KR101765243B1 - 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유 및 이의 제조방법 - Google Patents

반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

고분자, 반도체 나노 결정의 전구체(precursor) 화합물 및 용매를 포함하는 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물이 제공된다.

Description

반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유 및 이의 제조방법{SEMICONDUCTOR NANOCRYSTAL-POLYMER COMPOSITE POLYMER AND METHOD OF PREPARING THE SAME}
반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유 및 이의 제조방법이 제공된다.
반도체 나노 결정(semiconductor nanocrystal, quantum dot 이라고도 함)은 수 나노 크기의 결정 구조를 가진 반도체 물질로서, 수백에서 수천 개 정도의 원자로 구성되어 있다.
반도체 나노 결정은 크기가 매우 작기 때문에 단위 부피당 표면적이 넓고, 양자 구속(quantum confinement) 효과 등을 나타낸다. 따라서 반도체 물질 자체의 고유한 특성과는 다른 독특한 물리화학적 특성을 나타낸다.
특히, 반도체 나노 결정의 크기 및 조성을 조절함으로써 에너지 밴드 갭의 조절이 가능하고 색순도가 높은 발광특성을 가지고 있으므로, 디스플레이 소자, 에너지 소자 또는 생체 발광 소자 등으로의 다양한 응용 개발이 이루어지고 있다.
그러나 반도체 나노 결정은 제조 공정 자체가 매우 복잡하고 공정비용이 높고 제조된 반도체 나노 결정의 안정성도 낮다.
본 발명의 일 측면은 반도체 나노 결정을 간단한 공정으로 제조할 수 있는 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물을 이용한 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 측면은 물성이 개선된 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유를 제공한다.
본 발명의 또다른 측면은 상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유를 포함하는 소자를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고분자, 반도체 나노 결정의 전구체(precursor) 화합물 및 용매를 포함하는 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물로부터 제조되고, 상기 반도체 나노결정은 II족-VI족(12족-16족) 화합물, III족-V족(13족-15족) 화합물, IV족-VI족(14족-16족) 화합물 및 IV족(14족) 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유가 제공된다.
상기 고분자는 열가소성 고분자 및 전기 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 고분자일 수 있다. 상기 열가소성 고분자로는 폴리비닐카바졸, 폴리비닐알코올, 방향족 비닐계 모노머의 중합체, 폴리올레핀, 폴리라우릴(메타)아크릴레이트(polylaurylmethacrylate), 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리(메타)아크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리알킬렌글리콜, 키토산 및 폴리비닐피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 들 수 있다. 상기 전기 전도성 고분자로는 폴리아닐린, 폴리페닐렌, 폴리피롤, 폴리아세틸렌, 폴리아센(polyacene), 폴리티오펜, 폴리알킬티오펜, 폴리페닐렌, 폴리(페닐렌 설파이드), 폴리(비닐렌페닐렌) 및 폴리퓨란으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 들 수 있다.
상기 반도체 나노 결정의 전구체 화합물은 반도체 나노 결정을 구성하는 각 원소를 포함하는 염일 수 있다. 상기 반도체 나노 결정을 구성하는 각 원소는 II족 원소, VI족 원소, III족 원소, V족 원소, IV족 원소, VI족 원소, IV족 원소 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 용매는 유기 용매일 수 있으며, 이들의 예로는 스티렌; 클로로포름; 톨루엔; 디메틸 포름알데히드; 테트라하이드로퓨란; 디메틸설폭사이드; 아크릴레이트; N-메틸-2-피롤리돈; N,N-디메틸포름아미드; N,N-디메틸아세트아미드; 메탄올, 에탄올, 2-메틸-1-부탄올 및 2-메틸-2-부탄올로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 알코올; γ-부티로락톤, 사이클로헥사논, 3-헥사논, 3-헵타논, 3-옥타논, 아세톤 및 메틸 에틸 케톤으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 케톤; 테트라하이드로퓨란; 및 트리클로로에탄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 들 수 있다.
상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물은 무기물 전구체를 더 포함할 수 있다. 상기 무기물 전구체는 Si, Ti, Zn, In, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 화합물일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 고분자, 반도체 나노 결정의 전구체(precursor) 화합물 및 용매를 포함하는 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물을 제공하고, 상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물을 방사한 후 열처리하는 공정을 포함하는 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유의 제조방법이 제공된다.
