Ultrasəs vasitəsilə perovskit sintezi

Ultrasəslə başladılan və intensivləşdirilən reaksiyalar işıqla aktivləşən və çox vaxt ənənəvi üsullarla hazırlana bilməyən materialların istehsalı üçün sadə, dəqiq idarə olunan və çoxşaxəli sintez üsulu təqdim edir.
Perovskit kristallarının ultrasəslə kristallaşdırılması və çökdürülməsi kütləvi istehsal üçün sənaye miqyasında perovskit nanokristalları istehsal etməyə imkan verən yüksək dərəcədə effektiv və qənaətli üsuldur.

Perovskit nanokristallarının ultrasəslə sintezi

Üzvi–qeyri-üzvi qurğuşun halogenid perovskitləri yüksək işıq udulması, yükdaşıyıcıların çox uzun ömrü, yükdaşıyıcıların diffuziya uzunluğu və yüksək hərəkətliliyi kimi müstəsna optoelektron xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Bu xüsusiyyətlər perovskit birləşmələrini günəş panellərində, LED-lərdə, fotodetektorlarda, lazerlərdə və s. yüksək performanslı tətbiqlər üçün üstün funksional materiala çevirir.
Ultrasəs emalı müxtəlif üzvi reaksiyaları sürətləndirən fiziki üsullardan biridir. Ultrasəs emalı kristallaşma prosesinə təsir edir və onu idarə edir, nəticədə monokristallik perovskit nanohissəciklərinin ölçü xüsusiyyətləri idarə oluna bilir.

TEM təsvirləri: CH₃NH₃PbBr₃ kvant nöqtələri (QDs) (a) ultrasəs emalı ilə və (b) ultrasəs emalı olmadan.

Perovskitin ultrasəslə sintezinə dair tədqiqat nümunələri

Tədqiqatlarda ultrasəslə dəstəklənən perovskit kristallarının böyüməsinin müxtəlif növləri araşdırılmışdır. Ümumiyyətlə, perovskit kristalları maye mühitdə böyütmə üsulu ilə hazırlanır. Perovskit kristallarını çökdürmək üçün prekursor məhlulunda hədəf nümunələrin həllolma qabiliyyəti yavaş-yavaş və nəzarətli şəkildə azaldılır. Perovskit nanokristallarının ultrasəslə çökdürülməsi əsasən antihəlledici ilə qəfil çökdürməyə əsaslanır.

Perovskit nanokristallarının ultrasəslə kristallaşdırılması

Jang və b. (2016) qurğuşun halogenid perovskit nanokristallarının ultrasəslə dəstəklənən uğurlu sintezini təsvir edirlər. Ultrasəsdən istifadə etməklə APbX₃ perovskit nanokristalları geniş tərkib diapazonunda çökdürülmüşdür; burada A = CH₃NH₃, Cs və ya HN=CHNH₃ (formamidinium), X isə Cl, Br və ya I-dir. Ultrasəs emalı prekursorların (AX və PbX₂) toluolda həllolma prosesini sürətləndirir və həllolma sürəti nanokristalların böyümə sürətini müəyyən edir. Sonradan tədqiqat qrupu eyni ölçülü nanokristalları böyük sahəli silisium oksid altlıqlarına fırlanma ilə örtmə üsulundan istifadə edərək bərabər şəkildə tətbiq etməklə yüksək həssaslıqlı fotodetektorlar hazırlamışdır.

CH3NH3PbBr3 hissəciklərinin ölçü paylanmaları: (a) ultrasəs emalı ilə və (b) ultrasəs emalı olmadan.
Chen və b. 2017

Perovskitin ultrasəslə asimmetrik kristallaşdırılması

Peng və b. (2016) kavitasiya ilə başladılan asimmetrik kristallaşmaya (CTAC) əsaslanan yeni böyütmə üsulu işləyib hazırlamışlar. Bu üsul nüvələşmə maneəsini aşmaq üçün kifayət qədər enerji təmin edərək heterogen nüvələşməni təşviq edir. Qısaca, antihəlledici buxarının diffuziyası ilə məhlul aşağı ifrat doyma səviyyəsinə çatdıqda ona çox qısa ultrasəs impulsları (≈ 1sec) tətbiq etmişlər. Ultrasəs impulsu yüksək ifrat doyma səviyyələrində tətbiq edilir; bu zaman kavitasiya həddindən artıq nüvələşmə hadisələrini və buna görə də çoxlu sayda kiçik kristalın böyüməsini başladır. Ümidverici nəticə olaraq, MAPbBr₃ monokristallik təbəqələri dövri ultrasəs emalının bir neçə saatı ərzində müxtəlif altlıqların səthində böyümüşdür.

Perovskit kvant nöqtələrinin ultrasəslə sintezi

Chen və b. (2017) öz tədqiqat işlərində ultrasəs şüalanması altında perovskit kvant nöqtələrinin (QDs) hazırlanması üçün səmərəli üsul təqdim edirlər. Ultrasəs emalı perovskit kvant nöqtələrinin çökdürülməsini sürətləndirmək üçün mexaniki üsul kimi istifadə olunur. Perovskit kvant nöqtələrinin kristallaşma prosesi ultrasəs emalı ilə intensivləşdirilir və idarə olunur, nəticədə nanokristalların ölçüsü dəqiq şəkildə tənzimlənir. Perovskit kvant nöqtələrinin strukturunun, hissəcik ölçüsünün və morfologiyasının təhlili göstərmişdir ki, ultrasəslə kristallaşdırma daha kiçik hissəcik ölçüləri və daha bərabər hissəcik ölçüsü paylanması verir. Ultrasəslə (= sonokimyəvi) sintezdən istifadə etməklə müxtəlif kimyəvi tərkibli perovskit kvant nöqtələri istehsal etmək də mümkün olmuşdur. Perovskit kristallarındakı bu müxtəlif tərkiblər aşağıdakı birləşmənin emissiya pikləri və adsorbsiya kənarları üzərində mənbədə “unable” kimi ifadə edilən əməliyyatı həyata keçirməyə imkan vermişdir: CH₃NH₃PbX₃ (X = Cl, Br və I); bu isə son dərəcə geniş rəng qammasına gətirib çıxarmışdır.

Ultrasəslə dispersləşdirmə

Nanohissəcik suspenziyalarının və mürəkkəblərin ultrasəslə emalı nanosuspenziyanı torlar və ya elektrodlar kimi altlıqlara tətbiq etməzdən əvvəl onları homogen şəkildə dispersləşdirmək üçün etibarlı üsuldur. (bax: Belchi və b. 2019; Pichler və b. 2018)
Ultrasəslə dispersləşdirmə yüksək bərk maddə konsentrasiyalarını (məsələn, pastaları) asanlıqla emal edir və nanohissəcikləri ayrı-ayrı dispersləşmiş hissəciklər şəklində paylayaraq bərabər suspenziya yaradır. Bu, sonrakı tətbiq zamanı altlıq örtüldükdə aqlomeratlar kimi topalaşmaların örtüyün performansını zəiflətməməsini təmin edir.

Ultrasəslə dispersləşdirmə bərabər nanoölçülü suspenziyalar hazırlayır: yaşıl əyri – ultrasəs emalından əvvəl / qırmızı əyri ultrasəs emalından sonra

Perovskitin çökdürülməsi üçün ultrasəs prosessorları

Hielscher Ultrasonics yüksək keyfiyyətli perovskit kristallarının sonokimyəvi sintezi üçün yüksək performanslı ultrasəs sistemləri layihələndirir və istehsal edir. Bazar lideri olan və ultrasəs emalı sahəsində uzunmüddətli təcrübəyə malik Hielscher Ultrasonics müştərilərinə ilkin həyata keçirilmə imkanının sınağından prosesin optimallaşdırılmasına və genişmiqyaslı istehsal üçün sənaye ultrasəs prosessorlarının yekun quraşdırılmasına qədər dəstək verir. Laboratoriya və masaüstü ultrasəs cihazlarından sənaye ultrasəs prosessorlarına qədər tam məhsul çeşidi təklif edən Hielscher nanokristal prosesiniz üçün ideal cihazı tövsiyə edə bilər.
Bütün Hielscher ultrasəs cihazları dəqiq idarə olunur və çox aşağı amplitudlardan çox yüksək amplitudlara qədər tənzimlənə bilər. Amplitud ultrasəs emalı proseslərinin təsirinə və dağıdıcı gücünə təsir edən əsas amillərdən biridir. Hielscher Ultrasonics ultrasəs prosessorları çox yumşaq və zəif təsirli tətbiqlərdən çox intensiv və dağıdıcı tətbiqlərə qədər diapazonu əhatə edən çox geniş amplitud spektri təmin edir. Uyğun amplitud parametrinin, amplitud gücləndiricisinin və sonotrodun seçilməsi konkret prosesiniz üçün tələb olunan ultrasəs təsirini təyin etməyə imkan verir. Hielscher şirkətinin xüsusi axın hüceyrəli reaktor əlavəsi MPC48 – MultiPhaseCavitator (soldakı şəkilə baxın) – ikinci fazanı 48 kanyula vasitəsilə mənbədə “thin strain” adlandırılan formada kavitasiyanın intensiv təsir zonasına yeritməyə imkan verir; burada yüksək performanslı ultrasəs dalğaları iki fazanı dispersləşdirərək homogen qarışıq yaradır. MultiPhaseCavitator kristal rüşeymlərinin yaranma nöqtələrini başlatmaq və perovskit nanokristallarının çökdürülmə reaksiyasını idarə etmək üçün idealdır.
Hielscher sənaye ultrasəs prosessorları fövqəladə yüksək amplitudlar təmin edə bilər. 200µm-ə qədər amplitudlarda 24/7 rejimində fasiləsiz iş asanlıqla təmin edilə bilər. Daha yüksək amplitudlar üçün xüsusi hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur. Hielscher ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi ağır iş yükü altında və tələbkar mühitlərdə 24/7 iş rejiminə imkan verir.
Müştərilərimiz Hielscher Ultrasonic’s sistemlərinin müstəsna möhkəmliyindən və etibarlılığından razıdırlar. Ağır iş yükü tələb edən tətbiq sahələrində, tələbkar mühitlərdə və 24/7 iş rejimində quraşdırılması səmərəli və qənaətli emalı təmin edir. Ultrasəs vasitəsilə prosesin intensivləşdirilməsi emal müddətini azaldır və daha yaxşı nəticələrə, yəni daha yüksək keyfiyyətə, daha yüksək məhsul çıxımına və innovativ məhsullara nail olur.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü haqqında məlumat verir: