Perovskite syntese ved ultralydbehandling
Ultralydeinduceret og intensiverede reaktioner tilbyder en facile, præcist kontrollerbar og alsidig syntesemetode til produktion af lys-aktiverede materialer, som ofte ikke kan forberedes af konventionelle teknikker.
Ultralydkrystallisering og udfældning af perovskite krystaller er en yderst effektiv og økonomisk teknik, som gør det muligt at producere perovskite nanokrystaller på industriel skala til masseproduktion.
Ultralyd syntese af Perovskite nanokrystaller
Organisk-uorganisk bly halogenid perovskites udviser ekstraordinære optoelektroniske egenskaber såsom høj lysabsorption, meget lang bærelevetid, luftfartsselskab diffusion længde, og høj luftfartsselskab mobilitet, hvilket gør perovskitforbindelser en overlegen funktionelt materiale til højtydende applikationer i solpaneler, lysdioder, fotodetektorer, lasere, osv.
Ultralydbehandling er en af de fysiske metoder til at accelerere forskellige organiske reaktioner. Krystalliseringsprocessen påvirkes og styres af ultralydsbehandlingen, hvilket resulterer i de kontrollerbare størrelses egenskaber af de enkelt-krystallinske perovskite nanopartikler.
TEM-billeder til CH3Nh3PbBr3 QDs (a) med og (b) uden ultralydsbehandling.
UIP2000hdT med trykkes flowcellereaktor
Casestudier af ultralyd Perovskite syntese
Forskning har udført mangfoldige typer af ultralyd assisteret perovskit krystal vækst. Generelt er perovskitkrystaller fremstillet med den flydende vækstmetode. For at udfælde perovskitkrystaller reduceres opløseligheden af målprøverne langsomt og kontrolleres i en prækursoropløsning. Ultralyd udfældning af perovskit nano krystaller er hovedsageligt baseret på en antisolvent dæmpning.
Ultralyd krystallisering af Perovskite nanokrystaller
Jang et al. (2016) rapporterer den succesfulde ultrasonisk assisteret syntese af bly halide perovskite nanokrystaller. Brug af ultralyd, APbX3 perovskite nanokrystaller med en bred vifte af kompositioner, hvor A = CH3Nh3, CS eller HN = CHNH3 (formamidinium), og X = CL, br, eller I, blev fældet. Ultralydbehandling accelererer opløsningsprocessen af prækursorer (AX og PbX2) i toluen, og opløsningshastigheden bestemmer vækstraten for nanokrystaller. Efterfølgende, forskerholdet fremstillet høj følsomhed foto detektorer ved homogen spin belægning den ensartede størrelse nanokrystaller på store-området siliciumoxid substrater.
Partikelstørrelsesfordelinger af CH3NH3PbBr3 (a) med og (b) uden ultralydsbehandling.
Chen et al. 2017
Ultralyd asymetrisk krystallisering af Perovskite
Peng et al. (2016) udviklet ny vækst metode baseret på en kavitation-udløst asymmetrisk krystallisering (ctac), som fremmer heterogene nukleation ved at give nok energi til at overvinde kimdannelse barrieren. Kort, de introducerede en meget kort ultralyds impulser (≈ 1sec) til opløsningen, når det nåede et lavt overmætning niveau med antisolvent damp diffusion. Ultralydpulsen introduceres ved høje overmætnings niveauer, hvor kavitation udløser overdreven nukleations hændelser og dermed væksten af en overflod af små krystaller. Promsomt, MAPbBr3 monocrykrystallinske film voksede på overfladen af forskellige substrater inden for flere timer af den cykliske ultralydbehandling.
Ultralyd syntese af Perovskite Quantum prikker
Chen et al. (2017) til stede i deres forskningsarbejde en effektiv metode til at forberede perovskit kvanteprikker (QDs) under ultralydbestråling. Ultralydbehandling bruges som en mekanisk metode til at fremskynde udfældningen af perovskitkvanteprikker. Krystalliseringsprocessen af de perovskitske kvanteprikker intensiveres og styres af ultralydsbehandlingen, hvilket resulterer i nanokrystallernes præcist skræddersyede størrelse. Analysen af strukturen, partikelstørrelsen og morfologien af de perovskitske kvanteprikker viste, at ultralydkrystalliseringen giver en mindre partikelstørrelse og en mere ensartet partikelstørrelsesfordeling. Ved hjælp af ultralydssyntesen (= sonokemisk) syntese var det også muligt at producere perovskitkvanteprikker med forskellige kemiske sammensætninger. Disse forskellige kompositioner i perovskitkrystallerne fik lov til at være ude af stand til at emissionstoppe og adsorptionskanter af CH3Nh3Pbx3 (X = CL, br og I), hvilket førte til en ekstremt bred farveskala.
Ultralyd Dispersion
Ultralydbehandling af Nano partikel suspensioner og blæk er en pålidelig teknik til at sprede dem homogent, før du anvender Nano-suspension på substrater såsom gitre eller elektroder. (jf. Belchi et al. 2019; Pichler et al. 2018)
Ultralyd dispersion håndterer let høje faste koncentrationer (f. eks. pastaer) og distribuerer Nano-partikler til enkelt dispergerede partikler, så der produceres en ensartet suspension. Dette sikrer, at i den efterfølgende anvendelse, når substratet er belagt, ingen klumpning såsom agglomerater forringer udførelsen af belægningen.
Ultralyd dispersion forbereder ensartede Nano-størrelse suspensioner: grøn kurve – før sonikering/rød kurve efter sonikering
Ultralyds-processorer til Perovskite nedbør
Hielscher Ultrasonics designer og fremstiller højtydende ultralydssystemer til sonochemical syntese af høj kvalitet perovskite krystaller. Som markedsleder og med lang tids erfaring i ultralydsbehandling hjælper Hielscher Ultrasonics sine kunder fra første gennemførligheds test til procesoptimering til den endelige installation af industrielle ultralydsprocessorer til storstilet produktion. Tilbyder den fulde portefølje fra Lab og Bench-top ultrasonicators op til industrielle ultralydsprocessorer, kan Hielscher anbefale dig den ideelle enhed til din med proces.
Alle Hielscher ultrasonicators er præcist styrbar og kan indstilles fra meget lav til meget høje amplituder. Amplituden er en af de vigtigste faktorer, der påvirker virkningen og destruktivitet af sonikering processer. Hielscher Ultrasonics’ ultralyds-processorer levere et meget bredt spektrum af amplituder dækker rækken af meget mild og blød til meget intense og destruktive applikationer. At vælge den rigtige amplitudeindstilling, Booster og sonotrode gør det muligt at indstille den nødvendige ultralydseffekt for din specifikke proces. Hielscher's særlige flowcellereaktor Indsæt MPC48 – MultiPhaseCavitator (Se pic. venstre) – gør det muligt at injicere den anden fase via 48 kanyle som en tynd stamme ind i cavitational hot-spot, hvor højtydende ultralydbølger sprede de to faser i en homogen blanding. MultiPhaseCavitator er ideel til at indlede krystal såning punkter og til at styre nedbør reaktion af perovskite nanokrystaller.
Hielscher industrielle ultralydsprocessorer kan levere ekstraordinært høje amplitude. Amplituder på op til 200 μm kan nemt kontinuerligt køre i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydsonotroder tilgængelige. Robustheden af Hielscher s ultralyds udstyr giver mulighed for 24/7 drift på tunge og i krævende miljøer.
Vores kunder er tilfredse med den fremragende robusthed og pålidelighed af Hielscher ultralydssystemer. Installationen i områder af Heavy-Duty applikation, krævende miljøer og 24/7 drift sikrer effektiv og økonomisk behandling. Ultralyd procesintensivering reducerer behandlingstid og opnår bedre resultater, dvs højere kvalitet, højere udbytter, innovative produkter.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:
| Batch Volumen | Strømningshastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 0.5 til 1,5 ml | na | VialTweeter |
| 1 til 500 ml | 10 til 200 ml / min | UP100H |
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 til 100 l | 2 til 10 l / min | UIP4000hdT |
| na | 10 til 100 l / min | UIP16000 |
| na | større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg Os!
High-Power ultralyd homogenisatorer fra Lab til Pilot og industriel skala.
Litteratur / Referencer
- 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 Værd at vide
Perovskite
Perovskite er et begreb, der beskriver mineral Perovskite (også kendt som calcium titanium oxid eller calcium titanat, kemisk formel CaTiO3) samt en specifik materialestruktur. I overensstemmelse med samme navn, mineral Perovskite funktioner perovskite struktur.
Perovskite forbindelser kan forekomme i kubisk, tetragonale eller ortorhombiske struktur og har den kemiske formel ABX3. A og B er kationer, mens X repræsenterer en anion, som binder til begge. I perovskite forbindelser er en kation signifikant større end B kation. Andre mineraler med perovskite struktur er Loparite og Bridgmanite.
Perovskites har en unik krystalstruktur og i denne struktur kan forskellige kemiske elementer kombineres. På grund af den særlige krystalstruktur, perovskite molekyler kan udvise forskellige værdifulde egenskaber, såsom super ledningsevne, meget høj magnetoresistance, og/eller ferroelectricity, som gør disse forbindelser meget interessant for industrielle applikationer. Desuden kan et stort antal forskellige elementer kombineres for at danne perovskite strukturer, hvilket gør det muligt at kombinere, ændre og intensivere visse materielle karakteristika. Forskere, videnskabsfolk og proces udviklere bruger disse muligheder til selektivt at designe og optimere perovskite fysiske, optiske og elektriske egenskaber.
Deres optoelektroniske egenskaber gør hybrid perovskites ideelle kandidater til Solar Cell applikationer og perovskite solceller er en lovende teknologi, som kan bidrage til at producere store mængder af ren, miljøvenlig energi.
Kritiske optoelektroniske parametre for enkelt-krystallinsk perovskit rapporteret i litteraturen:
τs = 28 NS τb = 300 NS PL
1,3–4,3 μm3 × 1010MAPbI31,51 eV 820 nm67,2 (SCLC)
τs = 18 NS τB = 570 NS PL
1,8-10,0 μm1,4 × 1010MAPbI3850 nm164 ± 25 Hulmobilitet (SCLC) 105 Hulmobilitet (Hal) 24 ± 6,8 elektron SCLC
82 ± 5 μs TPV 95 ± 8 μs impedansspektroskopi (IS)9 × 109 p175 ± 25 μm3,6 × 1010 til hul 34,5 × 1010 for elektronMAPbI31.53 eV 784 nm34 Hal
8,8 × 1011 P
1,8 × 109 til hul 4,8 × 1010 for elektronMAPbBr31.53 eV 784 nm34 Hal
8,8 × 1011 P
1,8 × 109 til hul 4,8 × 1010 for elektronMAPbBr32.24 eV 537 nm4.36 Hal
3,87 × 1012 P
2,6 × 1010 til hul 1,1 × 1011 for elektronMAPbCl32.24 eV 537 nm4.36 Hal
3,87 × 1012 P
2,6 × 1010 til hul 1,1 × 1011 for elektronMAPbCl32.97 eV 402 nm179 Hal
5,1 × 109 N
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 Hul mobilitet SCLC1.8 × 10-8
2,8 × 109
1,34 × 1010
| Materialer | Band Gap eller absorption debut | Mobilitet [cm2 V-1 S-1] | Konduktans [Ω-1 Cm-1] | Bære levetid og-metode | Bære koncentration og type [cm-3] (n eller p) | Diffusions længde | Fælde tæthed [cm-3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MAPbBr3 | 2,21 eV 570 nm | 115 (TOF) 20 – 60 (HAL) 38 (SCLC) | τs = 41 NS τB = 457 NS (PL) | 5 × 109 til 5 × 1010 P | 3 – 17 μm | 5,8 × 109 |