التوليف البيروفسكايت عن طريق الموجات فوق الصوتية
توفر التفاعلات المستحثة بالموجات فوق الصوتية والمكثفة طريقة توليف سهلة يمكن التحكم فيها بدقة ومتعددة الاستخدامات لإنتاج المواد المنشطة بالضوء ، والتي لا يمكن تحضيرها غالبا بالتقنيات التقليدية.
إن التبلور بالموجات فوق الصوتية وترسيب بلورات البيروفسكايت هو تقنية فعالة للغاية واقتصادية ، والتي تسمح بإنتاج بلورات البيروفسكايت النانوية على نطاق صناعي للإنتاج بالجملة.
التوليف بالموجات فوق الصوتية من بلورات البيروفسكايت النانوية
تظهر بيروفسكايت هاليد الرصاص العضوية غير العضوية خصائص إلكترونية بصرية استثنائية مثل امتصاص الضوء العالي ، وعمر الناقل الطويل جدا ، وطول انتشار الناقل ، وحركة الناقل العالية ، مما يجعل مركبات البيروفسكايت مادة وظيفية متفوقة للتطبيقات عالية الأداء في الألواح الشمسية ، ومصابيح LED ، وأجهزة الكشف الضوئي ، والليزر ، إلخ.
الموجات فوق الصوتية هي واحدة من الطرق الفيزيائية لتسريع ردود الفعل العضوية المختلفة. تتأثر عملية التبلور وتتحكم فيها المعالجة بالموجات فوق الصوتية ، مما يؤدي إلى خصائص الحجم التي يمكن التحكم فيها لجسيمات البيروفسكايت النانوية أحادية البلورية.
صور TEM ل CH3إن إتش3بي بي آر بي آر3 QDs (أ) مع و (ب) دون علاج بالموجات فوق الصوتية.
UIP2000hdT مع مفاعل خلية التدفق القابل للضغط
دراسات حالة لتوليف البيروفسكايت بالموجات فوق الصوتية
وقد أجريت البحوث أنواع متعددة من نمو بلورات البيروفسكايت بمساعدة الموجات فوق الصوتية. بشكل عام ، يتم تحضير بلورات البيروفسكايت بطريقة نمو السائل. من أجل ترسيب بلورات البيروفسكايت ، يتم تقليل قابلية ذوبان العينات المستهدفة ببطء ويتم التحكم فيها في محلول السلائف. يعتمد الترسيب بالموجات فوق الصوتية لبلورات البيروفسكايت النانوية بشكل أساسي على التبريد المضاد للمذيبات.
تبلور بالموجات فوق الصوتية من بلورات البيروفسكايت النانوية
Jang et al. (2016) تقرير التوليف الناجح بمساعدة الموجات فوق الصوتية لبلورات بيروفسكايت النانوية لهاليد الرصاص. باستخدام الموجات فوق الصوتية ، APbX3 بلورات البيروفسكايت النانوية مع مجموعة واسعة من التراكيب ، حيث A = CH3إن إتش3أو Cs أو HN = CHNH3 (الفورماميدينيوم) ، و X = Cl أو Br أو I ، ترسبت. الموجات فوق الصوتية يسرع عملية إذابة السلائف (AX و PbX2) في التولوين ، ويحدد معدل الذوبان معدل نمو البلورات النانوية. بعد ذلك ، قام فريق البحث بتصنيع كاشفات ضوئية عالية الحساسية عن طريق طلاء متجانس للبلورات النانوية ذات الحجم الموحد على ركائز أكسيد السيليكون ذات المساحة الكبيرة.
توزيعات حجم الجسيمات من CH3NH3PbBr3 (أ) مع و (ب) دون العلاج بالموجات فوق الصوتية.
تشن وآخرون 2017
تبلور غير متماثل بالموجات فوق الصوتية من البيروفسكايت
طور Peng et al. (2016) طريقة نمو جديدة تعتمد على التبلور غير المتماثل الناجم عن التجويف (CTAC) ، والذي يعزز النوى غير المتجانسة من خلال توفير طاقة كافية للتغلب على حاجز النواة. باختصار ، أدخلوا نبضات فوق صوتية قصيرة جدا (≈ 1 ثانية) إلى المحلول عندما وصل إلى مستوى تشبع فائق منخفض مع انتشار بخار مضاد للمذيبات. يتم إدخال النبض فوق الصوتي عند مستويات التشبع الفائق العالية ، حيث يؤدي التجويف إلى أحداث نواة مفرطة وبالتالي نمو عدد كبير من البلورات الصغيرة. واعد ، MAPbBr3 نمت الأفلام أحادية البلورية على سطح ركائز مختلفة في غضون عدة ساعات من العلاج بالموجات فوق الصوتية الدورية.
