Kolloidal yarı iletken Nanocrystals sistematik çalışmalar için modüler bir mikrosıvısal teknolojisi
Summary
Burada ayrıntılı işlem ve derleme kolloidal yarı iletken nanocrystal immobilizasyonu sistematik karakterizasyonu için modüler mikrosıvısal tarama platformun iletişim kurallarıdır. Tam ayarlanabilir sistem düzenlemeler ile yüksek verimli spectra koleksiyonu 4 büyüklük reaksiyon zamanı ölçekler bir kütle transferi kontrol örnekleme alanı içinde genelinde yürütülen.
Abstract
Kolloidal yarı iletken nanocrystals, kuantum (QDs), nokta olarak bilinen ışık gibi ticari elektronik malzemelerin hızla büyüyen bir sınıf diyotlar (LED’ler) ve fotovoltaik (PVs) yayan vardır. Bu malzeme grubu arasında önemli gelişme ve potansiyeli yüksek ücret taşıyıcı mobilities ve yaşam süreleri nedeniyle yüksek verimlilik, düşük maliyetli PV fabrikasyon doğru inorganik/organik perovskites gösterdi. Perovskite QDs büyük ölçekli PV ve LED uygulamaları için fırsatlar rağmen onların büyüme yolları temel ve kapsamlı anlayış eksikliği onların uyum içinde sürekli nanomanufacturing stratejileri inhibe. Geleneksel şişesi tabanlı tarama yaklaşımlar genellikle pahalı, emek yoğun ve etkili bir şekilde geniş parametre alanı ve sentez çeşitli kolloidal QD tepkiler ilgili karakterize için imprecise. Bu çalışmada, tam özerk mikrosıvısal platformu sistematik olarak nanocrystals sürekli akışı biçiminde kolloidal sentezi ile ilgili büyük parametre alanı incelemek için geliştirilmiştir. 3-port akışı hücre ve modüler reaktör uzantısı birimleri çeviri bir roman uygulanması yoluyla, sistem hızla Floresans ve soğurma spektrumları 3-196 cm arasında değişen reaktör uzunlukları arasında toplayabiliriz. Ayarlanabilir reaktör uzunluğu sadece ikamet süresi hızı bağımlı kütle aktarımı üzerinden decouples, aynı zamanda önemli ölçüde örneklendirme oranı ve kimyasal tüketimi nedeniyle 40 benzersiz spectra içinde tek bir karakterizasyonu geliştirir denge sistemi. Örnekleme hızları günde en çok 30.000 benzersiz spectra ulaşabilirsiniz ve koşulları 4 büyüklük 100 ms – 17 dk arasında değişen kez konutunda kapsar. Bu sistemin daha fazla uygulamaları oranı ve hassas malzeme keşif ve gelecekte tarama çalışmaları önemli ölçüde artıracak. Bu raporda Detaylı sistem malzeme ve derleme iletişim kuralları ile otomatik örnekleme yazılım ve çevrimdışı veri işleme genel bir açıklaması vardır.
Introduction
Yarı iletken nanocrystals, özellikle kuantum nokta, gelişiyle önemli gelişmeler elektronik malzeme araştırma ve üretim tahrik vardır. Örneğin, kuantum nokta1 zaten piyasada bulunan “QLED” uygulamaya LED görüntüler. Son zamanlarda yarı iletkenler bu sınıf arasında perovskites önemli ilgi ve araştırma yüksek verimlilik ve düşük maliyetli PV teknolojileri doğru yol açtı. 2009 yılında perovskite tabanlı PV ilk gösteri beri2 laboratuar ölçekli güç dönüşüm verimliliği perovskite tabanlı güneş hücreleri tarafından herhangi bir PV teknoloji tarihinin eşsiz bir oranda artmıştır. 3 , 4 perovskite tabanlı PVs sürüş ilgi ek olarak son yöntemler perovskite nanocrystals facile kolloidal sentezi açıklayan-si olmak mahluk için düşük maliyetli çözüm fazlı işlenmesi perovskite QDs fırsat ticari elektronik. 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14
Kolloidal perovskite QDs büyük ölçekli nanomanufacturing doğru çaba, nanocrystal büyüme yolları daha iyi bir temel anlayış ve reaksiyon koşulları etkili denetim ilk geliştirilmelidir. Ancak, bu süreçlerin mevcut çalışmalar geleneksel şişesi tabanlı yaklaşımlar yararlanmıştır. Toplu iş sentezi stratejileri malzeme karakterizasyonu ve üretim açısından içerdiği sınırlamaları çeşitli mevcut, ama en önemlisi, şişesi tabanlı teknikleri zaman ve öncü tüketimi eleme son derece verimsiz olan ve gösteren sentez tutarlılık inhibe şişesi boyut bağımlı kitle aktarma özellikleri. 15 etkili kolloidal yarı iletken nanocrystals büyüme yollar bildirilen immobilizasyonu yordamlar ve geniş ilgili örnek alanı içinde çok çeşitli genelinde, daha etkili bir tarama tekniği gerekli incelemektir. Son iki yılda bir dizi mikrosıvısal stratejileri geliştirilmiştir kolloidal nanocrystals daha az kimyasal tüketimi, yüksek üretilen iş tarama yöntemleri erişilebilirliğini ve için potansiyel yararlanarak çalışmaları için bir sürekli sentez sistemlerinde süreç denetim uygulaması. 12 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20
Bu çalışmada, biz tasarım ve kolloidal yarı iletken nanocrystals yüksek üretilen iş in situ çalışmaları için bir otomatik mikrosıvısal platform geliştirme raporu. Akış hücre, son derece modüler tasarım ve entegrasyonu alıp borulu reaktörler ve akışkan bağlantıları çeviri bir roman formu bulma, tarama ve optimizasyon doğrudan uygulamaları ile benzersiz ve uyarlanabilir reconfigurable platformu Kolloidal nanocrystals. Bizim algılama tekniği (Yani, üç-port akışı hücre), translasyonel yeteneklilik üstünde ilk kez sermaye, biz aynı anda örnekleme arttırırken ayırımı sistematik karıştırma ve reaksiyon zaman ölçekleri göstermek geleneksel sabit akış hücre yaklaşımlar üzerinde verimlilik ve tahsilat oranları. Bu platform kullanımı sürekli nanomanufacturing stratejileri doğru kolloidal nanocrystal immobilizasyonu yüksek üretilen iş ve hassas grubu-gap mühendislik sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Otomatik örnekleme sistemi: Tarama platformu özerk Operasyon Merkezi kontrol sonlu durum makinesi ile yapılır. Hareketi bu devletler arasında sırayla örnekleme koşulları değişen bir dizi genelinde operasyon için izin birden çok özyinelemeli kesimi ile oluşur. Genel sistem denetimleri 3 çekirdek sahne ayrılabilir. İlk olarak, sistem her USB kontrollü bileşen aracılığıyla iletişim kurar, otomatik olarak dosya yolları kaydetme tanımlar ve ilk kullanıcı girişi için ister bir ba…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi tarafından sağlanan mali destek minnetle kabul etmiş oluyorsunuz. Milad Abolhasani ve Robert W. Epps minnetle UNC araştırma fırsatları girişimi (UNC-YG) hibe mali desteği kabul edersiniz.
Materials
| Toluene | Fisher Scientific | AC364410010 | 99.85% extra over molecular sieves |
| Oleic acid | Sigma Aldrich | 364525 ALDRICH | technical grade 90% |
| Cesium hydroxide (50 wt% in water) | Sigma Aldrich | 232041 ALDRICH | 50 wt% in water > 99.9% trace metals |
| Lead(II) oxide | Sigma Aldrich | 211907 SIGMA-ALDRICH | > 99.9% trace metals basis |
| Tetraoctylammonium bromide | Sigma Aldrich | 294136 ALDRICH | 98% |
| 1/16" OD, 0.04" ID FEP tubing | MicroSolv | 48410-40 | |
| 1/16" OD, 0.02" ID ETFE tubing | MicroSolv | 48510-20 | |
| 0.02" thru hole PEEK Tee | IDEX Health & Science | P-712 | |
| 1/4-28 ETFE flangeless ferrule for 1/16" | IDEX Health & Science | P-200N | |
| 1/4-28 PEEK flangeless nut for 1/16" | IDEX Health & Science | P-230 | |
| 4-way PEEK L-valve | IDEX Health & Science | V-100L | |
| Syringe pump | Harvard Apparatus | 70-3007 | |
| 8 mL stainless steel syringe | Harvard Apparatus | 70-2267 | |
| 25 mL glass syringe | Scientific Glass Engineering | 25MDF-LL-GT | |
| Optical breadboard | ThorLabs | MB1224 | |
| 300 mm translation stage | ThorLabs | LTS300 | |
| Optical post | ThorLabs | TR2-4 | TR2, TR3, or TR4 |
| Optical post holder | ThorLabs | PH4-6 | PH4 or PH6 |
| 365 nm LED | ThorLabs | M365LP1 | |
| LED driver | ThorLabs | LEDD1B | |
| 600 micron patch cord | Ocean Optics | QP600-1-SR | |
| Deuterium-halogen light source | Ocean Optics | DH-2000-BAL | |
| Miniature spectrometer | Ocean Optics | FLAME-S-XR1-ES | |
| Multifuction I/O device (DAQ) | National Instruments | USB-6001 | |
| Virtual Instrument Software | National Instruments | LabVIEW 2015 SP1 |
Referências
- Tan, Z. -. K., Moghaddam, R. S., et al. Bright light-emitting diodes based on organometal halide perovskite. Nature Nanotechnology. 9 (9), 687-692 (2014).
- Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. Journal of the American Chemical Society. 131 (17), 6050-6051 (2009).
- Huang, H., Bodnarchuk, M. I., Kershaw, S. V., Kovalenko, M. V., Rogach, A. L. Lead halide perovskite nanocrystals in the research spotlight: stability and defect tolerance. ACS Energy Letters. 2 (9), 2071-2083 (2017).
- Grätzel, M. The light and shade of perovskite solar cells. Nature Materials. 13, 838 (2014).
- Schmidt, L. C., Pertegás, A., et al. Nontemplate synthesis of CH3NH3PbBr3 perovskite nanoparticles. Journal of the American Chemical Society. 136 (3), 850-853 (2014).
- Wei, S., Yang, Y., Kang, X., Wang, L., Huang, L., Pan, D. Room-temperature and gram-scale synthesis of CsPbX3 (X = Cl, Br, I) perovskite nanocrystals with 50-85% photoluminescence quantum yields. Chemical Communications. 52 (45), 7265-7268 (2016).
- Vybornyi, O., Yakunin, S. V., Kovalenko, M. Polar-solvent-free colloidal synthesis of highly luminescent alkylammonium lead halide perovskite nanocrystals. Nanoscale. 8 (12), 6278-6283 (2016).
- Sun, S., Yuan, D., Xu, Y., Wang, A., Deng, Z. Ligand-mediated synthesis of shape-controlled cesium lead halide perovskite nanocrystals via reprecipitation process at room temperature. ACS Nano. 10 (3), 3648-3657 (2016).
- Jellicoe, T. C., Richter, J. M., et al. Synthesis and optical properties of lead-free cesium tin halide perovskite nanocrystals. Journal of the American Chemical Society. 138 (9), 2941-2944 (2016).
- Tong, Y., Bladt, E., et al. Highly luminescent cesium lead halide perovskite nanocrystals with tunable composition and thickness by ultrasonication. Angewandte Chemie International Edition. 55 (44), 13887-13892 (2016).
- Zhang, D., Eaton, S. W., Yu, Y., Dou, L., Yang, P. Solution-phase synthesis of cesium lead halide perovskite nanowires. Journal of the American Chemical Society. 137 (29), 9230-9233 (2015).
- Lignos, I., Stavrakis, S., Nedelcu, G., Protesescu, L., deMello, A. J., Kovalenko, M. V. Synthesis of cesium lead halide perovskite nanocrystals in a droplet-based microfluidic platform: fast parametric space mapping. Nano Letters. 16 (3), 1869-1877 (2016).
- Wei, S., Yang, Y., Kang, X., Wang, L., Huang, L., Pan, D. Room-temperature and gram-scale synthesis of CsPbX3 (X = Cl, Br, I) perovskite nanocrystals with 50-85% photoluminescence quantum yields. Chemical Communications. 52 (45), 7265-7268 (2016).
- Protesescu, L., Yakunin, S., et al. Nanocrystals of cesium lead halide perovskites (CsPbX 3 , X = Cl, Br, and I): novel optoelectronic materials showing bright emission with wide color gamut. Nano Letters. 15 (6), 3692-3696 (2015).
- Epps, R. W., Felton, K. C., Coley, C. W., Abolhasani, M. Automated microfluidic platform for systematic studies of colloidal perovskite nanocrystals: towards continuous nano-manufacturing. Lab Chip. 23 (17), 4040-4047 (2017).
- Lignos, I., Protesescu, L., et al. Facile droplet-based microfluidic synthesis of monodisperse IV-VI semiconductor nanocrystals with coupled in-line NIR fluorescence detection. Chemistry of Materials. 26 (9), 2975-2982 (2014).
- Park, J., Saffari, A., Kumar, S., Günther, A., Kumacheva, E. Microfluidic synthesis of polymer and inorganic particulate materials. Annual Review of Materials Research. 40 (1), 415-443 (2010).
- Phillips, T. W., Lignos, I. G., Maceiczyk, R. M., deMello, A. J., deMello, J. C. Nanocrystal synthesis in microfluidic reactors: where next. Lab on a Chip. 14 (17), 3172-3180 (2014).
- Lignos, I., Stavrakis, S., Kilaj, A., deMello, A. J. Millisecond-timescale monitoring of PBS nanoparticle nucleation and growth using droplet-based microfluidics. Small. 11 (32), 4009-4017 (2015).
- Abolhasani, M., Coley, C. W., Xie, L., Chen, O., Bawendi, M. G., Jensen, K. F. Oscillatory microprocessor for growth and in situ. characterization of semiconductor nanocrystals. Chemistry of Materials. 27 (17), 6131-6138 (2015).
- Chen, D. L., Gerdts, C. J., Ismagilov, R. F. Using microfluidics to observe the effect of mixing on nucleation of protein crystals. Journal of the American Chemical Society. 127 (27), 9672-9673 (2005).