상기 방사 공정은 전기방사(electrospinning), 습식방사, 복합방사(conjugate spinning), 플래시방사(plash spinning) 및 멜트블로운 방사(melt blown spinning)로 이루어진 군에서 선택되는 공정으로 실시할 수 있다.
상기 열처리 공정은 약 150℃ 내지 약 300℃의 온도에서 실시할 수 있다. 또한 약 10분 내지 약 1시간 열처리 공정을 실시할 수 있다.
본 발명의 또다른 측면은 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유 및 이를 포함하는 소자를 제공한다.
상기 소자는 발광다이오드 소자, 메모리 소자, 레이저 소자, 광전소자, 유기 광전소자, 태양전지 또는 생체 발광표지소자일 수 있다.
상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유는 간단한 제조공정에 의하여 제조될 수 있으며 제조 공정비용이 낮고 비표면적이 높아 발광면적의 증가로 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 나노 복합 입자를 포함하는 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 나노 복합 입자를 포함하는 광 전환형 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 3은 실시예 1 내지 3에 따라 전기 방사된 나노섬유를 각각 210℃, 240℃ 및 270℃에서 열처리하여 얻어진 반도체 나노 결정-고분자 복합체의 흡광도와 PL 강도를 보인 도면이다.
도 4는 270℃에서 열처리한 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유의 광학 현미경 사진이다
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 고분자, 반도체 나노 결정의 전구체 화합물 및 용매를 포함하는 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물이 제공된다.
상기 고분자는 열가소성 고분자 및 전기 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 고분자일 수 있다.
상기 열가소성 고분자로는 폴리(9-비닐카바졸)(poly(9-vinylcarbazole))과 같은 폴리비닐카바졸; 폴리비닐알코올; 방향족 비닐계 모노머의 중합체; 폴리올레핀; 폴리라우릴(메타)아크릴레이트(polylaurylmethacrylate); 폴리메틸(메타)아크릴레이트; 폴리에스테르; 폴리카보네이트; 폴리(메타)아크릴산; 폴리아크릴아마이드; 폴리알킬렌글리콜; 키토산 및 폴리비닐피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 방향족 비닐계 모노머로는 스티렌, 4-메틸 스티렌, 4-부톡시 스티렌, 1-메틸 스티렌, 1-메틸 4'-메틸 스티렌, 1-메틸 4'-부톡시 스티렌 등을 들 수 있다. 상기 폴리알킬렌 글리콜의 알킬렌은 C1 내지 C10의 알킬렌을 의미하며, 구체적인 예로는 폴리에틸렌 글리콜 또는 폴리프로필렌 글리콜을 들 수 있다. 상기 폴리올레핀의 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 들 수 있다.
상기 전기 전도성 고분자로는 폴리아닐린, 폴리페닐렌, 폴리피롤, 폴리아세틸렌, 폴리아센(polyacene), 폴리티오펜, 폴리알킬티오펜, 폴리페닐렌, 폴리(페닐렌 설파이드), 폴리(비닐렌페닐렌), 폴리퓨란 또는 이들의 조합을 들 수 있다.
상기 반도체 나노 결정의 전구체 화합물은 반도체 나노 결정을 구성하는 각 원소를 포함하는 염일 수 있다. 상기 반도체 나노 결정은 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물 및 IV족 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 따라서 상기 반도체 나노 결정을 구성하는 각 원소는 II족 원소, VI족 원소, III족 원소, V족 원소, IV족 원소, VI족 원소 및 IV족 원소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe 및 MgS으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe 및 MgZnS으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, 및 HgZnSTe 으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs 및 InSb 으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb 및 GaAlNP 으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs 및 InAlPSb 으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe 및 PbTe 으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe 및 SnPbTe 으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe 및 SnPbSTe으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 IV족 화합물은 Si 및 Ge으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 단원소 화합물; 및 SiC 및 SiGe 으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 용매는 유기 용매일 수 있으며, 이들의 예로는 스티렌; 클로로포름; 톨루엔; 디메틸 포름알데히드; 테트라하이드로퓨란; 디메틸설폭사이드; 아크릴레이트; N-메틸-2-피롤리돈; N,N-디메틸포름아미드; N,N-디메틸아세트아미드; 메탄올, 에탄올, 2-메틸-1-부탄올 및 2-메틸-2-부탄올로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 알코올; γ-부티로락톤, 사이클로헥사논, 3-헥사논, 3-헵타논, 3-옥타논, 아세톤 및 메틸 에틸 케톤으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 케톤; 및 트리클로로에탄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 들 수 있다.
상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물은 약 5 내지 30 중량%의 고분자, 약 10 내지 30 중량%의 반도체 나노 결정의 전구체 화합물 및 잔부의 용매를 포함할 수 있다. 상기 범위에서 사용되는 경우 발광효율이 증가된 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유를 얻을 수 있으며, 방사공정을 용이하게 실시할 수 있다.
상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물은 무기물 전구체를 더 포함할 수 있다. 상기 무기물 전구체는 Si, Ti, Zn, In 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 화합물일 수 있다. Si, Ti, Zn, In 및 Sn 으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 화합물의 예로는 이들 원소를 포함하는 알콕사이드, 황산염, 질산염, 염화물 등을 들 수 있다. 보다 구체적인 예로는 실리콘 옥사이드(silicon oxide), 트리에톡시실란(triethoxy silane), 트리메톡시실란(trimethoxy silane), 트리부톡시실란(tributhoxy silane), 소듐 실리케이트(sodium silicate), 타이타늄 아이소프로폭사이드(titanium isopropoxide), 타이타늄부톡사이드(titanium butoxide), 틴부톡사이드(tin butoxide), 징크 클로라이드(zinc chloride) 및 인듐 클로라이드(indium chloride)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다.
상기 무기물 전구체는 상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물 100 중량부에 대하여 약 5 내지 약 30 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 상기 범위로 사용되는 경우 반도체 나노 결정과 고분자의 결합력을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물을 방사한 후 열처리하는 공정을 포함하는 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유의 제조방법이 제공된다.
상기 방사 공정은 전기방사(electrospinning), 습식방사, 복합방사(conjugate spinning), 플래시방사(plash spinning) 및 멜트블로운 방사(melt blown spinning)으로 이루어진 군에서 선택되는 공정으로 실시할 수 있다. 예를 들어 전기방사의 경우 노즐을 통해 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물을 방사시킬 수 있으며 노즐의 내경과 전압조건을 조절하여 섬유의 직경을 조절할 수 있다. 노즐의 내경은 약 22G 내지 약 32G의 범위에 있을 수 잇고, 전압은 약 4V 내지 약 12V의 범위에서 인가될 수 있다.
상기 열처리 공정은 약 150℃ 내지 약 300℃의 온도에서 실시할 수 있다. 또한 약 10분 내지 약 1시간 열처리 공정을 실시할 수 있다. 상기 범위에서 실시하는 경우 반도체 나노 결정의 특성을 변화시키지 않으면서 비표면적이 높은 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유를 얻을 수 있다.
상기 제조방법에 의하여 고분자 나노섬유의 매트릭스에 반도체 나노 결정이 분산되어 존재하는 얻어진 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유가 얻어진다. 상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유의 직경은 약 50nm 내지 약 900nm의 범위에 있을 수 있고, 다른 예에서는 약 100nm 내지 약 300nm의 범위에 있을 수도 있다.
이와 같이 상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유는 반도체 나노 결정의 제조공정을 생략할 수 있어 간단한 제조공정에 의하여 제조될 수 있어 제조 공정비용을 낮출 수 잇다. 또한 상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유의 비표면적이 높아 발광면적의 증가로 소자의 효율을 증가시킬 수 있으며 산란(scattering) 효과에 의하여 소자의 효율을 증가시킬 수 있다.
방사공정에 의하여 상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유가 높은 전기장에 의해 비대칭적인(anisotropic) 특정 방향으로 스트레칭(stretching)되면서 형성되기 때문에, 반도체 나노 결정이 일정 방향성을 가지도록 배열될 수 있으며, 이는 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유의 전하 전달체(charge carrier)의 이동에 있어 보다 효과적인 경로를 제공한다.
상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유는 예를 들어 발광다이오드 소자, 메모리 소자, 레이저 소자, 광전소자, 유기 광전소자, 태양전지 등에 유용하게 사용할 수 있다. 또한 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유는 생체 발광표지소자 등의 생리학적 분야에도 응용할 수 있다.
그러면, 도 1을 참고하여 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유를 발광 재료로 포함하는 전류 구동형 발광 소자에 대하여 설명한다.
도 1은 상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유를 포함하는 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
발광 소자로는 전계 발광 소자(electroluminescent device)가 있다. 일례로, 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED)가 될 수 있다. 전계 발광 소자는 두 개의 전극 사이에 발광층을 형성하고, 2 개의 전극으로부터 각각 전자(electron)와 정공(hole)을 발광층 내로 주입시켜 전자와 정공의 결합에 따른 여기자(exciton)를 생성하고, 이 여기자가 여기 상태로부터 기저 상태로 떨어질 때 광이 발생하는 원리를 이용한 소자이다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 발광 표시 장치는 유기 기판(50) 위에 양극(anode)(52)이 위치한다. 상기 양극 물질로는 정공의 주입이 가능하도록 높은 일 함수(work function)를 갖는 물질로 이루어지는 것이 바람직한데, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐 산화물의 투명산화물 등이 사용될 수 있다. 양극(52) 위에는 정공 전달층(hole transport layer, HTL)(54), 발광층(emission layer, EL)(56), 전자 전달층(electron transport layer, ETL)(58)이 차례로 형성되어 있다. 정공 전달층(54)은 p 형 반도체를 포함할 수 있으며, 전자 전달층(58)은 n형 반도체 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 발광층(56)은 상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유를 포함한다.
전자 전달층(58) 위에는 음극(cathode)(60)이 형성되어 있다. 상기 음극 물질로는 통상 전자 전달층(58)으로 전자주입이 용이하도록 일 함수가 작은 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석, 납, 세슘, 바륨 등과 같은 금속 및 이들의 합금; LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Ca, LiF/Al, 및 BaF2/Ca과 같은 다층 구조 물질 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 양극(52), 정공 전달층(54), 발광층(56), 전자 전달층(58), 및 음극(60) 각각 을 제조하는 방법과 이들을 조립하는 방법 자체는 당해 분야에서 널리 알려진 사항이므로 본 명세서에서 자세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 발광 소자에 대하여 설명한다. 예를 들어, 도 2를 참고하여 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유를 발광 재료로 포함하는 광전환형(photoelectric) 발광 소자에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 광전환형 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
상기 광전환형 발광 소자는 Ag 등으로 이루어진 기판(104), 상기 기판(104) 위에 청색 또는 자외선 영역에 해당하는 발광 다이오드 칩(103), 상기 발광 다이오드 칩(103) 위에 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유(102)를 포함하는 매트릭스(100)가 형성되어 있다. 이때 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유(102)는 적색, 녹색, 청색 등의 나노 섬유를 포함할 수 있다. 또한 매트릭스(100)는 유기물 또는 무기물일 수 있다. 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유 (102)는 매트릭스(100) 내에 분산되어 존재하고, 기판(104)의 오목부에 도포되어 발광 다이오드 칩(103)을 덮는다.
상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유(102)는 발광 다이오드 칩(103)의 발광 에너지를 흡수한 후, 여기된 에너지를 다른 파장으로 빛으로 내보낸다. 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유(102)는 발광 파장이 다양하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 황색 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유와 청색 발광 다이오드 칩과 조합하면 하나의 백색 발광 다이오드를 제조할 수 있다. 또는 적색 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유와 녹색 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유를 청색 발광 다이오드 칩과 조합하면 하나의 백색 발광 다이오드를 제조할 수 있다. 또는 적색, 녹색 및 청색 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유와 자외선 발광 다이오드 칩을 조합하면 하나의 백색 발광 다이오드를 제조할 수 있다. 또는 다양한 파장을 발광할 수 있는 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유와 발광 다이오드 칩을 조합하면, 여러 가지 파장의 빛을 나타내는 발광 다이오드를 제조할 수 있다.
또한 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유에서 고분자가 먼저 고분자가 여기되고 이 에너지가 반도체 나노 결정에 전달되고 이렇게 전달된 에너지에 의해 반도체 나노결정이 여기될 수도 있다. 이러한 고분자로는 폴리(9-비닐카바졸)(poly(9-vinylcarbazole))과 같은 폴리비닐카바졸, 폴리라우릴(메타)아크릴레이트(polylaurylmethacrylate) 등이 있다.
