複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子及びその製造方法
【課題】 高い結晶化度、均一な大きさ、高い化学的安定性を有する磁性体コア−半導体シェル（例えば、マグネタイト−カドミウムセレナイド（Ｆｅ３Ｏ４＠ＣｄＳｅ））ナノ粒子及びこれを合成する方法を提供する。
【解決手段】 コア−シェル構造は、マグネタイトの前駆体を還元して、コアに該当するマグネタイトシードを形成した後、連続的にＣｄＳｅ前駆体を還元してマグネタイト上にＣｄＳｅをコーティングする過程により複合機能マグネタイト−カドミウムセレナイドナノ結晶を合成する。
【解決手段】 コア−シェル構造は、マグネタイトの前駆体を還元して、コアに該当するマグネタイトシードを形成した後、連続的にＣｄＳｅ前駆体を還元してマグネタイト上にＣｄＳｅをコーティングする過程により複合機能マグネタイト−カドミウムセレナイドナノ結晶を合成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体コア−半導体シェルナノ結晶を合成する方法に関し、高い結晶化度、均一な大きさ、高い化学的安定性を有する磁性体コア−半導体シェルナノ粒子及びこれを合成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性ナノ粒子の化学的合成が可能になるにつれて、高密度磁気記録、センサ、触媒など様々な分野などに応用できるようになった。特に、マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）ナノ粒子は、独特な物理化学的特性のため、磁性材料の中で独歩的な位置を占めており、電荷整列（charge ordering）、混合原子価（mixed valence）、そしてフェルヴェイ（Verwey）遷移として知られている金属−絶縁体転移現象のような物理現象について多くの研究が進められている。
【０００３】
最近では、生命科学に対する研究が盛んになるに伴い、マグネタイトが持っている卓越した生体適合性により、他の形態の鉄酸化物と共にマグネタイトに対する生物学的応用可能性に対する研究が幅広く進められている。
【０００４】
また、磁界により位置を制御することができる磁性ナノ粒子に特定に機能する材料をコーティングして、コアシェル構造にする研究が盛んに進められている。
【０００５】
特に、半導体物質でコーティングする場合、触媒の機能を付与することができるだけでなく、発光特性を強化させ、ナノ粒子の表面を保護することができ、優れた加工性と光学的酸化に対する安定性向上、バイオ物質との重合を可能にするなどの多くの機能を追加する。このような磁性−半導体コアシェル構造は、磁性特性、半導体特性、無機物、有機物の有する物性、金属から誘電体の全分野に達するまで多様な機能を有することができ、高密度の貯蔵媒体、生命及び医学、磁性貯蔵、触媒、磁性流体（Ferro fluids）のような分野において多様な潜在的な機能性を見せることと期待される。
【０００６】
一方、ＣｄＳｅは、高効率の発光半導体の量子点材料である。よって、この２つの材料をコアシェル構造に合成したナノ粒子は、各々の材料が持っている磁気的、光学的性質の両方を有した新しいナノ材料であって、既存の個別材料のナノ構造が持っていた単一機能の限界を超えて、複合機能性と向上した性能を有するようになる。
【０００７】
したがって、光学的な元素検知が可能で、磁界による位置移動が可能であるから、バイオ分離（bio-separation）、バイオ操作（bio-manipulation）、バイオ分析（bio-assaying）、ベクトル伝達体（vector delivery）、特定物質の検出（specific detection）などに応用できるＦｅ3Ｏ4／ＣｄＳｅコア−シェルナノ粒子の製造が要求される。また、同じ理由でＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＴｅ、Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳ、及びＣｏＰｔ＠ＣｄＳｅ、ＦｅＰｔ＠ＣｄＳｅなどの磁性体−半導体コア−シェルナノ粒子の製造が要求される。
【０００８】
また、応用可能性を高めるために、高い結晶化度、均一な大きさ、高い化学的安定性を有し、磁性的な性質と半導体的な性質を共に有する磁性体−半導体コア−シェルナノ粒子を製造することができる技術が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、磁性的な性質と半導体的な性質を共に有する磁性体−半導体コア−シェル複合機能ナノ粒子及びこれを合成する製造方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、高い結晶化度、均一な大きさ、高い化学的安定性を有し、磁性体−半導体コア−シェル複合機能ナノ粒子及びこれを合成する製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成すべく、本発明に係る複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子を製造する方法は、磁性体コア物質の前駆体と前記コア物質の前駆体の還元剤とを混合するステップと、前記磁性体コア物質の前駆体と前記還元剤の溶媒を混合して、第１混合溶液を形成するステップと、前記第１混合溶液を第１温度まで加熱し、第１時間の間に維持するステップと、前記第１混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質を形成するステップと、前記磁性体コア物質に半導体シェル物質の前駆体と前記半導体シェル物質の前駆体の還元剤とを混合するステップと、前記半導体シェル物質の前駆体と前記還元剤の溶媒を混合して、第２混合溶液を形成するステップと、前記第２混合溶液を第２温度まで加熱し、第２時間の間に維持するステップと、前記第２混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質に前記半導体シェル物質をコーティングするステップと、を含む。
【００１２】
また、上記の目的を達成すべく、本発明に係る連続工程で製造した複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子は、磁性体コア物質の前駆体、前記磁性体コア物質の前駆体の還元剤、前記コア物質の前駆体と前記還元剤の溶媒を混合して第１混合溶液を形成し、加熱した後に冷却させて、前記磁性体コア物質を形成するステップと、前記磁性体コア物質を形成する場所と同じ場所で半導体シェル物質の前駆体、前記半導体シェル物質の前駆体の還元剤、前記半導体シェル物質の前駆体と前記還元剤に溶媒を混合して第２混合溶液を形成し、加熱した後に冷却させて、前記磁性体コア物質に前記半導体シェル物質をコーティングするステップと、を含む。
【００１３】
また、これ以外に他の実施例、または構成要素の変更、追加などによる他の実施形態の提供も可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によって高い結晶化度、均一な大きさ、高い化学的安定性を有する磁性体コア−半導体シェルナノ粒子を連続工程で合成できる。例えば、マグネタイト−カドミウムセレナイド（Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅ）コア−シェル構造は、マグネタイトの前駆体を還元してコアに該当するマグネタイトシードを形成した後、連続的にＣｄＳｅ前駆体を還元してマグネタイト上にＣｄＳｅをコーティングする過程により複合機能マグネタイト−カドミウムセレナイドナノ結晶を合成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の最も好ましい実施形態を添付する図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明は、磁性体コア−半導体シェルナノ結晶を合成する方法に関し、具体的には、高い結晶化度、均一な大きさ、高い化学的安定性を有する磁性体コア−半導体シェルナノ結晶及びこれを合成する方法に関する。
【００１６】