التوليف بالموجات فوق الصوتية للنقاط الكمومية البيروفسكايت
Chen et al. (2017) يقدم في عملهم البحثي طريقة فعالة لإعداد النقاط الكمومية البيروفسكايت (QDs) تحت التشعيع بالموجات فوق الصوتية. يستخدم الموجات فوق الصوتية كوسيلة ميكانيكية من أجل تسريع ترسيب النقاط الكمومية البيروفسكايت. يتم تكثيف عملية تبلور النقاط الكمومية البيروفسكايت والتحكم فيها عن طريق العلاج بالموجات فوق الصوتية ، مما يؤدي إلى الحجم المصمم بدقة للبلورات النانوية. أظهر تحليل بنية وحجم الجسيمات ومورفولوجيا النقاط الكمومية البيروفسكايت أن التبلور بالموجات فوق الصوتية يعطي أحجام جسيمات أصغر وتوزيعا أكثر اتساقا لحجم الجسيمات. باستخدام التوليف بالموجات فوق الصوتية (= sonochemical) ، كان من الممكن أيضا إنتاج نقاط الكم البيروفسكايت بتركيبات كيميائية مختلفة. سمحت تلك التركيبات المختلفة في بلورات البيروفسكايت بقمم انبعاث غير قادرة وحواف امتزاز CH3إن إتش3مقسم3 (X = Cl و Br و I) ، مما أدى إلى مجموعة ألوان واسعة للغاية.
التشتت بالموجات فوق الصوتية
Ultrasonication من تعليق الجسيمات نانو والأحبار هي تقنية موثوقة لتفريقها بشكل متجانس قبل تطبيق تعليق نانو على ركائز مثل الشبكات أو الأقطاب الكهربائية. (راجع Belchi et al. 2019; بيشلر وآخرون 2018)
يتعامل التشتت بالموجات فوق الصوتية بسهولة مع التركيزات الصلبة العالية (مثل المعاجين) ويوزع جزيئات النانو في جزيئات أحادية التشتت بحيث يتم إنتاج تعليق موحد. هذا يؤكد أنه في التطبيق اللاحق ، عندما تكون الركيزة مغلفة ، لا يوجد تكتل مثل التكتلات يضعف أداء الطلاء.
يعد التشتت بالموجات فوق الصوتية معلقات موحدة بحجم النانو: منحنى أخضر – قبل صوتنة / منحنى أحمر بعد صوتنة
معالجات بالموجات فوق الصوتية لهطول الأمطار البيروفسكايت
Hielscher Ultrasonics تصاميم وتصنيع أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء للتوليف سونوكيميائية من بلورات البيروفسكايت عالية الجودة. كشركة رائدة في السوق ومع خبرة طويلة في المعالجة بالموجات فوق الصوتية، Hielscher Ultrasonics يساعد عملائها من اختبار الجدوى الأول إلى عملية الأمثل إلى التثبيت النهائي للمعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية للإنتاج على نطاق واسع. تقدم محفظة كاملة من مختبر وأعلى الموجات فوق الصوتية مقاعد البدلاء تصل إلى المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية، Hielscher يمكن أن يوصي لك الجهاز المثالي لعملية نانوكريستال الخاص بك.
