Syntéza perovskite pomocí ultrazvuku
Ultragraficky vyvolané a intenzivnější reakce nabízejí facilní, přesně kontrolovatelnou a všestranně syntetický způsob výroby světlých materiálů, které často nemohou být připraveny konvenčními technikami.
Ultrazvuková krystalizace a srážení perovskitových krystalů je vysoce účinná a hospodárnější technika, která umožňuje produkovat perovskite nanocrystals v průmyslovém měřítku pro hromadnou výrobu.
Ultrazvuková syntéza perovskite Nanocrystals
Organic-anorganické olovo halogenidy perovskites vykazují výjimečné optoelektronické vlastnosti, jako je vysoká absorpce světla, velmi dlouhá životnost nosiče, délka nosiče difúze, a vysoká pohyblivost nosiče, což perovskite sloučeniny vynikající funkční materiál pro vysoce výkonné aplikace v solárních panelech, LED, fotodetektory, lasery, atd.
Ultrazvuku je jednou ze fyzikálních metod urychlení různých organických reakcí. Krystalizační proces je ovlivněn a kontrolován ultrazvukovou úpravou, což vede k ovladatelným vlastnostem jednokrystalického perovskitu nanopitem.

UIP2000hdT s tlakový reaktor s vysokým tlakem
Případové studie ultrazvukové syntéze perovskite
Výzkum provedl a rozmanité typy ultrazvukem pomáhal perovskite krystal růst. Obecně platí, že perovskite krystaly se připravují metodou tekutého růstu. Aby se vysrážely perovskitové krystaly, pomalu se snižuje rozpustnost cílových vzorků a snižuje se v roztoku prekurzorů. Ultrazvukové srážení perovskite nano krystalů je založena především na antisolventní kalení.
Ultrazvuková krystalizace perovskite Nanocrystals
Jang et al. (2016) hlásí úspěšný ultraultrasonicky asistované syntéze olovnatého halogenidu perovskite nanocrystals. Použití ultrazvukového protokolu APbX3 perovskite nanocrystals s širokým rozsahem skladeb, kde A = CH3Nh3, Cs nebo HN = CHNH3 (formamidinium), a X = CL, br nebo já, se vysmívaly. Při ultrazvuku se zrychluje proces prekurzorů (AX a PbX)2) v toluenu a míra rozpuštění určuje rychlost růstu nanocrystals. Následně výzkumný tým vyrobí vysoce citlivé fotosnímač tak, že homogenně roztočí vrstvu nanocrystals na velkoplošných substrátech z oxidu křemičitého.
Ultrazvuková Asymetrical krystalizace perovskite
Peng et al. (2016) vyvinul novou metodu růstu založenou na kavitačně vyvolané asymetrické krystalizaci (CTAC), která podporuje heterogenní jádro tím, že poskytuje dostatek energie k překonání nukleační bariéry. Krátce, zavedli velmi krátké ultrazvukové impulzy (≈ 1SEC) do roztoku, když dosáhl nízké hladiny supersytosti, s antisolventilační výpary. Ultrazvukový puls se zavádí při vysoké úrovni supersytosti, kde kavitace vyvolává nadměrné nukleační události, a tím i nárůst množství drobných krystalů. Smíšený, MAPbBr3 monokrystalické filmy se na povrchu různých substrátů rozrůstaly během několika hodin po cyklické ultrazvuku.
Ultrazvuková syntéza Perovskitních kvantových teček
Chen et al. (2017) přítomné ve své výzkumné práci efektivní metoda pro přípravu perovskite kvantové tečky (QDs) pod ultrazvukové ozařování. Ultrazvuku se používá jako mechanická metoda s cílem urychlit srážení perovskite kvantové tečky. Krystalizační proces perovskitových kvantových teků je zesílen a řízen ultrazvukovou úpravou, což vede k přesně přizpůsobené velikosti nanokrystalů. Analýza struktury, velikosti částic a morfologie perovskitových kvantových teků ukázala, že ultrazvuková krystalizace dává menší velikostčástic a jednotnější distribuci velikosti částic. Pomocí ultrazvukové (= sonochemické) syntézy, to bylo také možné vyrábět perovskite kvantové tečky s různými chemickými kompozicemi. Tyto různé složení perovskitových krystalů, které nemohou dosáhnout emisních špiček a adsorpčních hran CH3Nh3Pbx3 (X = CL, br a I), které vedlo k extrémně širokému barevnému rozsahu.
ultrazvukové Dispersion
Ultraspolehlivá suspenze nanočástic a inkoustů je spolehlivou technikou, kterou je třeba homogenně rozptýleni před aplikováním nanosuspenze na substráty, jako jsou mřížky nebo elektrody. (viz Belchi et al. 2019; Pichler et al. 2018)
Ultrazvuková disperze snadno zpracovává vysoké pevné koncentrace (např. pasty) a distribuuje nanočástice do jednorozptýlených částic tak, aby byla vyrobena jednotná suspenze. To zaručuje, že při následné aplikaci, když je substrát povrstven, žádné shlukávání, jako jsou aglomeráty, zhoršuje výkonnost povlaku.

Ultrazvuková disperze připravuje jednotná nanovelikost suspenze: Zelená křivka – před sonikací/červenou křivkou po sonaci
Ultrazvukové procesory pro Perovskitické srážky
Hielscher Ultrasonics navrhuje a vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové systémy pro sonochemickou syntézu vysoce kvalitních perovskitních krystalů. Jako vedoucí trhu a s dlouhodlouhými zkušenostmi s ultrazvukovým zpracováním napomáhá Hielscher Ultrazvuková služba svým zákazníkům z prvního testu proveditelnosti k optimalizaci zpracování na finální instalaci průmyslových ultrazvukových procesorů pro výrobu ve velkém měřítku. Hielscher nabízí kompletní portfolio od laboratorních a lavicových ultrazvukových zařízení až po průmyslové ultrazvukové procesory, a tak vám může doporučit ideální zařízení pro váš nanojístalský proces.
Všichni ultraultrasonicátory Hielscher jsou přesně kontrolovatelné a mohou být vyladěny z velmi nízkých na velmi vysoké amplitudy. Amplituda je jedním z hlavních činitelů, které ovlivňují dopad a destruktivitu procesů sonikace. Hielscher Ultrasonika’ ultrazvukové procesory dodávají široké spektrum amplitudů, které pokrývají rozsah velmi mírných a měkkých až velmi intenzivních a ničivých aplikací. Volba pravého nastavení amplitudy, zesilovače a sonotroda umožňuje nastavit požadovaný Ultrazvukový dopad pro váš specifický proces. Hielscherova speciální buněčná vložka MPC48 – MultiPhaseCavitator (viz obr. vlevo) – umožňuje nastříknout druhou fázi přes 48 kanyly jako tenký kmen do kavitační horké skvrny, kde vysoce výkonné ultrazvukové vlny rozptýlou obě fáze do homogenní směsi. MultiPhaseCavitator je ideální k zahájení krystalických bodů a ke kontrole srážecí reakce perovskite nanocrystals.
Nekvalitní průmyslový ultrazvukový procesor dokáže dodávat mimořádně vysoké amplitudy. Amplitudy až do 200 μm lze snadno spustit v 24/7 provozu. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici vlastní ultrazvukové sonotrody. Robustnost Hielscherova ultrazvukového zařízení umožňuje 24/7 provoz při vysoké službě a v náročném prostředí.
Naši zákazníci jsou spokojeni s vynikající robustností a spolehlivostí systémů Hielscher ultrazvuku. Instalace v oblastech náročné aplikace, náročných prostředí a 24/7 provoz zajišťuje efektivní a hospodárné zpracování. Ultrazvuková zesilování procesu zkracuje dobu zpracování a dosahuje lepších výsledků, tedy vyšší kvality, vyšších výnosů, inovačních výrobků.
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators:
Hromadná dávka | průtok | Doporučené Devices |
---|---|---|
00,5 až 1,5 ml | na | VialTweeter |
1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
10 až 2000ml | 20 až 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
00,1 až 20L | 00,2 až 4 litry / min | UIP2000hdT |
10 až 100L | 2 až 10 l / min | UIP4000hdT |
na | 10 až 100L / min | UIP16000 |
na | větší | hrozen UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!

Vysoce energetické ultrazvukové homogenizéry z Laboratoř na Pilot a průmyslové měřítko,
Literatura / Reference
- 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.
Fakta Worth Knowing
Perovskite
Perovskite je termín, který popisuje minerálku perovskite (také známý jako oxid titaničitý nebo titanitan vápenatý, chemický vzorec CaTiO3), stejně jako specifická struktura materiálu. V souladu se stejným názvem má perovskite minerální strukturu.
Perovskite sloučeniny se mohou vyskytovat v krychlových, tetragických nebo orthorových strukturách a mají chemický vzorec ABX3. A a B jsou kationty, zatímco X představuje Anion, který se váže k oběma. V perovskových sloučeninách je kace A výrazně větší než na B. Dalšími minerály s perovskitskou strukturou jsou Loparite a Bridgmanite.
Perovskité mají unikátní krystalickou strukturu a v této struktuře mohou být kombinovány různé chemické prvky. Díky speciální krystalové konstrukci mohou perovskite molekuly vykazovat různé hodnotné vlastnosti, jako je supervodivost, velmi vysoká magnetická a/nebo ferroelektrická elektřina, která tyto sloučeniny velmi zajímavě pro průmyslové aplikace. Kromě toho může být velký počet různých prvků kombinován dohromady s cílem vytvořit perovskitové struktury, které umožňují kombinovat, modifikovat a zesílit určité materiální vlastnosti. Výzkumní pracovníci, vědci a vývojáři procesů používají tyto možnosti k selektivnímu navrhování a optimalizaci perovskite fyzikálních, optických a elektrických charakteristik.
Jejich optoelektronické vlastnosti vyrábějí hybridní perovskity ideální pro aplikace solárních buněk a perovskite solární buňky jsou slibnou technologií, která by mohla přispět k výrobě velkého množství čisté, ekologicky šetrné energie.
Kritické optoelektronické parametry jednokrystalického perovskitu hlášené v literatuře:
τs = 28 NS τb = 300 NS PL
1,3–4,3 μm3 × 1010Aplikace MAPbI31,51 eV 820 nm67,2 (SCLC)
τs = 18 NS τB = 570 NS PL
1,8–10,0 μm1,4 × 1010Aplikace MAPbI3850 nm164 ± 25 Pohyblivost díry (SCLC) 105 Pohyblivost díry (hala) 24 ± 6,8 elektronu SCLC
82 ± 5 μs TPV 95 ± 8 μs impedanční spektroskopie (IS)9 × 109 p175 ± 25 μm3,6 × 1010 pro otvor 34,5 × 1010 pro elektronMAPbI31.53 eV 784 nm34 Sál
8,8 × 1011 P
1,8 × 109 pro otvor 4,8 × 1010 pro elektronMAPbBr31.53 eV 784 nm34 Sál
8,8 × 1011 P
1,8 × 109 pro otvor 4,8 × 1010 pro elektronMAPbBr32.24 eV 537 nm4.36 Sál
3,87 × 1012 P
2,6 × 1010 pro otvor 1,1 × 1011 pro elektronMAPbCl32.24 eV 537 nm4.36 Sál
3,87 × 1012 P
2,6 × 1010 pro otvor 1,1 × 1011 pro elektronMAPbCl32.97 eV 402 nm179 Sál
5,1 × 109 N
Aplikace MAPbCl32,88 eV 440 nm42 ± 9 (SCLC)2,7 × 10-8τs = 83 NS τB = 662 ns PL4,0 × 109 p3,0–8,5 μm3,1 × 1010FAPbI31,49 eV 870 nm40 ± 5 Pohyblivost díry SCLC1,8 × 10-8
2,8 × 109
1,34 × 1010
Materiály | Pásmová mezera nebo počátek absorpce | Mobilita [cm2 PROTI-1 S-1] | Vodivost [Ω-1 Cm-1] | Životnost a metoda nosné frekvence | Koncentrace nosné frekvence a typ [cm-3] (n nebo p) | Délka difúze | Hustota přesahu [cm-3] |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Aplikace MAPbBr3 | 2,21 eV 570 nm | 115 (TOF) 20 – 60 (hala) 38 (SCLC) | τs = 41 NS τB = 457 NS (PL) | 5 × 109 na 5 × 1010 P | 3 – 17 μm | 5,8 × 109 |