Σύνθεση περοβσκίτη με υπερήχους

Υπερήχων επαγόμενες και εντατικοποιημένες αντιδράσεις προσφέρουν μια εύκολη, ακριβώς ελεγχόμενη και ευέλικτη μέθοδο σύνθεσης για την παραγωγή υλικών που ενεργοποιούνται με φως, τα οποία συχνά δεν μπορούν να παρασκευαστούν με συμβατικές τεχνικές.
Η υπερηχητική κρυστάλλωση και κατακρήμνιση κρυστάλλων περοβσκίτη είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική και οικονομική τεχνική, η οποία επιτρέπει την παραγωγή νανοκρυστάλλων περοβσκίτη σε βιομηχανική κλίμακα για μαζική παραγωγή.

Υπερήχων σύνθεση νανοκρυστάλλων περοβσκίτη

Οι οργανικοί-ανόργανοι περοβσκίτες αλογονιδίων μολύβδου παρουσιάζουν εξαιρετικές οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες όπως υψηλή απορρόφηση φωτός, πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής φορέα, μήκος διάχυσης φορέα και υψηλή κινητικότητα φορέα, γεγονός που καθιστά τις ενώσεις περοβσκίτη ένα ανώτερο λειτουργικό υλικό για εφαρμογές υψηλής απόδοσης σε ηλιακούς συλλέκτες, LED, φωτοανιχνευτές, λέιζερ κ.λπ.
Υπερήχους είναι μία από τις φυσικές μεθόδους για την επιτάχυνση διαφόρων οργανικών αντιδράσεων. Η διαδικασία κρυστάλλωσης επηρεάζεται και ελέγχεται από την υπερηχητική επεξεργασία, με αποτέλεσμα τις ελεγχόμενες ιδιότητες μεγέθους των μονοκρυσταλλικών νανοσωματιδίων περοβσκίτη.

Εικόνες TEM για CH₃nH₃PbBr₃ QD (α) με και (β) χωρίς θεραπεία με υπερήχους.

Μελέτες περιπτώσεων υπερήχων σύνθεση περοβσκίτη

Η έρευνα έχει διεξάγει πολλαπλούς τύπους υπερηχητικά υποβοηθούμενης ανάπτυξης κρυστάλλων περοβσκίτη. Γενικά, οι κρύσταλλοι περοβσκίτη παρασκευάζονται με τη μέθοδο υγρής ανάπτυξης. Προκειμένου να καταβυθιστούν οι κρύσταλλοι περοβσκίτη, η διαλυτότητα των δειγμάτων-στόχων μειώνεται αργά και ελεγχόμενα σε ένα πρόδρομο διάλυμα. Υπερήχων κατακρήμνιση των νανοκρυστάλλων περοβσκίτη βασίζεται κυρίως σε μια απόσβεση αντιδιαλύτη.

Υπερήχων κρυστάλλωση νανοκρυστάλλων περοβσκίτη

Jang et al. (2016) αναφέρουν την επιτυχή υπερηχητικά υποβοηθούμενη σύνθεση νανοκρυστάλλων αλογονιδίου μολύβδου περοβσκίτη. Χρησιμοποιώντας υπερήχους, APbX₃ νανοκρύσταλλοι περοβσκίτη με ευρύ φάσμα συνθέσεων, όπου Α = CH₃nH₃, Cs ή HN=CHNH₃ (formamidinium), και X = Cl, Br ή I, κατακρημνίστηκαν. Υπερήχους επιταχύνει τη διαδικασία διάλυσης των πρόδρομων ουσιών (AX και PbX₂) στο τολουόλιο, και ο ρυθμός διάλυσης καθορίζει τον ρυθμό ανάπτυξης των νανοκρυστάλλων. Στη συνέχεια, η ερευνητική ομάδα κατασκεύασε φωτοανιχνευτές υψηλής ευαισθησίας επικαλύπτοντας ομοιογενώς τους νανοκρυστάλλους ομοιόμορφου μεγέθους σε υποστρώματα οξειδίου του πυριτίου μεγάλης επιφάνειας.

Κατανομές μεγέθους σωματιδίων CH3NH3PbBr3 (α) με και (β) χωρίς την υπερηχητική θεραπεία.
Chen et al. 2017

Υπερήχων ασύμμετρη κρυστάλλωση του περοβσκίτη

Οι Peng et al. (2016) ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο ανάπτυξης βασισμένη σε μια ασύμμετρη κρυστάλλωση που προκαλείται από σπηλαίωση (CTAC), η οποία προάγει την ετερογενή πυρήνωση παρέχοντας αρκετή ενέργεια για να ξεπεράσει το φράγμα πυρήνωσης. Εν συντομία, εισήγαγαν πολύ σύντομους παλμούς υπερήχων (≈ 1sec) στο διάλυμα όταν έφτασε σε χαμηλό επίπεδο υπερκορεσμού με διάχυση ατμών αντιδιαλύτη. Ο παλμός υπερήχων εισάγεται σε υψηλά επίπεδα υπερκορεσμού, όπου η σπηλαίωση προκαλεί υπερβολικά γεγονότα πυρήνωσης και επομένως την ανάπτυξη πληθώρας μικροσκοπικών κρυστάλλων. Πολλά υποσχόμενο, MAPbBr₃ Μονοκρυσταλλικές μεμβράνες αναπτύχθηκαν στην επιφάνεια διαφόρων υποστρωμάτων μέσα σε λίγες ώρες από την κυκλική θεραπεία υπερήχων.

Υπερήχων σύνθεση των κβαντικών κουκκίδων Perovskite

Οι Chen et al. (2017) παρουσιάζουν στο ερευνητικό τους έργο μια αποτελεσματική μέθοδο για την παρασκευή κβαντικών κουκίδων περοβσκίτη (QD) υπό υπερηχητική ακτινοβολία. Υπερήχους χρησιμοποιείται ως μηχανική μέθοδος προκειμένου να επιταχυνθεί η κατακρήμνιση των κβαντικών κουκίδων περοβσκίτη. Η διαδικασία κρυστάλλωσης των κβαντικών κουκίδων περοβσκίτη εντείνεται και ελέγχεται από την υπερηχητική επεξεργασία, με αποτέλεσμα το ακριβώς προσαρμοσμένο μέγεθος των νανοκρυστάλλων. Η ανάλυση της δομής, του μεγέθους των σωματιδίων και της μορφολογίας των κβαντικών κουκίδων περοβσκίτη έδειξε ότι η κρυστάλλωση με υπερήχους δίνει μικρότερα μεγέθη σωματιδίων και πιο ομοιόμορφη κατανομή μεγέθους σωματιδίων. Χρησιμοποιώντας την υπερηχητική (= sonochemical) σύνθεση, ήταν επίσης δυνατή η παραγωγή κβαντικών κουκίδων περοβσκίτη με διαφορετικές χημικές συνθέσεις. Αυτές οι διαφορετικές συνθέσεις στους κρυστάλλους περοβσκίτη επέτρεψαν να μην μπορούν να εκπέμπουν κορυφές και ακμές προσρόφησης του CH₃nH₃ΠβΧ₃ (X = Cl, Br και I), γεγονός που οδήγησε σε μια εξαιρετικά ευρεία γκάμα χρωμάτων.

Υπερήχων διασπορά

Υπερήχους των εναιωρημάτων νανοσωματιδίων και μελάνια είναι μια αξιόπιστη τεχνική για να τα διασκορπίσει ομοιογενώς πριν από την εφαρμογή του νανο-εναιωρήματος σε υποστρώματα όπως πλέγματα ή ηλεκτρόδια. (πρβλ. Belchi et al. 2019; Pichler et al. 2018)
Η υπερηχητική διασπορά χειρίζεται εύκολα υψηλές στερεές συγκεντρώσεις (π.χ. πάστες) και διανέμει νανοσωματίδια σε σωματίδια μονής διασποράς, έτσι ώστε να παράγεται ομοιόμορφο εναιώρημα. Αυτό εξασφαλίζει ότι στην επόμενη εφαρμογή, όταν το υπόστρωμα είναι επικαλυμμένο, καμία συσσώρευση όπως συσσωματώματα δεν εμποδίζει την απόδοση της επικάλυψης.

Η υπερηχητική διασπορά προετοιμάζει ομοιόμορφα νανο-μεγέθους εναιωρήματα: πράσινη καμπύλη – Πριν από την υπερήχηση / κόκκινη καμπύλη μετά από υπερήχους

Υπερήχων επεξεργαστές για κατακρήμνιση Perovskite

Hielscher Υπέρηχοι σχεδιάζει και κατασκευάζει υψηλής απόδοσης συστήματα υπερήχων για τη sonochemical σύνθεση υψηλής ποιότητας κρυστάλλων περοβσκίτη. Ως ηγέτης της αγοράς και με μακροχρόνια εμπειρία στην επεξεργασία υπερήχων, Hielscher Υπέρηχοι βοηθά τους πελάτες της από την πρώτη δοκιμή σκοπιμότητας για τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας στην τελική εγκατάσταση των βιομηχανικών επεξεργαστών υπερήχων για παραγωγή μεγάλης κλίμακας. Προσφέροντας το πλήρες χαρτοφυλάκιο από εργαστήριο και πάγκο-top υπερήχων μέχρι βιομηχανική υπερήχων επεξεργαστές, Hielscher μπορεί να σας συστήσει την ιδανική συσκευή για τη διαδικασία νανοκρυστάλλων σας.
Όλοι Hielscher υπερήχων είναι ακριβώς ελεγχόμενη και μπορεί να συντονιστεί από πολύ χαμηλά σε πολύ υψηλά πλάτη. Το πλάτος είναι ένας από τους κύριους παράγοντες που επηρεάζουν τον αντίκτυπο και την καταστροφικότητα των διαδικασιών υπερήχων. Hielscher Υπέρηχοι’ Οι επεξεργαστές υπερήχων παρέχουν ένα πολύ ευρύ φάσμα πλάτους που καλύπτουν το φάσμα των πολύ ήπιων και μαλακών έως πολύ έντονων και καταστροφικών εφαρμογών. Η επιλογή της σωστής ρύθμισης πλάτους, ενισχυτή και sonotrode επιτρέπει τη ρύθμιση του απαιτούμενου υπερηχητικού αντίκτυπου για τη συγκεκριμένη διαδικασία σας. Ο ειδικός αντιδραστήρας κυψελών ροής της Hielscher ένθετο MPC48 – MultiPhaseCavitator (βλ. εικόνα αριστερά) – επιτρέπει την έγχυση της δεύτερης φάσης μέσω 48 σωληνίσκων ως λεπτό στέλεχος στο θερμό σημείο σπηλαίωσης, όπου τα κύματα υπερήχων υψηλής απόδοσης διασκορπίζουν τις δύο φάσεις σε ένα ομοιογενές μείγμα. Το MultiPhaseCavitator είναι ιδανικό για την έναρξη σημείων σποράς κρυστάλλων και για τον έλεγχο της αντίδρασης καθίζησης των νανοκρυστάλλων περοβσκίτη.
Hielscher βιομηχανική υπερήχων επεξεργαστές μπορεί να προσφέρει εξαιρετικά υψηλά πλάτη. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes. Η ευρωστία του υπερηχητικού εξοπλισμού Hielscher επιτρέπει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Οι πελάτες μας είναι ικανοποιημένοι από την εξαιρετική ευρωστία και αξιοπιστία των συστημάτων Hielscher Ultrasonic. Η εγκατάσταση σε πεδία βαριάς εφαρμογής, απαιτητικά περιβάλλοντα και 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία εξασφαλίζουν αποτελεσματική και οικονομική επεξεργασία. Υπερήχων εντατικοποίηση της διαδικασίας μειώνει το χρόνο επεξεργασίας και επιτυγχάνει καλύτερα αποτελέσματα, δηλαδή υψηλότερη ποιότητα, υψηλότερες αποδόσεις, καινοτόμα προϊόντα.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας: