અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા પેરોવ્સ્કાઇટનું સંશ્લેષણ

અલ્ટ્રાસોનિક રીતે પ્રેરિત અને તીવ્ર બનાવેલી પ્રતિક્રિયાઓ પ્રકાશથી સક્રિય થતા પદાર્થોના ઉત્પાદન માટે સરળ, ચોકસાઈપૂર્વક નિયંત્રિત કરી શકાય તેવી અને બહુમુખી સંશ્લેષણ પદ્ધતિ પૂરી પાડે છે. આવા પદાર્થો ઘણી વાર પરંપરાગત તકનીકો દ્વારા તૈયાર કરી શકાતા નથી.
પેરોવ્સ્કાઇટ સ્ફટિકોનું અલ્ટ્રાસોનિક સ્ફટિકીકરણ અને અવક્ષેપન અત્યંત અસરકારક અને આર્થિક તકનીક છે, જે મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે ઔદ્યોગિક સ્તરે પેરોવ્સ્કાઇટ નેનોસ્ફટિકોનું ઉત્પાદન કરવાની સુવિધા આપે છે.

પેરોવ્સ્કાઇટ નેનોસ્ફટિકોનું અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ

કાર્બનિક–અકાર્બનિક લેડ હેલાઇડ પેરોવ્સ્કાઇટ્સ ઉચ્ચ પ્રકાશ શોષણ, વિદ્યુતભાર વાહકોનું અત્યંત લાંબું આયુષ્ય, વાહકોની પ્રસરણ લંબાઈ અને વાહકોની ઉચ્ચ ગતિશીલતા જેવા અસાધારણ પ્રકાશવિદ્યુતીય ગુણધર્મો દર્શાવે છે. આ ગુણધર્મો પેરોવ્સ્કાઇટ સંયોજનોને સોલાર પેનલો, LEDs, ફોટોડિટેક્ટરો, લેસરો વગેરેમાં ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા ઉપયોગો માટે શ્રેષ્ઠ કાર્યાત્મક પદાર્થ બનાવે છે.
વિવિધ કાર્બનિક પ્રતિક્રિયાઓને વેગ આપવા માટેની ભૌતિક પદ્ધતિઓમાં અલ્ટ્રાસોનિકેશન એક પદ્ધતિ છે. અલ્ટ્રાસોનિક ઉપચાર સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયાને પ્રભાવિત અને નિયંત્રિત કરે છે, જેના પરિણામે એકસ્ફટિકીય પેરોવ્સ્કાઇટ નેનોકણોના કદસંબંધિત ગુણધર્મો નિયંત્રિત કરી શકાય છે.

CH₃NH₃PbBr₃ QDsની (a) અલ્ટ્રાસોનિક ઉપચાર સાથે અને (b) તેના વિના મેળવેલી TEM છબીઓ.

અલ્ટ્રાસોનિક પેરોવ્સ્કાઇટ સંશ્લેષણના કિસ્સા અભ્યાસો

સંશોધનમાં અલ્ટ્રાસોનિક સહાયથી પેરોવ્સ્કાઇટ સ્ફટિક વૃદ્ધિના અનેક પ્રકારો અજમાવવામાં આવ્યા છે. સામાન્ય રીતે, પેરોવ્સ્કાઇટ સ્ફટિકો પ્રવાહી વૃદ્ધિ પદ્ધતિ દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવે છે. પેરોવ્સ્કાઇટ સ્ફટિકોનું અવક્ષેપન કરવા માટે, પૂર્વગામી દ્રાવણમાં લક્ષિત નમૂનાઓની દ્રાવ્યતા ધીમે ધીમે અને નિયંત્રિત રીતે ઘટાડવામાં આવે છે. પેરોવ્સ્કાઇટ નેનોસ્ફટિકોનું અલ્ટ્રાસોનિક અવક્ષેપન મુખ્યત્વે પ્રતિદ્રાવક દ્વારા ક્વેન્ચિંગ પર આધારિત છે.

