纳米颗粒的制法、由其制备的纳米颗粒、和光子晶体器件制造技术

制备高折射纳米颗粒的方法，通过所述方法制备的纳米颗粒和使用所述纳米颗粒的光子晶体器件。所述方法包括：将聚合物稳定剂加入溶剂；和将具有等于或大于1.8的折射率的高折射纳米颗粒的原料加入所述溶剂并将其搅拌以形成高折射纳米颗粒，其中通过调节所述聚合物稳定剂的含量以控制吸附到所述高折射纳米颗粒表面的所述聚合物稳定剂的量，在从加入所述原料到形成所述高折射纳米颗粒的一步中控制所述高折射纳米颗粒的尺寸。使用通过所述方法制备的所述高折射纳米颗粒的光子晶体器件可具有高反射率和高能见度。

【技术实现步骤摘要】
纳米颗粒的制法、由其制备的纳米颗粒、和光子晶体器件
本公开内容涉及制备高折射纳米颗粒的方法、通过所述方法制备的纳米颗粒和使用所述纳米颗粒的光子晶体器件。
技术介绍
与光强烈相互作用的高折射纳米颗粒是光学领域中的重要材料。因此，近来在光学领域中进行了使用高折射纳米颗粒如TiO2、CdS、SnO2、ZnO、ZrO2和CdSe的许多尝试。从高折射材料中，II-VI或III-V族化合物半导体可通过使用化学方法或量子限制方法控制带隙，并因此被认为是高度期望的光学材料。虽然已经积极地进行了对于该材料的研究，但是现有的材料是具有等于或小于50nm尺寸的纳米颗粒或者具有接近于微米尺寸的尺寸的颗粒。因此，在制备具有均匀的介观尺寸分布的纳米颗粒方面存在限制。因为具有介观尺寸的颗粒可与在可见波段中的光相互作用，因此所述具有介观尺寸的颗粒可用在包括显示器的多种领域中。例如，具有介观尺寸的颗粒可通过使用自组装等组成光子晶体。光子晶体具有网格结构，其中具有不同折射率的两种或更多种材料以二维(2D)或三维(3D)方式规则地排列。这样的具有网格结构的光子晶体具有这样的光子带隙：由于折射率的周期性分布，具有特定波长的光通过所述光子带隙可被阻挡或穿过。
技术实现思路
提供制备具有均匀的尺寸分布的高折射纳米颗粒的方法和使用所述高折射纳米颗粒的光子器件。其它方面将部分地在随后的描述中阐明，和部分地从所述描述明晰或者可通过给出的实施方式的实践而获知。根据本专利技术的一方面，制备高折射纳米颗粒的方法包括：将聚合物稳定剂加入溶剂；和将具有等于或大于1.8的折射率的高折射纳米颗粒的原料加入所述溶剂并将其搅拌以形成高折射纳米颗粒,其中通过调节所述聚合物稳定剂的含量以控制吸附到所述高折射纳米颗粒表面的所述聚合物稳定剂的量，在从加入所述原料到形成所述高折射纳米颗粒的一步中控制所述高折射纳米颗粒的尺寸。所述高折射纳米颗粒可为ZnS、TiO2、ZnO或ZrO2。所述聚合物稳定剂可为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)、聚丙烯酸或聚乙烯醇(PVA)。所述聚合物稳定剂在所述溶剂中的含量可为约0.1重量%-约2重量%。所述高折射纳米颗粒的直径可控制为约50nm-约300nm的范围。所述高折射纳米颗粒可用透明材料涂覆以形成核-壳结构。所述透明材料可为二氧化硅。根据本专利技术的另一方面，通过包括如下的方法制备的高折射纳米颗粒：将聚合物稳定剂加入溶剂；和将具有等于或大于1.8的折射率的高折射率纳米颗粒的原料加入所述溶剂并将其搅拌以形成高折射纳米颗粒,其中通过调节所述聚合物稳定剂的含量以控制吸附到所述高折射纳米颗粒表面的所述聚合物稳定剂的量，在从加入所述原料到形成所述高折射纳米颗粒的一步中控制所述高折射纳米颗粒的尺寸。根据本专利技术的另一方面,光子晶体器件包括通过由高折射纳米颗粒的自组装形成的光子晶体，所述高折射纳米颗粒通过包括如下的方法制备：将聚合物稳定剂加入溶剂；和将具有等于或大于1.8的折射率的高折射纳米颗粒的原料加入所述溶剂并将其搅拌以形成高折射纳米颗粒，其中通过调节所述聚合物稳定剂的含量以控制吸附到所述高折射纳米颗粒表面的所述聚合物稳定剂的量，在从加入所述原料到形成所述高折射纳米颗粒的一步中控制所述高折射纳米颗粒的尺寸。所述高折射纳米颗粒可固定至所述溶剂。在这种情况下，所述光子晶体器件的光子带隙可固定以仅反射具有特定波长的光。所述光子晶体可包括其中所述高折射纳米颗粒分散在所述溶剂中的胶体溶液，其中所述光子晶体器件进一步包括向所述胶体溶液施加电场的电极，其中包括所述高折射纳米颗粒的所述光子晶体的光子阻带根据向所述电极施加的电压在至少可见波段连续地变化。所述电极可用其间的所述胶体溶液相互隔开预定的距离。所述光子晶体器件可为具有可见波段作为光子阻带的可调滤色器、或用于显示可见波段的任意颜色的全色反射显示器。因为所述方法通过使用聚合物稳定剂控制高折射纳米颗粒的尺寸和分散度，因此具有介观尺寸的纳米颗粒可容易地在一步中制备。因此，由于所述纳米颗粒具有均匀的介观尺寸分布，因此可容易地实现具有可见波段的光子带隙的光子晶体器件。附图说明从结合附图考虑的实施方式的下列描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，其中：图1A到1D说明其中ZnS纳米颗粒生长的过程；图2A到2C是当使用和没有使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)时制备的ZnS纳米颗粒的扫描电子显微镜(SEM)图像；图3A到3C是其尺寸受控的多种ZnS纳米颗粒的透射电子显微镜(TEM)图像；图3D是图3C的放大图像；图4是说明当使用和没有使用PVP时制备的ZnS纳米颗粒的广角X-射线衍射图案的图；图5A是ZnS纳米颗粒的放大图像；图5B说明在ZnS纳米颗粒各自的中心部分进行的能量色散X-射线(EDX)元素分析的结果；图5C说明在ZnS纳米颗粒各自的端部进行的EDX元素分析的结果；图6说明对ZnS纳米颗粒进行的热重量分析(TGA)的结果；图7A到7D是在用二氧化硅涂覆ZnS纳米颗粒之前和之后的所述ZnS纳米颗粒的SEM和TEM图像；图8A是用二氧化硅涂覆的ZnS纳米颗粒的放大图像；图8B说明在用二氧化硅涂覆的ZnS纳米颗粒各自的中心部分进行的EDX元素分析的结果；图8C说明在所述ZnS纳米颗粒各自的壳部分进行的EDX元素分析的结果；图9A到9C说明高折射纳米颗粒的排列；图10是说明根据本专利技术的一个实施方式的光子晶体器件的图；图11是说明根据本专利技术的另一实施方式的光子晶体器件的图；图12说明当颗粒和介质间的折射率比增加时所述光子晶体器件的反射光谱；和图13是说明反射率和色域与在水溶液中的颗粒和溶剂之间的折射率比之间的关系的图。具体实施方式现在将参考其中显示本专利技术示例性实施方式的附图更充分地描述本专利技术。在附图中，相同的附图标记指的是相同的元件，且为了清楚可放大元件的尺寸或厚度。根据本专利技术的实施方式的制备高折射纳米颗粒的方法包括：将聚合物稳定剂加入溶剂，将其搅拌，加入原料，将反应进行预定的时间，和合成高折射纳米颗粒,其中通过调节所述溶剂中的所述聚合物稳定剂的含量以控制吸附到所述高折射纳米颗粒表面的所述聚合物稳定剂的量，调节所述高折射纳米颗粒的尺寸和分散度。所述高折射纳米颗粒可为具有等于或大于1.8的折射率的ZnS、TiO2、ZnO、或ZrO2。由其制备所述高折射纳米颗粒的所述原料可为公知的原材料。所述聚合物稳定剂可为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)、聚丙烯酸或聚乙烯醇(PVA)，且所述溶剂中聚合物稳定剂的含量可范围为约0.25重量%-约2重量%。通过使用所述方法制备的所述高折射纳米颗粒可为具有根据所述溶剂中聚合物稳定剂的含量的预定颗粒直径的单分散颗粒，且在从加入所述原料到合成所述高折射纳米颗粒的一步中可控制所述高折射纳米颗粒的尺寸。通过控制所述聚合物稳定剂，所述高折射纳米颗粒的直径可控制为约50nm-约300nm的范围，且所述高折射纳米颗粒的尺寸分布可小于5%，使得所述高折射纳米颗粒具有均匀的尺寸分布。图1A到1D说明其中ZnS纳米颗粒生长的过程。首先，如图1A中所示，当将锌(Zn)和硫(S)的原料溶解在其中加入预定的聚合物稳定剂的溶剂中时，Zn离子和S离子相互组合以形成如图1B中所示的ZnS晶种。所述ZnS晶种作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备高折射纳米颗粒的方法，所述方法包括：将聚合物稳定剂加入溶剂；和将具有等于或大于1.8的折射率的高折射纳米颗粒的原料加入所述溶剂并将其搅拌以形成高折射纳米颗粒，其中通过调节所述聚合物稳定剂的含量以控制吸附到所述高折射纳米颗粒表面的所述聚合物稳定剂的量，在从加入所述原料到形成所述高折射纳米颗粒的一步中控制所述高折射纳米颗粒的尺寸。

【技术特征摘要】
2011.08.24 KR 10-2011-00848181.制备高折射纳米颗粒的方法，所述方法包括：将聚合物稳定剂加入溶剂；和将具有等于或大于1.8的折射率的高折射纳米颗粒的原料加入所述溶剂并将其搅拌以形成高折射纳米颗粒，其中通过调节所述聚合物稳定剂的含量以控制吸附到所述高折射纳米颗粒表面的所述聚合物稳定剂的量，在从加入所述原料到形成所述高折射纳米颗粒的一步中控制所述高折射纳米颗粒的尺寸，其中所述高折射纳米颗粒的直径控制为50nm-300nm的范围，其中所述聚合物稳定剂是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯酸或聚乙烯醇，和其中在所述溶剂中所述聚合物稳定剂的含量为0.1重量％-2重量％。2.如权利要求1所述的方法，其中所述高折射纳米颗粒为ZnS、TiO2、ZnO或ZrO2。3.如权利要求1所述的方法，其中所述高折射纳米颗粒用透明材料涂覆以形成核-壳结构。4.如权利要求3所述的方法，其中所述透明材料是二氧化硅。5.通过包括如下的方法制备的高折射纳米颗粒：将聚合物稳定剂加入溶剂；和将具有等于或大于1.8的折射率的高折射率纳米颗粒的原料加入所述溶剂并将其搅拌以形成高折射纳米颗粒,其中通过调节所述聚合物稳定剂的含量以控制吸附到所述高折射纳米颗粒表面的所述聚合物稳定剂的量，在从加入所述原料到形成所述高折射纳米颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩文奎，沈洪植，申昶均，全锡珍，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：