جميع الموجات فوق الصوتية Hielscher يمكن التحكم فيها بدقة ويمكن ضبطها من السعات منخفضة جدا إلى عالية جدا. السعة هي واحدة من العوامل الرئيسية التي تؤثر على تأثير وتدمير عمليات صوتنة. Hielscher الفوق صوتيات’ توفر المعالجات بالموجات فوق الصوتية مجموعة واسعة جدا من السعات التي تغطي مجموعة من التطبيقات الخفيفة جدا والناعمة إلى الشديدة جدا والمدمرة. اختيار إعداد السعة الصحيح ، معزز و sonotrode يسمح لضبط تأثير الموجات فوق الصوتية المطلوبة لعملية محددة الخاص بك. مفاعل خلية التدفق الخاص من Hielscher أدخل MPC48 – MultiPhaseCavitator (انظر الصورة. اليسار) – يسمح بحقن المرحلة الثانية عبر 48 قنية كسلالة رقيقة في البقعة الساخنة التجويفية ، حيث تعمل الموجات فوق الصوتية عالية الأداء على تشتيت المرحلتين في خليط متجانس. يعتبر MultiPhaseCavitator مثاليا لبدء نقاط البذر البلوري والتحكم في تفاعل الترسيب لبلورات البيروفسكايت النانوية.
Hielscher المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية يمكن أن تقدم السعات عالية بشكل غير عادي. يمكن تشغيل السعات التي تصل إلى 200 ميكرومتر بسهولة بشكل مستمر في عملية 24/7. للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة. متانة معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher يسمح لعملية 24/7 في الخدمة الشاقة وفي البيئات الصعبة.
عملائنا راضون عن المتانة والموثوقية المعلقة لأنظمة Hielscher Ultrasonic. يضمن التثبيت في مجالات التطبيق الشاق والبيئات الصعبة والتشغيل 24/7 معالجة فعالة واقتصادية. تكثيف العملية بالموجات فوق الصوتية يقلل من وقت المعالجة ويحقق نتائج أفضل ، أي جودة أعلى ، غلة أعلى ، منتجات مبتكرة.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 0.5 إلى 1.5 مل | ن.أ. | VialTweeter |
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الطاقة من المختبر ل طيار و النطاق الصناعي.
الأدب / المراجع
- Raphaëlle Belchi; Aurélie Habert; Eddy Foy; Alexandre Gheno; Sylvain Vedraine; Rémi Antony; Bernard Ratier; Johann Bouclé; Nathalie Herlin-Boimecor (2019): One-Step Synthesis of TiO2/Graphene Nanocomposites by Laser Pyrolysis with Well-Controlled Properties and Application in Perovskite Solar Cells. ACS Omega. 2019 Jul 31; 4(7): 11906–11913.
- Dong Myung Jang, Duk Hwan Kim, Kidong Park, Jeunghee Park, Jong Woon Lee, Jae Kyu Song (2016): Ultrasound synthesis of lead halide perovskite nanocrystals. Journal of Materials Chemistry C. Issue 45, 2016.
- Lung-Chien Chen, Zong-Liang Tseng, Shih-You Chen, Shengyi Yang (2017): An ultrasonic synthesis method for high-luminance perovskite quantum dots. Cermaics international 43, 2017. 16032-16035.
- Birgit Pichler; Kurt Mayer; Prof. Viktor Hacker (2018): Long‐Term Operation of Perovskite‐Catalyzed Bifunctional Air Electrodes in Rechargeable Zinc‐Air Flow Batteries. Batteries & Supercaps Vol. 2, Issue 4, April 2019. 387-395.
- Wei Peng, Lingfei Wang, Banavoth Murali, Kang-Ting Ho, Ashok Bera, Namchul Cho, Chen-Fang Kang, Victor M. Burlakov, Jun Pan, Lutfan Sinatra, Chun Ma, Wei Xu, Dong Shi, Erkki Alarousu, Alain Goriely, Jr-Hau He, Omar F. Mohammed, Tom Wu, Osman M. Bakr (2016): Solution-Grown Monocrystalline Hybrid Perovskite Films for Hole-Transporter-Free Solar Cells. Advanced Materials 2016.
حقائق تستحق المعرفة
البيروفسكايت
البيروفسكايت هو مصطلح يصف معدن البيروفسكايت (المعروف أيضا باسم أكسيد تيتانيوم الكالسيوم أو تيتانات الكالسيوم ، الصيغة الكيميائية CaTiO3) وكذلك بنية مادية محددة. وفقا لنفس الاسم ، يتميز البيروفسكايت المعدني بهيكل البيروفسكايت.
يمكن أن تحدث مركبات البيروفسكايت في بنية مكعبة أو رباعية الزوايا أو تقويم العظام ولها الصيغة الكيميائية ABX3. A و B كاتيونات ، بينما يمثل X أنيون ، والذي يرتبط بكليهما. في مركبات البيروفسكايت ، يكون الكاتيون A أكبر بكثير من الكاتيون B. المعادن الأخرى مع هيكل البيروفسكايت هي لوباريت وبريدجمانيت.
البيروفسكايت لها بنية بلورية فريدة من نوعها وفي هذا الهيكل يمكن الجمع بين العناصر الكيميائية المختلفة. نظرا للبنية البلورية الخاصة ، يمكن لجزيئات البيروفسكايت أن تظهر خصائص قيمة مختلفة ، مثل الموصلية الفائقة ، والمقاومة المغناطيسية العالية جدا ، و / أو الكهرباء الحديدية ، مما يجعل هذه المركبات مثيرة للاهتمام للغاية للتطبيقات الصناعية. علاوة على ذلك ، يمكن دمج عدد كبير من العناصر المختلفة معا لتشكيل هياكل البيروفسكايت ، مما يجعل من الممكن الجمع بين بعض الخصائص المادية وتعديلها وتكثيفها. يستخدم الباحثون والعلماء ومطورو العمليات هذه الخيارات لتصميم وتحسين خصائص البيروفسكايت الفيزيائية والبصرية والكهربائية بشكل انتقائي.
تجعل خصائصها الإلكترونية الضوئية البيروفسكايت الهجين مرشحين مثاليين لتطبيقات الخلايا الشمسية ، كما أن خلايا البيروفسكايت الشمسية هي تقنية واعدة ، والتي قد تساعد في إنتاج كميات كبيرة من الطاقة النظيفة والصديقة للبيئة.
المعلمات الإلكترونية الضوئية الحرجة للبيروفسكايت أحادي البلورية ذكرت في الأدبيات:
τs = 28 نانوثانية τb = 300 نانوثانية PL
1.3-4.3 ميكرومتر مكعب × 1010MAPbI31.51 فولت 820 نانومتر 67.2 (SCLC)
τs = 18 نانوثانية τb = 570 نانوثانية PL
1.8–10.0 ميكرومتر1.4 × 1010MAPbI3850 نانومتر164 ± 25 حفرة التنقل (SCLC) 105 حفرة التنقل (قاعة) 24 ± 6.8 إلكترون SCLC
82 ± 5 μs TPV 95 ± مطيافية مقاومة 8 μs (IS)9 × 109 P175 ± 25 ميكرومتر 3.6 × 1010 للحفرة 34.5 × 1010 للإلكترونMAPbI31.53 فولت 784 نانومتر 34 قاعة
8.8 × 1011 p
1.8 × 109 للثقب 4.8 × 1010 للإلكترون MAPbBr31.53 فولت 784 نانومتر 34 قاعة
8.8 × 1011 p
1.8 × 109 للثقب 4.8 × 1010 للإلكترون MAPbBr32.24 فولت 537 نانومتر4.36 قاعة
3.87 × 1012 p
2.6 × 1010 للثقب 1.1 × 1011 للإلكترونMAPbCl32.24 فولت 537 نانومتر4.36 قاعة
3.87 × 1012 p
2.6 × 1010 للثقب 1.1 × 1011 للإلكترونMAPbCl32.97 فولت 402 نانومتر 179 قاعة
5.1 × 109 N
MAPbCl32.88 فولت 440 نانومتر42 ± 9 (SCLC)2.7 × 10-8τs = 83 نانوثانية τb = 662 نانوثانية PL4.0 × 109 P3.0–8.5 μm3.1 × 1010FAPbI31.49 فولت 870 نانومتر 40 ± 5 فتحات التنقل SCLC1.8 × 10-8
2.8 × 109
1.34 × 1010
| المواد | فجوة النطاق أو بداية الامتصاص | التنقل [سم2 V-1 s-1] | الموصلية [Ω-1 سم-1] | عمر الناقل وطريقته | تركيز الناقل ونوعه [سم-3] (ن أو ع) | طول الانتشار | كثافة المصيدة [سم-3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MAPbBr3 | 2.21 فولت 570 نيوتن متر | 115 (TOF) 20-60 (قاعة) 38 (SCLC) | τs = 41 نانوثانية τb = 457 نانوثانية (PL) | 5 × 109 إلى 5 × 1010 p | 3-17 ميكرومتر | 5.8 × 109 |