以下では、磁性体であるマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）ナノ粒子に高効率の発光半導体量子点材料であるＣｄＳｅをコーティングしたＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅ複合機能ナノ粒子を例に挙げて説明する。Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅ、Ｆｅ3Ｏ4／ＣｄＳｅ及びＦｅ3Ｏ4−ＣｄＳｅは、表示方法の差に過ぎない。
【００１７】
本発明の磁性体コア−半導体シェルナノ構造は、ポリオル製造法を使用してマグネタイトコアを製作し、Ｃｄ及びＳｅの還元によりマグネタイトコア上にＣｄＳｅをコーティングする連続的な２つの過程を通し製造する。
すなわち、高分子界面活性剤が添加された溶液に適当な前駆体の還元反応により、コアはマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）で構成され、表面はＣｄＳｅで構成された磁性体／半導体コアシェルナノ粒子を連続的な製造方法により製造する。
【００１８】
以下では、本発明に係るＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅナノ結晶の合成過程を示す図面である図１Ａ及び図１Ｂを参照して、具体的な製造方法を説明する。
【００１９】
図１Ａに示すように、まず、酸化鉄ナノ粒子を合成するために、２５０ｍｌのフラスコ１０１に注入部１１１を通し鉄の前駆体（precursor）［ＦｅIII（acac）3（ac=acetylacetonate、0.5ｍｍｏｌ）］（0.1766ｇまたは0.5ｍｍｏｌ）を、１，２−ヘキサデカンジオール（0.6468ｇまたは2.5ｍｍｏｌ）のような還元剤と共に入れる。高分子界面活性剤（polyethylene oxide-co-polypropylene oxide-co-polyethylene oxide or PEO-PPO-PEO）（0.7529ｇ）が溶解されたジオクチルエーテル（１０〜２０ｍｌ）溶液で鉄の前駆体のＦｅIII（acac）3（ac=acetylacetonate、0.5ｍｍｏｌ）をヘキサデカノジオール（0.6468ｇ）により還元させて、Ｆｅ3Ｏ4ナノ粒子を製造する。還元過程は、前記混合溶液を１時間の間に１２０〜１３０℃までゆっくり加熱し、その温度で１〜２時間の間に循環させる。以後、１５分間３００℃まで早く加熱し、３００℃で１〜２時間の間に循環させる。このように高い温度で製造することは、還流のためのものである。次に、混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質を形成する。合成過程において反応混合物を加熱手段１０３を使用して加熱し、ガス注入部１０７を介して不活性ガスのアルゴンガスを注入することもあり、排出部１０９を介して合成過程で生じるガスを排出させる。
【００２０】
ここに、酢酸カドミウム（0.7ｍｍｏｌ、186.6ｍｇ）とセレン（１ｍｍｏｌ、78.9ｍｇ）とが溶解されたトリオクチルホスフィン（TOP、９９％；〜３ｍｌ）を添加した後、マグネチックスターラーを使用して反応混合物を加熱手段１０３により、より均一な混合溶液にするために、６０℃から８０℃、その後１００℃まで温度を上げ、１〜２時間の間に混ぜる。温度は、温度計１０５を使用して測定する。
【００２１】
次に、混合溶液を加熱して１３０〜１６０℃の間で１〜２時間程度維持すれば、ＣｄＳｅが形成される。合成過程において、ガス注入部１０７を介して不活性ガスのアルゴンガスを注入することもあり、排出部１０９を介して合成過程で生じるガスを排出する。
【００２２】
反応後、Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ粒子は、無水エタノールにより析出され、通常、遠心分離を使用するか、またはヘキサンによる再分散過程により析出を促進させることができる。溶媒分子と他のナノ粒子の残渣を除去するために、この過程を２回程度繰り返す。
【００２３】
このように製造されたコアシェルナノ粒子は、長時間変質せずに保存されることができ、これは、コア部分のナノ結晶の表面に異種の物質が緻密にコーティングされていることを意味する。
【００２４】
ここでは、一般的な溶媒として使用するフェニルエチルではなく、ジオクチルエーテルを使用した。このジオクチルエーテルは、単純にマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）のみを作るものではなく、ＦｅＯｘ（Ｆｅ3Ｏ4がほとんどであるが、ＦｅとＦｅ3Ｏ4との混合物である。）結晶を形成する。また、界面活性剤は、分子の小さな界面活性剤ではなく、３個の高分子ブロック（poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide)-poly(ethylene oxide)）からなる高分子重合体を使用する。
【００２５】
図１Ｂに示すように、１２０過程は、マグネタイトコアを生成する図であり、１３０過程は、マグネタイトコアにＣｄＳｅをコーティングする図であり、１４０過程は、エタノール／ヘキサンに洗浄するステップを示す。
【００２６】
図２のＡ〜Ｄは、それぞれＦｅ3Ｏ4ナノ粒子のＸ線回折パターン、Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体のＸ線回折パターン、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4のＪＣＰＤＳ（Joint Committee on Powder Diffraction Standards）グラフ及びＣｄＳｅのＪＣＰＤＳグラフである。
【００２７】
すなわち、図２のＡは、Ｆｅ3Ｏ4シードナノ結晶を示し、図２のＢは、ＣｄＳｅピークとＦｅ3Ｏ4ピークを示すので、Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶であることが分かり、図２のＣは、バルク（bulk）Ｆｅ3Ｏ4、図２のＤは、バルクＣｄＳｅに対するＪＣＰＤＳグラフである。
【００２８】
図３のａ〜ｄは、それぞれ本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4ナノ粒子のＴＥＭ（Transmission Electron Microscopy）写真、単一シード粒子の単結晶性を示すＨＲＴＥＭ（High Resolution Transmission Electron Microscopy）写真、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体のＴＥＭ写真及び単一ナノ結晶の単結晶性を示したＨＲＴＥＭ写真である。
【００２９】
図３のａは、Ｆｅ3Ｏ4ナノ粒子のＴＥＭ写真であり、図３のｂは、単一シード粒子の単結晶性を示すＨＲＴＥＭ写真である。
図３のｃは、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体のＴＥＭ写真であり、ここで、白色の矢印は、ＣｄＳｅシェルを表示する。図３のｄは、単一ナノ結晶の単結晶性を示したＨＲＴＥＭ写真である。ここで、各写真のスケールは、左側の下部に示されている。
【００３０】
図４のＡは、Ｆｅ3Ｏ4と本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の常温での磁気履歴曲線を示し、ｙ軸にさらに垂直なグラフは、Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の曲線であり、少なく垂直な比較グラフは、Ｆｅ3Ｏ4の磁気履歴曲線である。図４のＢは、５Ｋと３００Ｋで測定した本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の磁界によって測定した磁化度を示し、５Ｋの場合がさらに磁化度が大きく現れる。図４のＣは、コアシェルナノ結晶体をフィールド・クールド（Field cooled）とゼロ・フィールド・クールド（Zero field cooled）させた時の温度に応じる磁化度曲線である。ここで、２つの曲線は、超常磁性から強磁性的挙動へ変わるブロッキング温度で会い、ゼロ・フィールド・クールド（Zero field cooled）の場合、ブロッキング温度以下で急激に磁化度が減少する。
【００３１】
