[화학실험보고서] 저온에서 안정한 CdSe/CdS Core/Shell 합성

목차

Ⅰ. Introduction
1. 설계 배경
2. 설계 목적
3. 설계 제한범위

Ⅱ. Experiment
1. 시약 및 기기
2. CdSe core 합성
3. CdSe/CdS core/shell 합성

Ⅲ. Results and Discussion
1. CdSe core
2. CdSe/CdS core/shell

Ⅳ. Conclusion and Consideration

Ⅴ. References

본문내용

1-1. 설계 배경
물질이 exciton 보어 반지름 크기 이내로 작아지면 양자 구속 효과(Quantum confinement effect)가 나타나게 된다. 이렇게 에너지 준위가 양자화 되면서 밴드갭 에너지(Band gap energy)가 벌크 상태의 것에서 점점 커지는 무기화합물 나노입자를 양자점(Quantum dot)이라고 부른다. 1970년대 벨 연구소의 루이스 브루스(Louis Bruce) 교수가 콜로이드 양자점을 처음 발견한 이후 현재까지 양자점에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
이렇게 양자점은 그 크기를 조절함으로써 흡수 가능한 빛의 파장대를 설정할 수 있다는 장점을 갖고 있어 다양한 산업 분야에서 응용되고 있다. BLU(Back light unit)를 활용한 기존의 LCD와는 달리, 자체 발광으로 선명한 화질을 구현하는 데 이용될 수 있다는 점에서 차세대 디스플레이 분야에서 주목 받고 있다. 그 외에도 태양전지, 양자컴퓨터, 나아가 의료 분야에서의 신체 내 표적 물질에 대한 탐침 등 그 활용 분야가 더욱 확대되는 중이다.
일반적으로 양자점은 표면에 생기는 dangling bond에 의해 산화에 매우 취약하며, 그 때문에 양자점의 양자 수율이 감소한다. 양자 수율 감소를 최소화하는 방안으로 양자점 core 표면에 shell을 쌓는 방법이 통용되며, 그렇게 형성된 core/shell 구조는 band gap alignment에 의해 크게 2가지 형태로 분류된다. Type-Ⅰ의 경우 core의 band gap이 상대적으로 크기가 더 큰 shell의 band gap에 의해 둘러싸인 형태를 말한다. 전자와 정공의 움직임이 모두 core 내부로 국한되면 core에서 전자와 정공의 재결합이 유도된다. 그래서 Type-Ⅰ은 디스플레이의 발광층 재료로 많이 활용된다. Type-Ⅱ는 core의 band gap에 shell의 bond gap을 엇갈리게 배치하는 구조이다. 이때는 전자와 정공이 각각 core와 shell에 분리되어 위치하게 된다.

참고 자료

이강하, 우주영, 김휘영, 이도창. 양자점의 광물리적 특성. 고분자 과학과 기술 Vol.23, No.5, 486-492.
Reiss, P.; Protiere, M.; Li, L., Core/Shell Semiconductor Nanocrystals, Small 2009, 5, 154.
The Semiconductors-information web-site. http://www.semiconductors.co.uk (accessed Dec 20, 2017).
Jacek Jasieniak, Craig Bullen, Joel van Embden, and Paul Mulvaney. Phospine-Free Synthesis of CdSe Nanocrystals. J. Phys. Chem. B, Vol. 109, No. 44, 2005, 20665-20668.
W. William Yu, Lianhua Qu, Wenzhuo Guo, and Xiaogang Peng. Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals. Chem. Mater. 2003, 15 (14), 2854–2860.
Suzanne Fery-Forgues and Dominique Lavabre. Are Fluorescence Quantum Yields So Tricky to Measure? A Demonstration Using Familiar Stationery Products, Journal of Chemical Education Vol. 76 No. 9, September 1999, 76 (9), 1260.
Dingan Chen, Fei Zhao, Hang Qi, Michael Rutherford, Xiaogang Peng, Bright and Stable Purple/Blue Emitting CdS/ZnS Core/Shell Nanocrystals Grown by Thermal Cycling Using a Single-Source Precursor, 2010, 22 (4), 1437–1444
De Mello Donegá, C., Liljeroth, P. and Vanmaekelbergh, D., Physicochemical Evaluation of the Hot-Injection Method, a Synthesis Route for Monodisperse Nanocrystals, 2005, 1(12), 1152-1162
Xiaogang Peng, Michael C. Schlamp, Andreas V. Kadavanich, and A. P. Alivisatos, Epitaxial Growth of Highly Luminescent CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals with Photostability and Electronic Accessibility, Journal of the American Chemical Society, 1997, 119 (30), 7019–7029.
Andrew M. Smith and Shuming Nie, Semiconductor Nanocrystals: Structure, Properties, and Band Gap Engineering, 2009.