의 구성은 각 전구체 용액을 혼합하며, 일측이 후술하는 유로(300)와 연결되어 혼합용액을 유로(300)로 공급하도록 마련된다면 그 구성은 제한되지 않고 다양할 수 있다.
한편, 유로(300)는 전술한 믹서(200)에서 혼합된 혼합용액이 유입되어 이동하는 통로의 역할을 수행하는 구성으로, 본 실시예에서는 변형이 용이하고, 열전달율이 높은 소재로 형성되는 것이 유리할 수 있다.
이러한 유로(300)는 후술하는 가열유닛(400)의 둘레를 감싸도록 구비되는데, 이때, 유로(300) 및 가열유닛(400)의 접촉면적을 늘리기 위하여, 유로(300)의 일측이 평면으로 형성되는 것이 유리할 수 있다.
이러한 형태의 유로(300)는 내부에서 유동하는 혼합용액이 가열되는 효율을 상승시키는 효과를 얻을 수 있다.
이때, 유로(300)는 가열유닛(400)에 권취되는 횟수를 조절함으로써 유로(300)의 내부를 유동하는 혼합용액의 가열시간을 조절할 수 있다.
이와 같이, 유로(300)가 권취되는 횟수에 따라 가열시간이 조절되어 최종적으로 혼합용액의 가열량이 조절됨으로써, 혼합용액을 사용자가 원하는 크기의 양자점으로 합성할 수 있다.
즉, 이러한 구성을 통해 본 발명에 따른 양자점 합성 장치가 양자점을 합성하기 위한 최적의 조건을 유지하며, 다양한 변수에 즉각적으로 대응할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
유로(300)의 구성 역시 본 실시예에 제한되지 않으며, 후술하는 가열유닛(400)에서 발생하는 열을 전달받아 내부의 혼압용액으로 전달하도록 마련된다면 그 형태 및 구성은 다양할 수 있다.
한편, 가열유닛(400)은 전술한 유로(300)가 외주면을 감싸도록 구비되어 유로(300)를 통해 유로(300)의 내부에서 유동하는 혼합용액에 열을 전달하여 가열하는 구성으로, 전기를 통해 열을 발생시키는 등 다양한 방법을 통해 열을 발생시킬 수 있다.
본 실시예에서 가열유닛(400)은 원기둥의 형태로 형성되며, 유로(300)는 가열유닛(400)을 나선형태로 복수 권취되도록 구비될 수 있다.
이러한 구성은 가열유닛(400) 자체의 부위별 온도편차를 줄여 상대적으로 균일한 온도의 열을 가할 수 있으므로, 보다 안정적으로 양자점을 합성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 가열유닛(400)은 열원부(410) 및 열전달부(420)를 포함하여 구성될 수 있다.
열원부(410)는 열을 발생시키는 구성으로, 전기 등의 동력을 공급받아 자체적으로 발열하도록 구성될 수 있으며, 전체적으로 고르게 발열하는 것이 유리할 수 있다.
열전달부(420)는 전술한 열원부(410)의 적어도 일부를 감싸도록 형성되며, 이때 열원부(410)의 중심에서부터 동일한 두께로 열원부(410)를 감싸는 것이 유리할 수 있다.
일 실시예로, 열원부(410)는 원형단면을 갖는 막대 형상으로 이루어지고, 열전달부(420)는 열원부(410)의 횡단면 중심을 중심축으로 하는 원기둥 형상으로 이루어져, 열원부(410)의 측면을 전체적으로 감싸도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 가열유닛(400)이 전체적으로 원기둥의 형상으로 이루어짐으로써 유로(300)의 권취가 용이해질 수 있다.
또한, 열전달부(420)는 열원부(410)에서 발생한 열을 공급받아 열전달부(420)의 외부 표면으로 전달하기 위하여, 열전도율이 높은 소재로 형성되는 것이 유리할 수 있다.
이러한 가열유닛(400)의 구성은 직접적으로 열을 발생시키는 열원부(410)가 열원부(410)의 부위별로 고르지 못한 온도의 열을 발생시키는 경우에도, 열전달부(420)를 통해 열이 전달되며 열전달부(420)의 외부 표면은 상대적으로 고른 온도분포 상태를 나타낼 수 있다.