이하 실시예를 통해서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유의 제조
실시예 1-3
폴리비닐카바졸 30 중량%, 반도체 나노결정 전구체로 카드뮴 아세테이트와 10 중량% 및 트리스(3-히드록시프로필)포스핀 셀레늄 10 중량%, 실리콘 전구체로 실리콘 화합물 40 중량%를 스티렌 892ml에 녹이고 완전히 녹여 균질한(homogeneous) 상태의 용액을 제조한다. 이 용액 중 0.2ml을 취하여 주사기에 넣은 후, 시린지 펌프를 사용하여 일정한 속도(0.4ml/h)로 노즐 밖으로 밀어낸다. 노즐 밖으로 점도가 높은 고분자 혼합 용액 액적이 형성되었을 때, 노즐에 4V의 전압을 인가하여, 매우 가는 섬유가 생성되면서 방사된다. 방사된 나노섬유들은 노즐과 접지된 콜렉터(collector) 사이에 생성된 전기장을 따라 날아가고 콜렉터 쪽에 기판으로 사용될 글래스(glass)를 위치시켜 전기 방사되어 나온 나노섬유를 얻는다.
전기 방사된 나노섬유를 각각 210℃, 240℃ 및 270℃에서 열처리하여 얻어진 반도체 나노 결정-고분자 복합체의 흡광도와 PL 강도를 측정하여 도 3에 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이 열처리 온도에 따라 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유의 발광 스펙트럼이 조절됨을 알 수 있다.
270℃에서 열처리한 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유의 광학 현미경 사진을 도 4에 도시한다. 도 4로부터 나노 섬유가 형성되었음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

  1. 고분자, 반도체 나노 결정의 전구체(precursor) 화합물 및 용매를 포함하는 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물로부터 제조되고,
    상기 반도체 나노결정은 II족-VI족(12족-16족) 화합물, III족-V족(13족-15족) 화합물, IV족-VI족(14족-16족) 화합물 및 IV족(14족) 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자는 열가소성 고분자 및 전기 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열가소성 고분자는 폴리비닐카바졸, 폴리비닐알코올, 방향족 비닐계 모노머의 중합체, 폴리올레핀, 폴리라우릴(메타)아크릴레이트(polylaurylmethacrylate), 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리(메타)아크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리알킬렌글리콜, 키토산 및 폴리비닐피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전기 전도성 고분자는 폴리아닐린, 폴리페닐렌, 폴리피롤, 폴리아세틸렌, 폴리아센(polyacene), 폴리티오펜, 폴리알킬티오펜, 폴리페닐렌, 폴리(페닐렌 설파이드), 폴리(비닐렌페닐렌) 및 폴리퓨란으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 나노 결정의 전구체 화합물은 II족 원소, VI족 원소, III족 원소, V족 원소 및 IV족 원소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 염인 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용매는 유기 용매인 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용매는 스티렌; 클로로포름; 톨루엔; 디메틸 포름알데히드; 테트라하이드로퓨란; 디메틸설폭사이드; 아크릴레이트; N-메틸-2-피롤리돈; N,N-디메틸포름아미드; N,N-디메틸아세트아미드; 메탄올, 에탄올, 2-메틸-1-부탄올 및 2-메틸-2-부탄올로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 알코올; γ-부티로락톤, 사이클로헥사논, 3-헥사논, 3-헵타논, 3-옥타논, 아세톤 및 메틸 에틸 케톤으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 케톤; 테트라하이드로퓨란; 및 트리클로로에탄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물은 무기물 전구체를 더 포함하는 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무기물 전구체는 Si, Ti, Zn, In 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 화합물인 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유.
  10. 고분자, 반도체 나노 결정의 전구체(precursor) 화합물 및 용매를 포함하는 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물을 제공하고,
    상기 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유용 조성물을 방사한 후 150℃ 내지 300℃의 온도에서 열처리하여 반도체 나노결정-고분자 복합체 섬유를 제조하는 공정
    을 포함하고,
    상기 반도체 나노결정은 II족-VI족(12족-16족) 화합물, III족-V족(13족-15족) 화합물, IV족-VI족(14족-16족) 화합물 및 IV족(14족) 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 방사 공정은 전기방사(electrospinning), 습식방사, 복합방사(conjugate spinning), 플래시방사(plash spinning) 및 멜트블로운 방사(melt blown spinning)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 공정으로 실시되는 것인 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 열처리 공정은 10분 내지 1시간 동안 실시되는 것인 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유의 제조방법.
  14. 제1항 내지 제9항중 어느 하나의 항에 따른 반도체 나노 결정-고분자 복합체 섬유를 포함하는 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 소자는 발광다이오드 소자, 메모리 소자, 레이저 소자, 광전소자, 유기 광전소자, 태양전지 또는 생체 발광표지소자인 소자.
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