પેરોવ્સ્કાઇટ નેનોસ્ફટિકોનું અલ્ટ્રાસોનિક સ્ફટિકીકરણ

Jang અને સહલેખકો (2016) લેડ હેલાઇડ પેરોવ્સ્કાઇટ નેનોસ્ફટિકોના સફળ અલ્ટ્રાસોનિક સહાયિત સંશ્લેષણનો અહેવાલ આપે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને, APbX₃ પેરોવ્સ્કાઇટ નેનોસ્ફટિકોનું રચનાત્મક સંયોજનોની વિશાળ શ્રેણીમાં અવક્ષેપન કરવામાં આવ્યું હતું, જેમાં A = CH₃NH₃, Cs અથવા HN=CHNH₃ (ફોર્મામિડિનિયમ) અને X = Cl, Br અથવા I છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન પૂર્વગામી પદાર્થો (AX અને PbX₂)ની ટોલ્યુઇનમાં ઓગળવાની પ્રક્રિયાને વેગ આપે છે, અને દ્રાવણનો દર નેનોસ્ફટિકોની વૃદ્ધિનો દર નક્કી કરે છે. ત્યારબાદ, સંશોધક ટીમે વિશાળ ક્ષેત્રફળવાળા સિલિકોન ઓક્સાઇડ સબસ્ટ્રેટો પર સમાન કદના નેનોસ્ફટિકોનું એકરૂપ સ્પિન કોટિંગ કરીને ઉચ્ચ સંવેદનશીલતાવાળા ફોટોડિટેક્ટરો બનાવ્યા હતા.

CH3NH3PbBr3ના કણકદ વિતરણો (a) અલ્ટ્રાસોનિક ઉપચાર સાથે અને (b) તેના વિના.
Chen અને સહલેખકો 2017

પેરોવ્સ્કાઇટનું અલ્ટ્રાસોનિક અસમમિત સ્ફટિકીકરણ

Peng અને સહલેખકોએ (2016) કેવિટેશનથી પ્રેરિત અસમમિત સ્ફટિકીકરણ (CTAC) પર આધારિત નવી વૃદ્ધિ પદ્ધતિ વિકસાવી હતી, જે કેન્દ્રકન અવરોધને પાર કરવા પૂરતી ઊર્જા પૂરી પાડીને વિષમ કેન્દ્રકનને પ્રોત્સાહન આપે છે. સંક્ષેપમાં, જ્યારે પ્રતિદ્રાવકની વરાળના પ્રસરણથી દ્રાવણ અતિસંતૃપ્તિના નીચા સ્તરે પહોંચ્યું, ત્યારે તેમણે તેમાં અત્યંત ટૂંકા અલ્ટ્રાસોનિક પલ્સ (≈ 1sec) આપ્યા હતા. અલ્ટ્રાસોનિક પલ્સ અતિસંતૃપ્તિના ઊંચા સ્તરે આપવામાં આવે છે, જ્યાં કેવિટેશન અતિશય કેન્દ્રકન ઘટનાઓને અને પરિણામે અસંખ્ય નાના સ્ફટિકોની વૃદ્ધિને પ્રેરિત કરે છે. આશાસ્પદ રીતે, ચક્રીય અલ્ટ્રાસોનિકેશન ઉપચારના કેટલાક કલાકોની અંદર વિવિધ સબસ્ટ્રેટોની સપાટી પર MAPbBr₃ ની એકસ્ફટિકીય પાતળી પડતો વિકસી હતી.