따라서, 유로(300)의 내부에서 유동하는 혼합용액을 상대적으로 균일한 온도로 가열할 수 있으므로, 보다 안정적으로 양자점을 합성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이러한 가열유닛(400)의 구성 역시 본 실시예에 제한되지 않고, 전체적으로 고르게 열을 발생시키고, 유로(300)가 주변을 감싸도록 마련된다면 그 형태 및 구성은 제한되지 않고 다양할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 양자점 합성 장치는 가열유닛(400)의 일측에 온도센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이러한 온도센서는 사용양태에 따라 가열유닛(400)의 일측에 규칙적으로 배열되거나, 불규칙적으로 배치되어 가열유닛(400)의 온도분포를 확인할 수도 있다.
온도센서는 일반적으로 사용되는 온도센서를 적용할 수 있으며, 고온에 의해 파손되지 않는 온도센서를 적용하는 것이 유리할 수 있다.
이러한 온도센서는 실시간으로 가열유닛(400)의 온도를 측정하여 사용자 및 별도의 제어장치 등에 데이터를 제공하거나, 별도의 저장장치 등에 데이터를 저장할 수 있다.
이러한 온도센서의 구성을 통해 본 발명에 따른 양자점 합성 장치가 양자점을 합성하기 위한 최적의 온도조건을 유지하며, 다양한 변수에 대해 가열유닛(400)의 온도를 변화하는 등의 즉각적으로 대응을 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
<제2 실시예>
이어서, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 양자점 합성 장치 제2 실시예의 구성 및 효과에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
여기서, 도 3은 본 발명에 따른 양자점 합성 장치 제2 실시예의 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 양자점 합성 장치 제2 실시예의 사용양태를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 양자점 합성 장치 제2 실시예의 변형예를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 양자점 합성 장치의 제2 실시예는 펌프(500), 믹서(600), 유로(700), 가열유닛(800), 베이스플레이트(900) 및 길이조절부(1000)를 포함할 수 있다.
이때, 펌프(500), 믹서(600), 유로(700) 및 가열유닛(800)의 구성은 전술한 본 발명에 따른 양자점 합성 장치 제1 실시예의 펌프(100), 믹서(200), 유로(300) 및 가열유닛(400)과 동일한 구성이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
베이스플레이트(900)는 상면에 가열유닛(800)이 안착될 수 있도록 가열유닛(800)보다 상대적으로 넓은 면적을 갖도록 이루어지고, 가열유닛(800)에서 발생하는 열을 견딜 수 있도록 내열성이 높은 소재로 형성되는 것이 유리할 수 있다.
한편, 길이조절부(1000)는 전술한 베이스플레이트(900)의 상면에 가열유닛(800)과 소정 간격으로 이격되며, 가열유닛(800)을 감싸는 유로의 일부가 길이조절부(1000)를 감싸도록 구비될 수 있다.
보다 구체적으로, 가열유닛(800)을 감싸도록 구비된 유로(700)는, 믹서(600)로부터 혼합용액을 공급받는 유입부 및 가열유닛(800)에 의해 가열된 혼합용액이 배출되는 배출부로 구성된다.
이러한 구성으로 이루어진 유로(700)의 중심부 일측은 가열유닛의 적어도 일부를 감싸도록 구비되고, 유입부 및 배출부 중 적어도 어느 하나가 길이조절부(1000)의 적어도 일부를 감싸도록 구비될 수 있다.
본 실시예에서, 유로(700)는 믹서(600)측으로부터 연결된 유로(700)가 가열유닛(800)을 나선형태로 복수 권취된 후, 길이조절부(1000) 측으로 연결되어 길이조절부(1000)의 일부를 감싸도록 배치될 수 있다.
이러한 길이조절부(1000)의 구성은 가열유닛(800)과 접촉하는 유로(700)의 일부를 지지하며 가열유닛(800) 및 유로(700)를 이격시켜, 유로(700)가 가열유닛(800)에 복수 권취되어 가열유닛(800)과 접촉하는 길이를 줄일 수 있다.
따라서, 가열유닛(800)에 의해 유로(700) 내부의 혼합용액이 가열되는 열처리 시간을 조절할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 길이조절부(1000)는 가열유닛(800)을 기준으로 회전가능하게 구비될 수 있다.
본 실시예에서는, 베이스플레이트(900)의 일측에는 길이조절부(1000)가 안정적으로 회전할 수 있도록 길이조절부(1000)의 회전 경로를 제공하는 슬라이딩홈(910)이 형성될 수 있다.
즉, 길이조절부(1000)가 가열유닛(800)을 기준으로 회전하는 궤도를 따라 슬라이딩홈(910)이 형성될 수 있다.
길이조절부(1000)는 하부 일부가 슬라이딩홈(910)의 내부로 삽입되어 슬라이딩홈(910)을 따라 이동하기 때문에 안정적으로 회전할 수 있다.
이러한 구성은, 길이조절부(1000)에 의해 가열유닛(800)과 상호 이격되는 유로(700)의 길이를 보다 정교하게 조절할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이러한 길이조절부(1000)의 사용양태에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 길이조절부(1000)의 위치에 따라 길이조절부(1000)가 유로(700)와 접촉하지 않은 상태에서는 유로(700)가 가열유닛(800)과 가장 긴 길이로 접촉할 수 있다.
이때, 길이조절부(1000)가 슬라이딩홈(910)을 따라 이동하면, 길이조절부(1000)가 유로(700)와 접촉하게 되고, 길이조절부(1000)가 유로(700)를 지탱하며 지속적으로 이동하면서 가열유닛(800)에 권취되어 가열유닛(800)과 접촉하고 있는 유로(700)의 일부가 가열유닛(800)과 상호 이격될 수 있다.
따라서, 유로(700)가 가열유닛(800)과 접촉하는 길이가 줄어들고, 가열유닛(800)에 의해 유로(700) 내부의 혼합용액이 가열되는 시간이 줄어들 수 있다.
이러한 구성은 본 발명에 따른 양자점 합성 장치가 양자점을 합성하기 위한 최적의 조건을 유지하기 위하여, 다양한 변수에 즉각적으로 대응할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 양자점 합성 장치 제2 실시예의 변형예는 전술한 길이조절부(1000)를 복수개 포함할 수 있다.
하나의 길이조절부(1000)가 슬라이딩홈(910)을 따라 이동하면서 유로(700)를 가열유닛(800)과 이격시킬 때, 일정 거리 이상 이동하게 되면 이격되었던 유로(700)가 다시 가열유닛(800)과 접촉할 수 있다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수개의 길이조절부(1000)가 유로(700)를 지탱하며 가열유닛(800)과 상호 이격시켜, 상대적으로 더 긴 유로(700)를 지탱하여 가열유닛(800)과 이격시킬 수 있다.
이러한 구성은 양자점을 합성하는 과정에서 열처리의 시간을 조절할 수 있는 폭이 더 커지는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 양자점 합성 장치의 제2 실시예도 전술한 제1 실시예와 같이 가열유닛(800)의 일측에 온도센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.
온도센서의 구성은 전술한 제1 실시예의 온도센서와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이러한 온도센서의 구성은 전술한 제1 실시예와 마찬가지로, 본 발명에 따른 양자점 합성 장치가 양자점을 합성하기 위한 최적의 조건을 유지하며, 다양한 변수에 즉각적으로 대응할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이상 설명한 바와 같이 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100, 500 : 펌프
200, 600 : 믹서
300, 700 : 유로
400, 800 : 가열유닛
410 : 열원부 420 : 열전달부
900 : 베이스플레이트
910 : 슬라이딩홈
1000 : 길이조절부

Claims (8)

  1. 양자점을 형성하기 위한 전구체 용액을 공급하는 하나 이상의 펌프;
    상기 펌프로부터 공급된 상기 전구체 용액을 혼합하는 믹서;
    상기 믹서에서 혼합된 혼합용액이 유입되어 유동하는 유로; 및
    상기 유로가 외주면을 감싸도록 구비되어 상기 유로를 유동하는 상기 혼합용액에 열을 전달하여 가열하는 가열유닛;
    을 포함하며,
    상기 가열유닛은 열을 발생시키는 열원부 및 상기 열원부의 중심으로부터 동일한 두께로 상기 열원부를 감싸는 열전달부를 포함하는 원기둥의 형태로 형성되어, 상기 열전달부 표면의 온도분포가 고르게 형성되고,
    상기 유로는 상기 가열유닛을 나선형태로 복수 권취되는 양자점 합성 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유로는 상기 가열유닛과 접촉하는 면이 평면으로 형성되는 양자점 합성 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가열유닛의 일측에 온도센서를 더 포함하는 양자점 합성 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    내열성이 높고, 상면에 상기 가열유닛이 구비되는 베이스플레이트 및
    상기 베이스플레이트의 상면에 상기 가열유닛과 소정 간격 이격되어 구비되는 길이조절부를 더 포함하며,
    상기 가열유닛의 적어도 일부를 감싼 상기 유로의 유입부 및 배출부 중 적어도 어느 하나가, 상기 길이조절부의 적어도 일부를 감싸도록 구비되는 양자점 합성 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 길이조절부는 상기 가열유닛을 기준으로 회전 가능하게 구비되는 양자점 합성 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 베이스플레이트는 상기 길이조절부가 회전하는 궤도를 따라 슬라이딩홈이 형성되는 양자점 합성 장치.
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