図５のＡは、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の光学特性：紫外線（ＵＶ）の吸収及び発光スペクトルである。図５のＢは、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体をオレイン酸を通じて表面処理する前（上のグラフ）と後（下のグラフ）のＰＬ特性を示すグラフである。
【００３２】
図６のＡ及びＢは、それぞれオレイン酸で処理しない本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の発光スペクトルの分析グラフ及びオレイン酸で処理した本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の発光スペクトルの分析グラフである。
すなわち、図６のＡは、オレイン酸で処理しない本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の発光スペクトルの分析グラフである。ここで、実験データと３つのガウスカーブのデコンボリューション値（円で表示）が互いに一致することが分かる。図６のＢは、オレイン酸で処理したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の発光スペクトルの分析グラフである。ここで、実験データと４つのガウスカーブのデコンボリューション値（円で表示）が互いに一致することが分かる。
【００３３】
図７のａｂは、磁性−発光体本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶の写真であって、それぞれ磁界を印加しない場合と磁界を印加した場合の写真である。
すなわち、図７のａは、コアシェルナノ粒子が分散された写真であって、磁界を印加しない状態であり、図７のｂは、磁界を印加して磁石にナノ粒子が付着する様子を示す写真である。
【００３４】
【表１】
【００３５】
前記表１は、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルのピーク（peak）値、ＦＷＨＭ（full width at half maximum）値とオレイン酸の添加有無に応じる発光スペクトルのデコンボリューション値の相対強度を示すデータである。
【００３６】
以上で説明したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅ複合機能コアシェルの他にも、本発明によってＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＴｅ、Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳのような半導体シェルからなる複合機能コアシェルナノ粒子が製造可能である。ＣｄＴｅ及びＣｄＳは、ＣｄＳｅと類似の物理的性質を有する。
これ以外に本発明によってＣｏＰｔ＠ＣｄＳｅ、ＦｅＰｔ＠ＣｄＳｅのように、磁性コアからなる複合機能コアシェルナノ粒子の製造も可能である。
本発明によってＦｅ3Ｏ4＠ＺｎＯコアシェルナノ粒子の製造も可能である。
【００３７】
酸化鉄ナノ粒子を合成するために、２５０ｍｌのフラスコ１０１に注入部１１１を通し鉄の前駆体［ＦｅIII（acac）3（ac=acetylacetonate、0.5ｍｍｏｌ）］（0.1766ｇまたは0.5ｍｍｏｌ）を、１，２−ヘキサデカンジオール（0.6468ｇまたは2.5ｍｍｏｌ）のような還元剤とともに入れる。高分子界面活性剤（polyethylene oxide-co-polypropylene oxide-co-polyethylene oxide or PEO-PPO-PEO）（0.4-1.2ｇ）が溶解されたジオクチルエーテル（１０〜１５ｍｌ）溶液で鉄の前駆体のＦｅIII（acac）3（ac=acetylacetonate、0.5ｍｍｏｌ）をヘキサデカノジオール（0.88ｇ）により還元させて、Ｆｅ3Ｏ4ナノ粒子を製造する。還元過程は、前記混合溶液を１時間の間に１２０〜１３０℃までゆっくり加熱し、その温度で１〜２時間の間に循環させる。以後、１５分間３００℃まで早く加熱し、３００℃で１〜２時間の間に循環させる。このように高い温度で製造することは、還流のためのものである。次に、混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質を形成する。合成過程において反応混合物を加熱手段１０３を使用して加熱し、ガス注入部１０７を介して不活性ガスのアルゴンガスを注入することもあり、排出部１０９を介して合成過程で生じるガスを排出させる。
【００３８】
ここに、Ｚｎ（acac）2（0.25ｍｍｏｌ、0.0659ｇ）,１，２−ヘキサデカンジオール（1,2-hexdecanediol）（0.88ｇまたは1.25ｍｍｏｌ），５ｍｌ ジオクチルエーテルを添加した後、マグネチックスターラーを使用して反応混合物を加熱手段１０３により、より均一な混合溶液にするために、８０℃まで温度を上げ、２時間の間に混ぜる。温度は、温度計１０５を使用して測定する。
【００３９】
次に、混合溶液を加熱して３００℃で１時間程度維持すれば、ＺｎＯが形成される。合成過程において、ガス注入部１０７を介して不活性ガスのアルゴンガスを注入することもあり、排出部１０９を介して合成過程で生じるガスを排出する。
反応後、Ｆｅ3Ｏ4＠ＺｎＯコアシェルナノ粒子は、無水エタノールにより析出され、通常、遠心分離を使用するか、またはヘキサンによる再分散過程により析出を促進させることができる。溶媒分子と他のナノ粒子の残渣を除去するために、この過程を２回程度繰り返す。
【００４０】
図８は、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＺｎＯコアシェルナノ結晶体のＴＥＭ写真、及び単一ナノ結晶の単結晶性を示したＨＲＴＥＭ写真である。
【００４１】
図９は、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＺｎＯコアシェルナノ結晶体の発光スペクトルを示すグラフである。
【００４２】
上述した本発明の好ましい実施形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】本発明に係る磁性体コア−半導体シェルナノ結晶の合成装置を示す図である。
【図１Ｂ】本発明に係る磁性体コア−半導体シェルナノ結晶の合成過程を示す図である。
【図２】Ａ〜Ｄは、それぞれＦｅ3Ｏ4ナノ粒子のＸ線回折パターン、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体のＸ線回折パターン、Ｆｅ3Ｏ4のＪＣＰＤＳグラフ、及びＣｄＳｅのＪＣＰＤＳグラフである。
【図３】ａ〜ｄは、それぞれＦｅ3Ｏ4ナノ粒子のＴＥＭ写真、単一シード粒子の単結晶性を示すＨＲＴＥＭ写真、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体のＴＥＭ写真、及び単一ナノ結晶の単結晶性を示したＨＲＴＥＭ写真である。
【図４】Ａ〜Ｃは、それぞれＦｅ3Ｏ4と本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の常温での磁気履歴曲線、５Ｋと３００Ｋで測定した本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の磁界によって測定した磁化度曲線、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体をフィールド・クールド（Field cooled）とゼロ・フィールド・クールド（Zero field cooled）時の温度に応じる磁化度曲線である。
【図５】Ａは、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の光学特性：紫外線（ＵＶ）の吸収及び発光スペクトルである。Ｂは、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体をオレイン酸を通じて表面処理する前（上のグラフ）と後（下のグラフ）のＰＬ特性を示すグラフである。
【図６】Ａ及びＢは、それぞれオレイン酸で処理しない本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体のＰＬスペクトルの分析グラフ、及びオレイン酸で処理した本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体のＰＬスペクトルの分析グラフである。
【図７】ａ及びｂは、磁性−発光体本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶の写真であって、磁界を印加しない場合と磁界を印加した場合の写真である。
【図８】本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＺｎＯコアシェルナノ結晶体のＴＥＭ写真、及び単一ナノ結晶の単結晶性を示したＨＲＴＥＭ写真である。
【図９】本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＺｎＯコアシェルナノ結晶体の発光スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１０１ フラスコ
１０３ 加熱手段
１０５ 温度計
１０７ ガス注入部
１０９ 排出部
１１１ 注入部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体コア−半導体シェルナノ結晶を合成する方法に関し、高い結晶化度、均一な大きさ、高い化学的安定性を有する磁性体コア−半導体シェルナノ粒子及びこれを合成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性ナノ粒子の化学的合成が可能になるにつれて、高密度磁気記録、センサ、触媒など様々な分野などに応用できるようになった。特に、マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）ナノ粒子は、独特な物理化学的特性のため、磁性材料の中で独歩的な位置を占めており、電荷整列（charge ordering）、混合原子価（mixed valence）、そしてフェルヴェイ（Verwey）遷移として知られている金属−絶縁体転移現象のような物理現象について多くの研究が進められている。
【０００３】
最近では、生命科学に対する研究が盛んになるに伴い、マグネタイトが持っている卓越した生体適合性により、他の形態の鉄酸化物と共にマグネタイトに対する生物学的応用可能性に対する研究が幅広く進められている。
【０００４】
また、磁界により位置を制御することができる磁性ナノ粒子に特定に機能する材料をコーティングして、コアシェル構造にする研究が盛んに進められている。
【０００５】
特に、半導体物質でコーティングする場合、触媒の機能を付与することができるだけでなく、発光特性を強化させ、ナノ粒子の表面を保護することができ、優れた加工性と光学的酸化に対する安定性向上、バイオ物質との重合を可能にするなどの多くの機能を追加する。このような磁性−半導体コアシェル構造は、磁性特性、半導体特性、無機物、有機物の有する物性、金属から誘電体の全分野に達するまで多様な機能を有することができ、高密度の貯蔵媒体、生命及び医学、磁性貯蔵、触媒、磁性流体（Ferro fluids）のような分野において多様な潜在的な機能性を見せることと期待される。
【０００６】
一方、ＣｄＳｅは、高効率の発光半導体の量子点材料である。よって、この２つの材料をコアシェル構造に合成したナノ粒子は、各々の材料が持っている磁気的、光学的性質の両方を有した新しいナノ材料であって、既存の個別材料のナノ構造が持っていた単一機能の限界を超えて、複合機能性と向上した性能を有するようになる。
【０００７】
したがって、光学的な元素検知が可能で、磁界による位置移動が可能であるから、バイオ分離（bio-separation）、バイオ操作（bio-manipulation）、バイオ分析（bio-assaying）、ベクトル伝達体（vector delivery）、特定物質の検出（specific detection）などに応用できるＦｅ3Ｏ4／ＣｄＳｅコア−シェルナノ粒子の製造が要求される。また、同じ理由でＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＴｅ、Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳ、及びＣｏＰｔ＠ＣｄＳｅ、ＦｅＰｔ＠ＣｄＳｅなどの磁性体−半導体コア−シェルナノ粒子の製造が要求される。
【０００８】
また、応用可能性を高めるために、高い結晶化度、均一な大きさ、高い化学的安定性を有し、磁性的な性質と半導体的な性質を共に有する磁性体−半導体コア−シェルナノ粒子を製造することができる技術が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、磁性的な性質と半導体的な性質を共に有する磁性体−半導体コア−シェル複合機能ナノ粒子及びこれを合成する製造方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、高い結晶化度、均一な大きさ、高い化学的安定性を有し、磁性体−半導体コア−シェル複合機能ナノ粒子及びこれを合成する製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成すべく、本発明に係る複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子を製造する方法は、磁性体コア物質の前駆体と前記コア物質の前駆体の還元剤とを混合するステップと、前記磁性体コア物質の前駆体と前記還元剤の溶媒を混合して、第１混合溶液を形成するステップと、前記第１混合溶液を第１温度まで加熱し、第１時間の間に維持するステップと、前記第１混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質を形成するステップと、前記磁性体コア物質に半導体シェル物質の前駆体と前記半導体シェル物質の前駆体の還元剤とを混合するステップと、前記半導体シェル物質の前駆体と前記還元剤の溶媒を混合して、第２混合溶液を形成するステップと、前記第２混合溶液を第２温度まで加熱し、第２時間の間に維持するステップと、前記第２混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質に前記半導体シェル物質をコーティングするステップと、を含む。
【００１２】
また、上記の目的を達成すべく、本発明に係る連続工程で製造した複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子は、磁性体コア物質の前駆体、前記磁性体コア物質の前駆体の還元剤、前記コア物質の前駆体と前記還元剤の溶媒を混合して第１混合溶液を形成し、加熱した後に冷却させて、前記磁性体コア物質を形成するステップと、前記磁性体コア物質を形成する場所と同じ場所で半導体シェル物質の前駆体、前記半導体シェル物質の前駆体の還元剤、前記半導体シェル物質の前駆体と前記還元剤に溶媒を混合して第２混合溶液を形成し、加熱した後に冷却させて、前記磁性体コア物質に前記半導体シェル物質をコーティングするステップと、を含む。
【００１３】
また、これ以外に他の実施例、または構成要素の変更、追加などによる他の実施形態の提供も可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によって高い結晶化度、均一な大きさ、高い化学的安定性を有する磁性体コア−半導体シェルナノ粒子を連続工程で合成できる。例えば、マグネタイト−カドミウムセレナイド（Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅ）コア−シェル構造は、マグネタイトの前駆体を還元してコアに該当するマグネタイトシードを形成した後、連続的にＣｄＳｅ前駆体を還元してマグネタイト上にＣｄＳｅをコーティングする過程により複合機能マグネタイト−カドミウムセレナイドナノ結晶を合成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の最も好ましい実施形態を添付する図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明は、磁性体コア−半導体シェルナノ結晶を合成する方法に関し、具体的には、高い結晶化度、均一な大きさ、高い化学的安定性を有する磁性体コア−半導体シェルナノ結晶及びこれを合成する方法に関する。
【００１６】
以下では、磁性体であるマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）ナノ粒子に高効率の発光半導体量子点材料であるＣｄＳｅをコーティングしたＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅ複合機能ナノ粒子を例に挙げて説明する。Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅ、Ｆｅ3Ｏ4／ＣｄＳｅ及びＦｅ3Ｏ4−ＣｄＳｅは、表示方法の差に過ぎない。
【００１７】
本発明の磁性体コア−半導体シェルナノ構造は、ポリオル製造法を使用してマグネタイトコアを製作し、Ｃｄ及びＳｅの還元によりマグネタイトコア上にＣｄＳｅをコーティングする連続的な２つの過程を通し製造する。
すなわち、高分子界面活性剤が添加された溶液に適当な前駆体の還元反応により、コアはマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）で構成され、表面はＣｄＳｅで構成された磁性体／半導体コアシェルナノ粒子を連続的な製造方法により製造する。
【００１８】
以下では、本発明に係るＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅナノ結晶の合成過程を示す図面である図１Ａ及び図１Ｂを参照して、具体的な製造方法を説明する。
【００１９】
図１Ａに示すように、まず、酸化鉄ナノ粒子を合成するために、２５０ｍｌのフラスコ１０１に注入部１１１を通し鉄の前駆体（precursor）［ＦｅIII（acac）3（ac=acetylacetonate、0.5ｍｍｏｌ）］（0.1766ｇまたは0.5ｍｍｏｌ）を、１，２−ヘキサデカンジオール（0.6468ｇまたは2.5ｍｍｏｌ）のような還元剤と共に入れる。高分子界面活性剤（polyethylene oxide-co-polypropylene oxide-co-polyethylene oxide or PEO-PPO-PEO）（0.7529ｇ）が溶解されたジオクチルエーテル（１０〜２０ｍｌ）溶液で鉄の前駆体のＦｅIII（acac）3（ac=acetylacetonate、0.5ｍｍｏｌ）をヘキサデカノジオール（0.6468ｇ）により還元させて、Ｆｅ3Ｏ4ナノ粒子を製造する。還元過程は、前記混合溶液を１時間の間に１２０〜１３０℃までゆっくり加熱し、その温度で１〜２時間の間に循環させる。以後、１５分間３００℃まで早く加熱し、３００℃で１〜２時間の間に循環させる。このように高い温度で製造することは、還流のためのものである。次に、混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質を形成する。合成過程において反応混合物を加熱手段１０３を使用して加熱し、ガス注入部１０７を介して不活性ガスのアルゴンガスを注入することもあり、排出部１０９を介して合成過程で生じるガスを排出させる。
【００２０】
ここに、酢酸カドミウム（0.7ｍｍｏｌ、186.6ｍｇ）とセレン（１ｍｍｏｌ、78.9ｍｇ）とが溶解されたトリオクチルホスフィン（TOP、９９％；〜３ｍｌ）を添加した後、マグネチックスターラーを使用して反応混合物を加熱手段１０３により、より均一な混合溶液にするために、６０℃から８０℃、その後１００℃まで温度を上げ、１〜２時間の間に混ぜる。温度は、温度計１０５を使用して測定する。
【００２１】
次に、混合溶液を加熱して１３０〜１６０℃の間で１〜２時間程度維持すれば、ＣｄＳｅが形成される。合成過程において、ガス注入部１０７を介して不活性ガスのアルゴンガスを注入することもあり、排出部１０９を介して合成過程で生じるガスを排出する。
【００２２】
反応後、Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ粒子は、無水エタノールにより析出され、通常、遠心分離を使用するか、またはヘキサンによる再分散過程により析出を促進させることができる。溶媒分子と他のナノ粒子の残渣を除去するために、この過程を２回程度繰り返す。
【００２３】
このように製造されたコアシェルナノ粒子は、長時間変質せずに保存されることができ、これは、コア部分のナノ結晶の表面に異種の物質が緻密にコーティングされていることを意味する。
【００２４】
ここでは、一般的な溶媒として使用するフェニルエチルではなく、ジオクチルエーテルを使用した。このジオクチルエーテルは、単純にマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）のみを作るものではなく、ＦｅＯｘ（Ｆｅ3Ｏ4がほとんどであるが、ＦｅとＦｅ3Ｏ4との混合物である。）結晶を形成する。また、界面活性剤は、分子の小さな界面活性剤ではなく、３個の高分子ブロック（poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide)-poly(ethylene oxide)）からなる高分子重合体を使用する。
【００２５】
図１Ｂに示すように、１２０過程は、マグネタイトコアを生成する図であり、１３０過程は、マグネタイトコアにＣｄＳｅをコーティングする図であり、１４０過程は、エタノール／ヘキサンに洗浄するステップを示す。
【００２６】
図２のＡ〜Ｄは、それぞれＦｅ3Ｏ4ナノ粒子のＸ線回折パターン、Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体のＸ線回折パターン、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4のＪＣＰＤＳ（Joint Committee on Powder Diffraction Standards）グラフ及びＣｄＳｅのＪＣＰＤＳグラフである。
【００２７】
すなわち、図２のＡは、Ｆｅ3Ｏ4シードナノ結晶を示し、図２のＢは、ＣｄＳｅピークとＦｅ3Ｏ4ピークを示すので、Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶であることが分かり、図２のＣは、バルク（bulk）Ｆｅ3Ｏ4、図２のＤは、バルクＣｄＳｅに対するＪＣＰＤＳグラフである。
【００２８】
図３のａ〜ｄは、それぞれ本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4ナノ粒子のＴＥＭ（Transmission Electron Microscopy）写真、単一シード粒子の単結晶性を示すＨＲＴＥＭ（High Resolution Transmission Electron Microscopy）写真、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体のＴＥＭ写真及び単一ナノ結晶の単結晶性を示したＨＲＴＥＭ写真である。
【００２９】
図３のａは、Ｆｅ3Ｏ4ナノ粒子のＴＥＭ写真であり、図３のｂは、単一シード粒子の単結晶性を示すＨＲＴＥＭ写真である。
図３のｃは、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体のＴＥＭ写真であり、ここで、白色の矢印は、ＣｄＳｅシェルを表示する。図３のｄは、単一ナノ結晶の単結晶性を示したＨＲＴＥＭ写真である。ここで、各写真のスケールは、左側の下部に示されている。
【００３０】
図４のＡは、Ｆｅ3Ｏ4と本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の常温での磁気履歴曲線を示し、ｙ軸にさらに垂直なグラフは、Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の曲線であり、少なく垂直な比較グラフは、Ｆｅ3Ｏ4の磁気履歴曲線である。図４のＢは、５Ｋと３００Ｋで測定した本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の磁界によって測定した磁化度を示し、５Ｋの場合がさらに磁化度が大きく現れる。図４のＣは、コアシェルナノ結晶体をフィールド・クールド（Field cooled）とゼロ・フィールド・クールド（Zero field cooled）させた時の温度に応じる磁化度曲線である。ここで、２つの曲線は、超常磁性から強磁性的挙動へ変わるブロッキング温度で会い、ゼロ・フィールド・クールド（Zero field cooled）の場合、ブロッキング温度以下で急激に磁化度が減少する。
【００３１】
図５のＡは、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の光学特性：紫外線（ＵＶ）の吸収及び発光スペクトルである。図５のＢは、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体をオレイン酸を通じて表面処理する前（上のグラフ）と後（下のグラフ）のＰＬ特性を示すグラフである。
【００３２】
図６のＡ及びＢは、それぞれオレイン酸で処理しない本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の発光スペクトルの分析グラフ及びオレイン酸で処理した本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の発光スペクトルの分析グラフである。
すなわち、図６のＡは、オレイン酸で処理しない本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の発光スペクトルの分析グラフである。ここで、実験データと３つのガウスカーブのデコンボリューション値（円で表示）が互いに一致することが分かる。図６のＢは、オレイン酸で処理したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の発光スペクトルの分析グラフである。ここで、実験データと４つのガウスカーブのデコンボリューション値（円で表示）が互いに一致することが分かる。
【００３３】
図７のａｂは、磁性−発光体本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶の写真であって、それぞれ磁界を印加しない場合と磁界を印加した場合の写真である。
すなわち、図７のａは、コアシェルナノ粒子が分散された写真であって、磁界を印加しない状態であり、図７のｂは、磁界を印加して磁石にナノ粒子が付着する様子を示す写真である。
【００３４】
【表１】
【００３５】
前記表１は、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルのピーク（peak）値、ＦＷＨＭ（full width at half maximum）値とオレイン酸の添加有無に応じる発光スペクトルのデコンボリューション値の相対強度を示すデータである。
【００３６】
以上で説明したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅ複合機能コアシェルの他にも、本発明によってＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＴｅ、Ｆｅ3Ｏ4＠ＣｄＳのような半導体シェルからなる複合機能コアシェルナノ粒子が製造可能である。ＣｄＴｅ及びＣｄＳは、ＣｄＳｅと類似の物理的性質を有する。
これ以外に本発明によってＣｏＰｔ＠ＣｄＳｅ、ＦｅＰｔ＠ＣｄＳｅのように、磁性コアからなる複合機能コアシェルナノ粒子の製造も可能である。
本発明によってＦｅ3Ｏ4＠ＺｎＯコアシェルナノ粒子の製造も可能である。
【００３７】
酸化鉄ナノ粒子を合成するために、２５０ｍｌのフラスコ１０１に注入部１１１を通し鉄の前駆体［ＦｅIII（acac）3（ac=acetylacetonate、0.5ｍｍｏｌ）］（0.1766ｇまたは0.5ｍｍｏｌ）を、１，２−ヘキサデカンジオール（0.6468ｇまたは2.5ｍｍｏｌ）のような還元剤とともに入れる。高分子界面活性剤（polyethylene oxide-co-polypropylene oxide-co-polyethylene oxide or PEO-PPO-PEO）（0.4-1.2ｇ）が溶解されたジオクチルエーテル（１０〜１５ｍｌ）溶液で鉄の前駆体のＦｅIII（acac）3（ac=acetylacetonate、0.5ｍｍｏｌ）をヘキサデカノジオール（0.88ｇ）により還元させて、Ｆｅ3Ｏ4ナノ粒子を製造する。還元過程は、前記混合溶液を１時間の間に１２０〜１３０℃までゆっくり加熱し、その温度で１〜２時間の間に循環させる。以後、１５分間３００℃まで早く加熱し、３００℃で１〜２時間の間に循環させる。このように高い温度で製造することは、還流のためのものである。次に、混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質を形成する。合成過程において反応混合物を加熱手段１０３を使用して加熱し、ガス注入部１０７を介して不活性ガスのアルゴンガスを注入することもあり、排出部１０９を介して合成過程で生じるガスを排出させる。
【００３８】
ここに、Ｚｎ（acac）2（0.25ｍｍｏｌ、0.0659ｇ）,１，２−ヘキサデカンジオール（1,2-hexdecanediol）（0.88ｇまたは1.25ｍｍｏｌ），５ｍｌ ジオクチルエーテルを添加した後、マグネチックスターラーを使用して反応混合物を加熱手段１０３により、より均一な混合溶液にするために、８０℃まで温度を上げ、２時間の間に混ぜる。温度は、温度計１０５を使用して測定する。
【００３９】
次に、混合溶液を加熱して３００℃で１時間程度維持すれば、ＺｎＯが形成される。合成過程において、ガス注入部１０７を介して不活性ガスのアルゴンガスを注入することもあり、排出部１０９を介して合成過程で生じるガスを排出する。
反応後、Ｆｅ3Ｏ4＠ＺｎＯコアシェルナノ粒子は、無水エタノールにより析出され、通常、遠心分離を使用するか、またはヘキサンによる再分散過程により析出を促進させることができる。溶媒分子と他のナノ粒子の残渣を除去するために、この過程を２回程度繰り返す。
【００４０】
図８は、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＺｎＯコアシェルナノ結晶体のＴＥＭ写真、及び単一ナノ結晶の単結晶性を示したＨＲＴＥＭ写真である。
【００４１】
図９は、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＺｎＯコアシェルナノ結晶体の発光スペクトルを示すグラフである。
【００４２】
上述した本発明の好ましい実施形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】本発明に係る磁性体コア−半導体シェルナノ結晶の合成装置を示す図である。
【図１Ｂ】本発明に係る磁性体コア−半導体シェルナノ結晶の合成過程を示す図である。
【図２】Ａ〜Ｄは、それぞれＦｅ3Ｏ4ナノ粒子のＸ線回折パターン、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体のＸ線回折パターン、Ｆｅ3Ｏ4のＪＣＰＤＳグラフ、及びＣｄＳｅのＪＣＰＤＳグラフである。
【図３】ａ〜ｄは、それぞれＦｅ3Ｏ4ナノ粒子のＴＥＭ写真、単一シード粒子の単結晶性を示すＨＲＴＥＭ写真、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体のＴＥＭ写真、及び単一ナノ結晶の単結晶性を示したＨＲＴＥＭ写真である。
【図４】Ａ〜Ｃは、それぞれＦｅ3Ｏ4と本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の常温での磁気履歴曲線、５Ｋと３００Ｋで測定した本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の磁界によって測定した磁化度曲線、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体をフィールド・クールド（Field cooled）とゼロ・フィールド・クールド（Zero field cooled）時の温度に応じる磁化度曲線である。
【図５】Ａは、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体の光学特性：紫外線（ＵＶ）の吸収及び発光スペクトルである。Ｂは、本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体をオレイン酸を通じて表面処理する前（上のグラフ）と後（下のグラフ）のＰＬ特性を示すグラフである。
【図６】Ａ及びＢは、それぞれオレイン酸で処理しない本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体のＰＬスペクトルの分析グラフ、及びオレイン酸で処理した本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶体のＰＬスペクトルの分析グラフである。
【図７】ａ及びｂは、磁性−発光体本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＣｄＳｅコアシェルナノ結晶の写真であって、磁界を印加しない場合と磁界を印加した場合の写真である。
【図８】本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＺｎＯコアシェルナノ結晶体のＴＥＭ写真、及び単一ナノ結晶の単結晶性を示したＨＲＴＥＭ写真である。
【図９】本発明によって合成したＦｅ3Ｏ4＠ＺｎＯコアシェルナノ結晶体の発光スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１０１ フラスコ
１０３ 加熱手段
１０５ 温度計
１０７ ガス注入部
１０９ 排出部
１１１ 注入部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続工程で複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子を製造する方法であって、
磁性体コア物質の前駆体と前記コア物質の前駆体の還元剤とを混合するステップと、
前記磁性体コア物質の前駆体と前記還元剤の溶媒を混合して、第１混合溶液を形成するステップと、
前記第１混合溶液を第１温度まで加熱し、第１時間の間に維持するステップと、
前記第１混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質を形成するステップと、
前記磁性体コア物質に半導体シェル物質の前駆体と前記半導体シェル物質の前駆体の還元剤とを混合するステップと、
前記半導体シェル物質の前駆体と前記還元剤の溶媒を混合して、第２混合溶液を形成するステップと、
前記第２混合溶液を第２温度まで加熱し、第２時間の間に維持するステップと、
前記第２混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質に前記半導体シェル物質をコーティングするステップと、を含む複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項２】
エタノールを添加して前記複合機能ナノ粒子を析出し、遠心分離機を利用して分離するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項３】
前記第１混合溶液を形成するステップに界面活性剤を添加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項４】
前記第２混合溶液を形成するステップに界面活性剤を添加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項５】
前記コアがマグネタイトであり、前記シェルがＣｄＳｅであることを特徴とする請求項１に記載の磁性体コア−半導体シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項６】
前記コアがＦｅ3Ｏ4であり、前記シェルがＣｄＴｅ、ＣｄＳ、またはＺｎＯであることを特徴とする請求項１に記載のコア−シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項７】
前記第１混合溶液を前記第１温度で一定時間の間に維持した後、前記第１温度より高い第３温度まで加熱し、第３時間の間に維持するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のコア−シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項８】
前記第２混合溶液を前記第２温度で一定時間の間に維持した後、前記第２温度より高い第４温度まで加熱し、第４時間の間に維持するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のコア−シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項９】
前記コアがＣｏＰｔまたはＦｅＰｔであり、前記シェルがＣｄＳｅであることを特徴とする請求項１に記載の磁性体コア−半導体シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項１０】
連続工程で複合機能マグネタイト−ＣｄＳｅコア−シェルナノ粒子を製造する方法であって、
マグネタイトの前駆体であるＦｅIII（acac）3と前記マグネタイトの前駆体の還元剤とを混合するステップと、
溶媒であるジオクチルエーテルを混合して、第１混合溶液を形成するステップと、
前記第１混合溶液を３００℃まで加熱し、１〜２時間の間に維持するステップと、
前記第１混合溶液を室温まで冷却させて、前記マグネタイトコアを形成するステップと、
前記マグネタイトコアに酢酸カドミウム、セレン及びこれらの還元剤を混合するステップと、
前記酢酸カドミウム、セレン及び前記還元剤にトリオクチルエーテルを混合して、第２混合溶液を形成するステップと、
前記第２混合溶液を１３０〜１６０℃まで加熱し、１〜２時間の間に維持するステップと、
前記第２混合溶液を室温まで冷却させて、前記マグネタイトコアに前記ＣｄＳｅシェルをコーティングするステップと、を含む複合機能マグネタイト−ＣｄＳｅコア−シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項１１】
エタノールを添加して前記複合機能ナノ粒子を析出し、遠心分離機を利用して分離するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の複合機能マグネタイト−ＣｄＳｅコア−シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１混合溶液を形成するステップに界面活性剤としてトリブロックコポリマー（PEO-PPO-PEO）を添加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の複合機能マグネタイト−ＣｄＳｅコア−シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項１３】
前記第２混合溶液を形成するステップに界面活性剤としてトリブロックコポリマーを添加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の複合機能マグネタイト−ＣｄＳｅコア−シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項１４】
連続工程で複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子を製造する方法であって、
磁性体コア物質の前駆体、前記磁性体コア物質の前駆体の還元剤、前記コア物質の前駆体と前記還元剤の溶媒を混合して第１混合溶液を形成し、加熱した後に冷却させて、前記磁性体コア物質を形成するステップと、
前記磁性体コア物質を形成する場所と同じ場所で半導体シェル物質の前駆体、前記半導体シェル物質の前駆体の還元剤、前記半導体シェル物質の前駆体と前記還元剤に溶媒を混合して第２混合溶液を形成し、加熱した後に冷却させて、前記磁性体コア物質に前記半導体シェル物質をコーティングするステップと、を含む複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項１５】
磁性体コア物質の前駆体と前記コア物質の前駆体の還元剤とを混合するステップと、
前記磁性体コア物質の前駆体と前記還元剤の溶媒を混合して、第１混合溶液を形成するステップと、
前記第１混合溶液を第１温度まで加熱し、第１時間の間に維持するステップと、
前記第１混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質を形成するステップと、
前記磁性体コア物質に半導体シェル物質の前駆体と前記半導体シェル物質の前駆体の還元剤とを混合するステップと、
前記半導体シェル物質の前駆体と前記還元剤に溶媒を混合して、第２混合溶液を形成するステップと、
前記第２混合溶液を第２温度まで加熱し、第２時間の間に維持するステップと、
前記第２混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質に前記半導体シェル物質をコーティングするステップと、を含む連続工程で製造した複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子。
【請求項１】
連続工程で複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子を製造する方法であって、
磁性体コア物質の前駆体と前記コア物質の前駆体の還元剤とを混合するステップと、
前記磁性体コア物質の前駆体と前記還元剤の溶媒を混合して、第１混合溶液を形成するステップと、
前記第１混合溶液を第１温度まで加熱し、第１時間の間に維持するステップと、
前記第１混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質を形成するステップと、
前記磁性体コア物質に半導体シェル物質の前駆体と前記半導体シェル物質の前駆体の還元剤とを混合するステップと、
前記半導体シェル物質の前駆体と前記還元剤の溶媒を混合して、第２混合溶液を形成するステップと、
前記第２混合溶液を第２温度まで加熱し、第２時間の間に維持するステップと、
前記第２混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質に前記半導体シェル物質をコーティングするステップと、を含む複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項２】
エタノールを添加して前記複合機能ナノ粒子を析出し、遠心分離機を利用して分離するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項３】
前記第１混合溶液を形成するステップに界面活性剤を添加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項４】
前記第２混合溶液を形成するステップに界面活性剤を添加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項５】
前記コアがマグネタイトであり、前記シェルがＣｄＳｅであることを特徴とする請求項１に記載の磁性体コア−半導体シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項６】
前記コアがＦｅ3Ｏ4であり、前記シェルがＣｄＴｅ、ＣｄＳ、またはＺｎＯであることを特徴とする請求項１に記載のコア−シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項７】
前記第１混合溶液を前記第１温度で一定時間の間に維持した後、前記第１温度より高い第３温度まで加熱し、第３時間の間に維持するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のコア−シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項８】
前記第２混合溶液を前記第２温度で一定時間の間に維持した後、前記第２温度より高い第４温度まで加熱し、第４時間の間に維持するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のコア−シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項９】
前記コアがＣｏＰｔまたはＦｅＰｔであり、前記シェルがＣｄＳｅであることを特徴とする請求項１に記載の磁性体コア−半導体シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項１０】
連続工程で複合機能マグネタイト−ＣｄＳｅコア−シェルナノ粒子を製造する方法であって、
マグネタイトの前駆体であるＦｅIII（acac）3と前記マグネタイトの前駆体の還元剤とを混合するステップと、
溶媒であるジオクチルエーテルを混合して、第１混合溶液を形成するステップと、
前記第１混合溶液を３００℃まで加熱し、１〜２時間の間に維持するステップと、
前記第１混合溶液を室温まで冷却させて、前記マグネタイトコアを形成するステップと、
前記マグネタイトコアに酢酸カドミウム、セレン及びこれらの還元剤を混合するステップと、
前記酢酸カドミウム、セレン及び前記還元剤にトリオクチルエーテルを混合して、第２混合溶液を形成するステップと、
前記第２混合溶液を１３０〜１６０℃まで加熱し、１〜２時間の間に維持するステップと、
前記第２混合溶液を室温まで冷却させて、前記マグネタイトコアに前記ＣｄＳｅシェルをコーティングするステップと、を含む複合機能マグネタイト−ＣｄＳｅコア−シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項１１】
エタノールを添加して前記複合機能ナノ粒子を析出し、遠心分離機を利用して分離するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の複合機能マグネタイト−ＣｄＳｅコア−シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１混合溶液を形成するステップに界面活性剤としてトリブロックコポリマー（PEO-PPO-PEO）を添加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の複合機能マグネタイト−ＣｄＳｅコア−シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項１３】
前記第２混合溶液を形成するステップに界面活性剤としてトリブロックコポリマーを添加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の複合機能マグネタイト−ＣｄＳｅコア−シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項１４】
連続工程で複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子を製造する方法であって、
磁性体コア物質の前駆体、前記磁性体コア物質の前駆体の還元剤、前記コア物質の前駆体と前記還元剤の溶媒を混合して第１混合溶液を形成し、加熱した後に冷却させて、前記磁性体コア物質を形成するステップと、
前記磁性体コア物質を形成する場所と同じ場所で半導体シェル物質の前駆体、前記半導体シェル物質の前駆体の還元剤、前記半導体シェル物質の前駆体と前記還元剤に溶媒を混合して第２混合溶液を形成し、加熱した後に冷却させて、前記磁性体コア物質に前記半導体シェル物質をコーティングするステップと、を含む複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子の製造方法。
【請求項１５】
磁性体コア物質の前駆体と前記コア物質の前駆体の還元剤とを混合するステップと、
前記磁性体コア物質の前駆体と前記還元剤の溶媒を混合して、第１混合溶液を形成するステップと、
前記第１混合溶液を第１温度まで加熱し、第１時間の間に維持するステップと、
前記第１混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質を形成するステップと、
前記磁性体コア物質に半導体シェル物質の前駆体と前記半導体シェル物質の前駆体の還元剤とを混合するステップと、
前記半導体シェル物質の前駆体と前記還元剤に溶媒を混合して、第２混合溶液を形成するステップと、
前記第２混合溶液を第２温度まで加熱し、第２時間の間に維持するステップと、
前記第２混合溶液を室温まで冷却させて、前記磁性体コア物質に前記半導体シェル物質をコーティングするステップと、を含む連続工程で製造した複合機能磁性体コア−半導体シェルナノ粒子。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−８１３９９（Ｐ２００８−８１３９９Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４８５４３（Ｐ２００７−２４８５４３）
【出願日】平成１９年９月２６日（２００７．９．２６）
【出願人】（５０３１６９８５１）コリア・ユニヴァーシティ・ファウンデーション (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２６日（２００７．９．２６）
【出願人】（５０３１６９８５１）コリア・ユニヴァーシティ・ファウンデーション (4)
【Ｆターム（参考）】
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