પેરોવ્સ્કાઇટ ક્વોન્ટમ ડોટ્સનું અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ

Chen et al. (2017) તેમના સંશોધનકાર્યમાં અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણ હેઠળ પેરોવ્સ્કાઇટ ક્વોન્ટમ ડોટ્સ (QDs) તૈયાર કરવાની એક કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ રજૂ કરે છે. પેરોવ્સ્કાઇટ ક્વોન્ટમ ડોટ્સના અવક્ષેપણને વેગ આપવા માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો યાંત્રિક પદ્ધતિ તરીકે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક ઉપચાર દ્વારા પેરોવ્સ્કાઇટ ક્વોન્ટમ ડોટ્સની સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયાને તીવ્ર અને નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે, જેના પરિણામે નેનોસ્ફટિકોનું કદ ચોક્કસ જરૂરિયાત મુજબ મેળવી શકાય છે. પેરોવ્સ્કાઇટ ક્વોન્ટમ ડોટ્સની સંરચના, કણોના કદ અને આકારવિજ્ઞાનના વિશ્લેષણે દર્શાવ્યું કે અલ્ટ્રાસોનિક સ્ફટિકીકરણથી કણોનું કદ નાનું અને કણકદનું વિતરણ વધુ સમાન બને છે. અલ્ટ્રાસોનિક (= સોનોકેમિકલ) સંશ્લેષણનો ઉપયોગ કરીને વિવિધ રાસાયણિક રચનાઓ ધરાવતા પેરોવ્સ્કાઇટ ક્વોન્ટમ ડોટ્સનું ઉત્પાદન કરવાનું પણ શક્ય બન્યું હતું. પેરોવ્સ્કાઇટ સ્ફટિકોમાંની આ વિવિધ રચનાઓએ CH₃NH₃PbX₃ (X = Cl, Br અને I)નાં ઉત્સર્જન શિખરો અને અધિશોષણ કિનારીઓને “unable” કરવાનું શક્ય બનાવ્યું, જેના પરિણામે અત્યંત વિશાળ રંગ વ્યાપ પ્રાપ્ત થયો.

અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપન

નેનોકણોના નિલંબનો અને શાહીઓનું અલ્ટ્રાસોનિકેશન એ નેનોનિલંબનને ગ્રિડ અથવા ઇલેક્ટ્રોડ જેવા આધારપૃષ્ઠો પર લગાડતાં પહેલાં તેમાંના કણોને સમાનરૂપે વિક્ષેપિત કરવાની એક વિશ્વસનીય તકનીક છે. (જુઓ Belchi et al. 2019; Pichler et al. 2018)
અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપન ઘન પદાર્થની ઊંચી સાંદ્રતાઓને (દા.ત. પેસ્ટ) સરળતાથી સંભાળે છે અને નેનોકણોને અલગ અલગ વિક્ષેપિત કણો તરીકે વિતરિત કરે છે, જેથી એક સમાન નિલંબન બને છે. આથી ખાતરી થાય છે કે ત્યાર પછીના ઉપયોગમાં, જ્યારે આધારપૃષ્ઠ પર આવરણ ચઢાવવામાં આવે છે, ત્યારે કણસમૂહો જેવા કોઈ ગઠ્ઠા આવરણની કાર્યક્ષમતાને બગાડતા નથી.

અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપન સમાન નેનોકદનાં નિલંબનો તૈયાર કરે છે: લીલો વક્ર – સોનિકેશન પહેલાં / લાલ વક્ર સોનિકેશન પછી

પેરોવ્સ્કાઇટના અવક્ષેપણ માટે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો

Hielscher Ultrasonics ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા પેરોવ્સ્કાઇટ સ્ફટિકોના સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળી અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલીઓની રચના અને ઉત્પાદન કરે છે. બજારમાં અગ્રણી સ્થાન અને અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાકરણના લાંબા અનુભવ સાથે, Hielscher Ultrasonics તેના ગ્રાહકોને પ્રથમ વ્યવહાર્યતા પરીક્ષણથી લઈને પ્રક્રિયાના શ્રેષ્ઠીકરણ અને મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરોની અંતિમ સ્થાપના સુધી સહાય કરે છે. પ્રયોગશાળા અને બેન્ચ પર વાપરી શકાય તેવાં અલ્ટ્રાસોનિકેટરોથી લઈને ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો સુધીની સંપૂર્ણ ઉત્પાદનશ્રેણી પ્રદાન કરતી Hielscher તમારી નેનોસ્ફટિક પ્રક્રિયા માટે આદર્શ ઉપકરણની ભલામણ કરી શકે છે.
તમામ Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સને ચોકસાઈપૂર્વક નિયંત્રિત કરી શકાય છે અને ખૂબ નીચા કંપનવિસ્તારથી લઈને ખૂબ ઊંચા કંપનવિસ્તાર સુધી સમાયોજિત કરી શકાય છે. કંપનવિસ્તાર એ સોનિકેશન પ્રક્રિયાઓના પ્રભાવ અને વિનાશકતાને અસર કરતાં મુખ્ય પરિબળોમાંનું એક છે. Hielscher Ultrasonics ના અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ કંપનવિસ્તારની અત્યંત વિશાળ શ્રેણી પૂરી પાડે છે, જે ખૂબ સૌમ્ય અને નરમથી લઈને ખૂબ તીવ્ર અને વિનાશક ઉપયોગો સુધીનો વ્યાપ આવરી લે છે. યોગ્ય કંપનવિસ્તાર સેટિંગ, બૂસ્ટર અને સોનોટ્રોડ પસંદ કરવાથી તમારી ચોક્કસ પ્રક્રિયા માટે જરૂરી અલ્ટ્રાસોનિક પ્રભાવ નિર્ધારિત કરી શકાય છે. Hielscher નું વિશિષ્ટ ફ્લો સેલ રિએક્ટર ઇન્સર્ટ MPC48 – MultiPhaseCavitator (ડાબી બાજુનું ચિત્ર જુઓ) – બીજા પ્રાવસ્થાને 48 કેન્યુલા મારફતે “thin strain” તરીકે કેવિટેશનના હોટ-સ્પોટમાં ઇન્જેક્ટ કરવાની સુવિધા આપે છે, જ્યાં ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો બંને પ્રાવસ્થાઓને વિખેરીને સમાન મિશ્રણ બનાવે છે. MultiPhaseCavitator સ્ફટિક બીજાંકન બિંદુઓની શરૂઆત કરવા અને પેરોવ્સ્કાઇટ નેનોસ્ફટિકોની અવક્ષેપન પ્રતિક્રિયાને નિયંત્રિત કરવા માટે આદર્શ છે.
Hielscher ના ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ અસાધારણ રીતે ઊંચા કંપનવિસ્તાર પૂરા પાડી શકે છે. 200µm સુધીના કંપનવિસ્તાર પર 24/7 કામગીરીમાં સરળતાથી સતત ચલાવી શકાય છે. આનાથી પણ ઊંચા કંપનવિસ્તાર માટે જરૂરિયાત મુજબ બનાવેલા અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ ઉપલબ્ધ છે. Hielscher નાં અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણોની મજબૂતાઈ ભારે કાર્યભાર હેઠળ અને પડકારજનક પરિસ્થિતિઓમાં 24/7 કામગીરી કરવાની ક્ષમતા આપે છે.
અમારા ગ્રાહકો Hielscher Ultrasonic’s સિસ્ટમોની ઉત્કૃષ્ટ મજબૂતાઈ અને વિશ્વસનીયતાથી સંતુષ્ટ છે. ભારે કાર્યભારવાળા ઉપયોગો, પડકારજનક પરિસ્થિતિઓ અને 24/7 કામગીરીનાં ક્ષેત્રોમાં સ્થાપન કાર્યક્ષમ અને કરકસરયુક્ત પ્રક્રિયા સુનિશ્ચિત કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાનું તીવ્રીકરણ પ્રક્રિયાનો સમય ઘટાડે છે અને વધુ સારાં પરિણામો, એટલે કે વધુ ઊંચી ગુણવત્તા, વધુ ઊંચી ઉપજ અને નવીન ઉત્પાદનો પ્રાપ્ત કરે છે.
નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે: