Perovskiidi süntees ultraheli abil
Ultraheli indutseeritud ja intensiivistunud reaktsioonid pakuvad facile, täpselt kontrollitavat ja mitmekülgset sünteesimeetodit valgust aktiveeritud materjalide tootmiseks, mida sageli ei saa tavapäraste tehnikatega valmistada.
Perovskiitkristallide ultraheli kristalliseerumine ja sadestamine on väga tõhus ja ökonoomne tehnika, mis võimaldab toota perovskiitseid nanokristalle tööstuslikus mastaabis masstootmiseks.
Perovskite nanokristallide ultraheli süntees
Orgaanilistel-anorgaanilistel pliihalogeniidperovskiitidel on erakordsed optoelektroonilised omadused, nagu kõrge valguse neeldumine, väga pikk kandja eluiga, kandja difusiooni pikkus ja suur kandja liikuvus, mis muudab perovskiitühendid suurepäraseks funktsionaalseks materjaliks suure jõudlusega rakenduste jaoks päikesepaneelides, LED-ides, fotodetektorites, laserites jne.
Ultraheli on üks füüsilisi meetodeid erinevate orgaaniliste reaktsioonide kiirendamiseks. Kristalliseerumisprotsessi mõjutab ja kontrollib ultraheliravi, mille tulemuseks on ühekristalliliste perovskiitsete nanoosakeste kontrollitavad suurusomadused.
TEM-pildid CH jaoks3Nh3PbBr3 QD-d (a) ultraheliraviga ja (b) ilma ultrahelitöötluseta.
UIP2000hdT survestatava vooluelemendi reaktoriga
Ultraheli perovskiitide sünteesi juhtumiuuringud
Uuringud on läbi viinud mitmesuguseid ultraheli abil perovskiitkristallide kasvu. Üldiselt valmistatakse perovskiitkristallid vedeliku kasvumeetodil. Perovskiitkristallide sadestamiseks vähendatakse sihtproovide lahustuvust aeglaselt ja kontrollitakse prekursori lahuses. Perovskiitsete nanokristallide ultraheli sadestamine põhineb peamiselt lahustivastasel kustutamisel.
Perovskite nanokristallide ultraheli kristallisatsioon
(2016) teatavad pliihalogeniidperovskiidi nanokristallide edukast ultraheli abil sünteesist. Ultraheli abil, APbX3 perovskiitsed nanokristallid, millel on lai valik kompositsioone, kus A = CH3Nh3, Cs või HN=CHNH3 (formamidinium) ja X = Cl, Br või I sadestati. Ultraheli kiirendab lähteainete (AX ja PbX) lahustumisprotsessi2) tolueenis ja lahustumiskiirus määrab nanokristallide kasvukiiruse. Seejärel valmistas uurimisrühm kõrge tundlikkusega fotodetektorid, kattes ühtlase suurusega nanokristallid ühtlase suurusega suuremahulistel ränioksiidi substraatidel.
CH3NH3PbBr3 osakeste suuruse jaotus (a) koos ultrahelitöötlusega ja (b) ilma ultrahelitöötluseta.
Chen jt 2017
Perovskiidi ultraheli asümmeetriline kristalliseerumine
(2016) töötasid välja uue kasvumeetodi, mis põhineb kavitatsiooni käivitatud asümmeetrilisel kristalliseerumisel (CTAC), mis soodustab heterogeenset tuumamist, andes piisavalt energiat tuumabarjääri ületamiseks. Lühidalt öeldes tutvustasid nad lahusele väga lühikesi ultraheliimpulsse (≈ 1sec), kui see saavutas madala üleküllastumise taseme lahustivastase auru difusiooniga. Ultraheli impulss viiakse sisse kõrgel üleküllastumise tasemel, kus kavitatsioon käivitab liigsed tuumasündmused ja seega ka hulga väikeste kristallide kasvu. Paljutõotavalt, MAPbBr3 monokristallilised filmid kasvasid erinevate substraatide pinnal mitme tunni jooksul pärast tsüklilist ultraheliravi.
Perovskite kvantpunktide ultraheli süntees
(2017) esitlevad oma uurimistöös tõhusat meetodit perovskiitsete kvantpunktide (QD) valmistamiseks ultraheli kiirituses. Ultraheli kasutatakse mehaanilise meetodina, et kiirendada perovskiitsete kvantpunktide sadestumist. Perovskiitsete kvantpunktide kristalliseerumisprotsessi intensiivistatakse ja kontrollitakse ultraheliraviga, mille tulemuseks on nanokristallide täpselt kohandatud suurus. Perovskiitsete kvantpunktide struktuuri, osakeste suuruse ja morfoloogia analüüs näitas, et ultraheli kristalliseerumine annab väiksema osakeste suuruse ja ühtlasema osakeste suuruse jaotuse. Ultraheli (= sonokeemilise) sünteesi abil oli võimalik toota ka erineva keemilise koostisega perovskiitseid kvantpunkte. Need erinevad kompositsioonid perovskiitkristallides võimaldasid CH piike ja adsorptsiooniservi mitte eraldada3Nh3Pbx3 (X = Cl, Br ja I), mis tõi kaasa äärmiselt laia värvigamma.
Ultraheli dispersioon
Nanoosakeste suspensioonide ja tintide ultraheliuuring on usaldusväärne meetod nende homogeenseks hajutamiseks enne nano-suspensiooni rakendamist substraatidele, nagu võrgud või elektroodid. (vrd Belchi et al. 2019; Pichler jt 2018)
Ultraheli dispersioon käsitseb kergesti kõrgeid tahkeid kontsentratsioone (nt pastad) ja jaotab nanoosakesed ühekordselt dispergeeritud osakesteks, nii et tekib ühtlane suspensioon. See tagab, et järgneval kasutamisel, kui aluspind on kaetud, ei kahjusta katte jõudlust ükski kokkukleepumine, näiteks aglomeraadid.
Ultraheli dispersioon valmistab ette ühtlased nano suurusega suspensioonid: roheline kõver – Enne ultrahelitöötlust / punast kõverat pärast ultrahelitöötlust
Ultraheli protsessorid perovskiitide sademete jaoks
Hielscher Ultrasonics projekteerib ja toodab suure jõudlusega ultraheli süsteeme kvaliteetsete perovskiitkristallide sonokeemiliseks sünteesiks. Turuliidrina ja pikaajalise kogemusega ultraheli töötlemisel aitab Hielscher Ultrasonics oma kliente esimesest teostatavuskatsest protsessi optimeerimiseni kuni tööstuslike ultraheli protsessorite lõpliku paigaldamiseni suuremahuliseks tootmiseks. Pakkudes täielikku portfelli laborist ja pink-top ultrasonikaatoritest kuni tööstuslike ultraheli protsessoriteni, võib Hielscher soovitada teile ideaalset seadet nanokristalliprotsessi jaoks.
Kõik Hielscheri ultrasonikaatorid on täpselt kontrollitavad ja neid saab häälestada väga madalast kuni väga kõrge amplituudini. Amplituud on üks peamisi tegureid, mis mõjutavad ultrahelitöötlusprotsesside mõju ja destruktiivsust. Hielscheri ultraheli’ Ultraheli protsessorid pakuvad väga laia amplituudide spektrit, mis hõlmab väga kergeid ja pehmeid kuni väga intensiivseid ja hävitavaid rakendusi. Õige amplituudi seadistuse, võimenduse ja sonotrode valimine võimaldab seada teie konkreetse protsessi jaoks vajaliku ultraheli mõju. Hielscheri spetsiaalne voolurakureaktor sisestab MPC48 – MultiPhaseCavitator (vt pilti vasakul) – võimaldab süstida teist faasi 48 kanüüli kaudu õhukese tüvena kavitatsioonilisse hot-spoti, kus suure jõudlusega ultraheli lained hajutavad kaks faasi homogeenseks seguks. MultiPhaseCavitator on ideaalne kristallide külvipunktide käivitamiseks ja perovskiitsete nanokristallide sademete reaktsiooni kontrollimiseks.
Hielscheri tööstuslikud ultraheli protsessorid võivad pakkuda erakordselt kõrgeid amplituudi. Amplituudid kuni 200 μm saab hõlpsasti pidevalt käivitada 24/7 operatsioonis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Hielscheri ultraheli seadmete töökindlus võimaldab 24/7 operatsiooni raskeveokite ja nõudlikes keskkondades.
Meie kliendid on rahul Hielscheri ultraheli süsteemide silmapaistva töökindluse ja usaldusväärsusega. Paigaldamine raskeveokite rakenduste, nõudlike keskkondade ja 24/7 töö valdkondades tagavad tõhusa ja ökonoomse töötlemise. Ultraheli protsessi intensiivistamine vähendab töötlemisaega ja saavutab paremaid tulemusi, st kõrgemat kvaliteeti, suuremat saagikust, uuenduslikke tooteid.
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Voolukiirus | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 0.5 kuni 1,5 ml | mujal liigitamata | VialTweeter |
| 1 kuni 500 ml | 10 kuni 200 ml / min | UP100H |
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 kuni 20L | 0.2 kuni 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| mujal liigitamata | 10 kuni 100 L / min | UIP16000 |
| mujal liigitamata | Suurem | klaster UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!
Suure võimsusega ultraheli homogenisaatorid alates Lab kuni piloot ja Tööstuslik ulatus.
Kirjandus / viited
- 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.
Faktid, mida tasub teada
perovskiit
Perovskiit on termin, mis kirjeldab mineraali Perovskiit (tuntud ka kui kaltsiumtitaanoksiid või kaltsiumtitanaat, keemiline valem CaTiO3) samuti konkreetne materjalistruktuur. Sama nime kohaselt on mineraalne Perovskite perovskite struktuur.
Perovskiitühendid võivad esineda kuup-, tetragonaalses või ortorombilises struktuuris ning neil on keemiline valem ABX3. A ja B on katioonid, samas kui X tähistab aniooni, mis seob mõlemaga. Perovskiitühendites on A-katioon oluliselt suurem kui B-katioon. Teised perovskiitstruktuuriga mineraalid on Loparite ja Bridgmanite.
Perovskiitidel on ainulaadne kristallstruktuur ja selles struktuuris saab kombineerida erinevaid keemilisi elemente. Erilise kristallstruktuuri tõttu võivad perovskiitmolekulidel olla mitmesugused väärtuslikud omadused, nagu ülijuhtivus, väga kõrge magnetoresistants ja / või ferroelektrilisus, mis muudavad need ühendid tööstuslike rakenduste jaoks väga huvitavaks . Lisaks saab perovskiitstruktuuride moodustamiseks kombineerida suurt hulka erinevaid elemente, mis võimaldab kombineerida, muuta ja intensiivistada teatud materjali omadusi. Teadlased, teadlased ja protsesside arendajad kasutavad neid võimalusi perovskiitsete füüsikaliste, optiliste ja elektriliste omaduste valikuliseks kujundamiseks ja optimeerimiseks.
Nende optoelektroonilised omadused muudavad hübriidperovskiidid ideaalseteks kandidaatideks päikesepatareide rakenduste jaoks ja perovskiitsed päikesepatareid on paljutõotav tehnoloogia, mis võib aidata toota suures koguses puhast ja keskkonnasõbralikku energiat.
Kirjanduses esitatud ühekristallilise perovskiiti kriitilised optoelektroonilised parameetrid:
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 Aukude liikuvus (SCLC) 105 Aukude liikuvus (Saal) 24 ± 6,8 elektronide SCLC
82 ± 5 μs TPV 95 ± 8 μs impedantsspektroskoopia (IS)9 × 109 p175 ± 25 μm3.6 × 1010 augu 34.5 × 10 jaoks10 elektronMAPbI puhul31.53 eV 784 nm34 Saal
8.8 × 1011 p
1.8 × 109 augu 4.8 × 10 puhul10 elektronMAPbBr jaoks31.53 eV 784 nm34 Saal
8.8 × 1011 p
1.8 × 109 augu 4.8 × 10 puhul10 elektronMAPbBr jaoks32.24 eV 537 nm4.36 Saal
3.87 × 1012 p
2.6 × 1010 augu 1.1 × 10 jaoks11 elektronMAPbCl jaoks32.24 eV 537 nm4.36 Saal
3.87 × 1012 p
2.6 × 1010 augu 1.1 × 10 jaoks11 elektronMAPbCl jaoks32.97 eV 402 nm179 Saal
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 Aukude liikuvus SCLC1.8 × 10-8
2.8 × 109
1.34 × 1010
| Materjalid | Ribade või imendumise algus | Liikuvus [cm2 V-1 s-1] | Juhtivus [Ω-1 Cm-1] | Kandja eluiga ja meetod | Kandja kontsentratsioon ja tüüp [cm-3] (n või p) | Difusiooni pikkus | Lõksu tihedus [cm-3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MAPbBr3 | 2,21 eV 570 nm juures | 115 (TOF) 20–60 (saal) 38 (SCLC) | τs = 41 ns τb = 457 ns (PL) | 5 × 109 kuni 5 × 1010 p | 3–17 μm | 5.8 × 109 |