अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा पेरोव्स्काइट संश्लेषण

अल्ट्रासोनिक रूप से प्रेरित और तीव्र प्रतिक्रियाएं प्रकाश-सक्रिय सामग्री के उत्पादन के लिए एक आसान, ठीक नियंत्रणीय और बहुमुखी संश्लेषण विधि प्रदान करती हैं, जो अक्सर पारंपरिक तकनीकों द्वारा तैयार नहीं की जा सकती हैं।
अल्ट्रासोनिक क्रिस्टलीकरण और perovskite क्रिस्टल की वर्षा एक अत्यधिक प्रभावी और किफायती तकनीक है, जो बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए औद्योगिक पैमाने पर perovskite nanocrystals का उत्पादन करने की अनुमति देता है।

पेरोव्स्काइट नैनोक्रिस्टल का अल्ट्रासोनिक संश्लेषण

कार्बनिक-अकार्बनिक लीड हलाइड पेरोव्स्काइट्स असाधारण ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक गुणों जैसे उच्च प्रकाश अवशोषण, बहुत लंबे समय तक वाहक जीवनकाल, वाहक प्रसार लंबाई और उच्च वाहक गतिशीलता का प्रदर्शन करते हैं, जो पेरोव्स्काइट यौगिकों को सौर पैनलों, एलईडी, फोटोडेटेक्टर, लेजर आदि में उच्च प्रदर्शन अनुप्रयोगों के लिए एक बेहतर कार्यात्मक सामग्री बनाता है।
अल्ट्रासोनिकेशन विभिन्न कार्बनिक प्रतिक्रियाओं को तेज करने के लिए भौतिक तरीकों में से एक है। क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया अल्ट्रासोनिक उपचार द्वारा प्रभावित और नियंत्रित होती है, जिसके परिणामस्वरूप एकल-क्रिस्टलीय पेरोव्स्काइट नैनोकणों के नियंत्रणीय आकार गुण होते हैं।

अल्ट्रासोनिक रूप से संश्लेषित पेरोव्स्काइट नैनोक्रिस्टल की टीईएम छवि

सीएच के लिए टीईएम छवियां₃एनएच₃पीबीबीआर₃ क्यूडी (ए) के साथ और (बी) अल्ट्रासोनिक उपचार के बिना।

UIP2000hdT - नैनो कणों के औद्योगिक मिलिंग के लिए एक 2000W उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर है।

यूआईपी2000एचडीटी दबाव प्रवाह सेल रिएक्टर के साथ

अल्ट्रासोनिक Perovskite संश्लेषण के मामले का अध्ययन

अनुसंधान ने अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त पेरोव्स्काइट क्रिस्टल विकास के कई गुना प्रकार आयोजित किए हैं। सामान्य तौर पर, पेरोव्स्काइट क्रिस्टल तरल विकास विधि के साथ तैयार किए जाते हैं। पेरोव्स्काइट क्रिस्टल को अवक्षेपित करने के लिए, लक्ष्य नमूनों की घुलनशीलता धीरे-धीरे और नियंत्रित होती है, एक अग्रदूत समाधान में कम हो जाती है। पेरोव्स्काइट नैनो क्रिस्टल की अल्ट्रासोनिक वर्षा मुख्य रूप से एक एंटीसॉल्वेंट शमन पर आधारित है।

पेरोव्स्काइट नैनोक्रिस्टल का अल्ट्रासोनिक क्रिस्टलीकरण

जंग एट अल (2016) लीड हलाइड पेरोव्स्काइट नैनोक्रिस्टल के सफल अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त संश्लेषण की रिपोर्ट करते हैं। अल्ट्रासाउंड, APbX का उपयोग करना₃ रचनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ पेरोव्स्काइट नैनोक्रिस्टल, जहां ए = सीएच₃एनएच₃, Cs, या HN=CHNH₃ (फॉर्मिडिनियम), और एक्स = सीएल, ब्र, या मैं, अवक्षेपित थे। अल्ट्रासोनिकेशन अग्रदूतों (AX और PbX) की घुलने की प्रक्रिया को तेज करता है₂) टोल्यूनि में, और विघटन दर नैनोक्रिस्टल की वृद्धि दर निर्धारित करती है। इसके बाद, अनुसंधान दल ने बड़े क्षेत्र सिलिकॉन ऑक्साइड सब्सट्रेट पर समान आकार के नैनोक्रिस्टल को समरूप रूप से स्पिन कोटिंग करके उच्च संवेदनशीलता वाले फोटोडेटेक्टर का निर्माण किया।

अल्ट्रासोनिक उपचार के बिना CH3NH3PbBr3 (a) के कण आकार वितरण और (b) के साथ।
चेन एट अल 2017

अल्ट्रासोनिक Asymetrical Crystallization पेरोव्स्काइट के

पेंग एट अल (2016) ने एक गुहिकायन-ट्रिगर विषम क्रिस्टलीकरण (सीटीएसी) के आधार पर नई विकास विधि विकसित की, जो न्यूक्लियेशन बाधा को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्रदान करके विषम न्यूक्लियेशन को बढ़ावा देती है। संक्षेप में, उन्होंने समाधान के लिए एक बहुत ही कम अल्ट्रासोनिक दालों (≈ 1sec) को पेश किया जब यह एंटीसॉल्वेंट वाष्प प्रसार के साथ कम सुपरसैचुरेशन स्तर पर पहुंच गया। अल्ट्रासोनिक पल्स को उच्च सुपरसैचुरेशन स्तरों पर पेश किया जाता है, जहां गुहिकायन अत्यधिक न्यूक्लियेशन घटनाओं को ट्रिगर करता है और इसलिए छोटे क्रिस्टल की अधिकता का विकास होता है। आशाजनक रूप से, MAPbBr₃ मोनोक्रिस्टलाइन फिल्में चक्रीय अल्ट्रासोनिकेशन उपचार के कई घंटों के भीतर विभिन्न सब्सट्रेट की सतह पर बढ़ीं।

पेरोव्स्काइट क्वांटम डॉट्स का अल्ट्रासोनिक संश्लेषण

चेन एट अल (2017) अपने शोध कार्य में अल्ट्रासोनिक विकिरण के तहत पेरोव्स्काइट क्वांटम डॉट्स (क्यूडी) तैयार करने के लिए एक कुशल विधि मौजूद है। अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग पेरोव्स्काइट क्वांटम डॉट्स की वर्षा में तेजी लाने के लिए एक यांत्रिक विधि के रूप में किया जाता है। पेरोव्स्काइट क्वांटम डॉट्स की क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया को अल्ट्रासोनिक उपचार द्वारा तेज और नियंत्रित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप नैनोक्रिस्टल का सटीक अनुरूप आकार होता है। पेरोव्स्काइट क्वांटम डॉट्स की संरचना, कण आकार और आकृति विज्ञान के विश्लेषण से पता चला है कि अल्ट्रासोनिक क्रिस्टलीकरण एक छोटे कण आकार और अधिक समान कण आकार वितरण देता है। अल्ट्रासोनिक (= सोनोकेमिकल) संश्लेषण का उपयोग करके, विभिन्न रासायनिक रचनाओं के साथ पेरोवस्काइट क्वांटम डॉट्स का उत्पादन करना भी संभव था। पेरोव्स्काइट क्रिस्टल में उन विभिन्न रचनाओं ने सीएच के उत्सर्जन चोटियों और सोखना किनारों को असमर्थ करने की अनुमति दी₃एनएच₃पीबीएक्स₃ (एक्स = सीएल, बीआर और आई), जिसके कारण एक अत्यंत विस्तृत रंग सरगम हुआ।

अल्ट्रासोनिक फैलाव

नैनो कण निलंबन और स्याही का अल्ट्रासोनिकेशन ग्रिड या इलेक्ट्रोड जैसे सब्सट्रेट पर नैनो-निलंबन लागू करने से पहले उन्हें सजातीय रूप से फैलाने के लिए एक विश्वसनीय तकनीक है। (सीएफ. बेलची एट अल. 2019; पिचलर एट अल 2018)
अल्ट्रासोनिक फैलाव आसानी से उच्च ठोस सांद्रता (जैसे पेस्ट) को संभालता है और नैनो-कणों को एकल-छितरी हुई कणों में वितरित करता है ताकि एक समान निलंबन का उत्पादन हो। यह आश्वासन देता है कि बाद के आवेदन में, जब सब्सट्रेट लेपित होता है, तो एग्लोमेरेट्स जैसे कोई क्लंपिंग कोटिंग के प्रदर्शन को खराब नहीं करता है।

अल्ट्रासोनिक फैलाव वर्दी नैनो आकार के निलंबन तैयार करता है: हरा वक्र – सोनिकेशन से पहले / सोनिकेशन के बाद लाल वक्र

Perovskite वर्षा के लिए अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर

Hielscher Ultrasonics उच्च गुणवत्ता वाले पेरोव्स्काइट क्रिस्टल के सोनोकेमिकल संश्लेषण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक सिस्टम डिजाइन और बनाती है। बाजार के नेता के रूप में और अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण में लंबे समय के अनुभव के साथ, Hielscher Ultrasonics बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर की अंतिम स्थापना के लिए अनुकूलन की प्रक्रिया के लिए पहले व्यवहार्यता परीक्षण से अपने ग्राहकों की सहायता करता है। औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर तक प्रयोगशाला और बेंच-टॉप अल्ट्रासोनिकेटर से पूर्ण पोर्टफोलियो की पेशकश करते हुए, Hielscher आपको अपनी नैनोक्रिस्टल प्रक्रिया के लिए आदर्श उपकरण की सिफारिश कर सकता है।
सभी Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर ठीक नियंत्रणीय हैं और बहुत कम से बहुत उच्च आयामों तक ट्यून किए जा सकते हैं। आयाम मुख्य कारकों में से एक है जो सोनीशन प्रक्रियाओं के प्रभाव और विनाश को प्रभावित करता है। Hielscher Ultrasonics’ अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत हल्के और नरम से बहुत तीव्र और विनाशकारी अनुप्रयोगों की सीमा को कवर करने वाले आयामों का एक बहुत व्यापक स्पेक्ट्रम प्रदान करते हैं। सही आयाम सेटिंग, बूस्टर और सोनोट्रोड चुनना आपकी विशिष्ट प्रक्रिया के लिए आवश्यक अल्ट्रासोनिक प्रभाव निर्धारित करने की अनुमति देता है। Hielscher के विशेष प्रवाह सेल रिएक्टर MPC48 सम्मिलित करें – MultiPhaseCavitator (चित्र देखें। – कैविटेशनल हॉट-स्पॉट में एक पतली तनाव के रूप में 48 कैनुला के माध्यम से दूसरे चरण को इंजेक्ट करने की अनुमति देता है, जहां उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासाउंड तरंगें दो चरणों को एक सजातीय मिश्रण में फैलाती हैं। MultiPhaseCavitator क्रिस्टल सीडिंग पॉइंट शुरू करने और पेरोव्स्काइट नैनोक्रिस्टल की वर्षा प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने के लिए आदर्श है।
Hielscher औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर असाधारण उच्च आयाम वितरित कर सकते हैं। 200μm तक के आयाम आसानी से 24/7 ऑपरेशन में लगातार चलाए जा सकते हैं। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं। Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरण की मजबूती भारी शुल्क पर और मांग वातावरण में 24/7 आपरेशन के लिए अनुमति देता है।
हमारे ग्राहक Hielscher अल्ट्रासोनिक के सिस्टम की उत्कृष्ट मजबूती और विश्वसनीयता से संतुष्ट हैं। भारी शुल्क आवेदन के क्षेत्र में स्थापना, वातावरण की मांग और 24/7 संचालन कुशल और किफायती प्रसंस्करण सुनिश्चित करते हैं। अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया गहनता प्रसंस्करण समय को कम करती है और बेहतर परिणाम प्राप्त करती है, यानी उच्च गुणवत्ता, उच्च पैदावार, अभिनव उत्पाद।
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकेटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:

बैच वॉल्यूम	प्रवाह दर	अनुशंसित उपकरण
0.5 से 1.5mL	एन.ए.	वायलट्वीटर
1 से 500mL	10 से 200mL/मिनट	यूपी100एच
10 से 2000mL	20 से 400mL/मिनट	यूपी200एचटी, UP400St
0.1 से 20L	0.2 से 4L/मिनट	यूआईपी2000एचडीटी
10 से 100L	2 से 10 लीटर/मिनट	यूआईपी4000एचडीटी
एन.ए.	10 से 100 लीटर/मिनट	UIP16000
एन.ए.	बड़ा	का क्लस्टर UIP16000

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Hielscher Ultrasonics फैलाव, पायसीकरण और सेल निष्कर्षण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक homogenizers बनाती है।

से उच्च शक्ति अल्ट्रासोनिक homogenizers प्रयोगशाला तक पायलट और औद्योगिक पैमाना.

साहित्य/संदर्भ

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.

जानने के योग्य तथ्य

पेरोव्स्काइट

पेरोव्स्काइट एक शब्द है जो खनिज पेरोव्स्काइट (जिसे कैल्शियम टाइटेनियम ऑक्साइड या कैल्शियम टाइटनेट, रासायनिक सूत्र CaTiO के रूप में भी जाना जाता है) का वर्णन करता है₃) के साथ-साथ एक विशिष्ट सामग्री संरचना। इसी नाम के अनुसार, खनिज पेरोव्स्काइट में पेरोव्स्काइट संरचना है।
पेरोव्स्काइट यौगिक क्यूबिक, टेट्रागोनल या ऑर्थोरोम्बिक संरचना में हो सकते हैं और रासायनिक सूत्र एबीएक्स हो सकते हैं₃. ए और बी उद्धरण हैं, जबकि एक्स एक आयन का प्रतिनिधित्व करता है, जो दोनों के लिए बांड करता है। पेरोव्स्काइट यौगिकों में, ए केशन बी केशन की तुलना में काफी बड़ा है। पेरोव्स्काइट संरचना वाले अन्य खनिज लोपाराइट और ब्रिजमैनाइट हैं।
पेरोव्स्काइट्स में एक अद्वितीय क्रिस्टल संरचना होती है और इस संरचना में विभिन्न रासायनिक तत्वों को जोड़ा जा सकता है। विशेष क्रिस्टल संरचना के कारण, पेरोव्स्काइट अणु विभिन्न मूल्यवान गुणों का प्रदर्शन कर सकते हैं, जैसे कि अतिचालकता, बहुत उच्च मैग्नेटोरेसिस्टेंस और/या फेरोइलेक्ट्रिकिटी, जो उन यौगिकों को औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए अत्यधिक दिलचस्प बनाते हैं। इसके अलावा, पेरोव्स्काइट संरचनाओं को बनाने के लिए बड़ी संख्या में विभिन्न तत्वों को एक साथ जोड़ा जा सकता है, जिससे कुछ भौतिक विशेषताओं को जोड़ना, संशोधित करना और तेज करना संभव हो जाता है। शोधकर्ता, वैज्ञानिक और प्रक्रिया डेवलपर्स उन विकल्पों का उपयोग चुनिंदा रूप से डिजाइन और पेरोव्स्काइट भौतिक, ऑप्टिकल और विद्युत विशेषताओं को अनुकूलित करने के लिए करते हैं।
उनके ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक गुण हाइब्रिड पेरोवस्काइट्स को सौर सेल अनुप्रयोगों के लिए आदर्श उम्मीदवार बनाते हैं और पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाएं एक आशाजनक तकनीक हैं, जो बड़ी मात्रा में स्वच्छ, पर्यावरण के अनुकूल ऊर्जा का उत्पादन करने में मदद कर सकती हैं।
साहित्य में रिपोर्ट किए गए एकल-क्रिस्टलीय पेरोव्स्काइट के महत्वपूर्ण ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक पैरामीटर:

एमएपीबीआई₃1ण्51 मट 821 उउ2ण्5 (एससीएलसी)10−8τs = 22 एनएस τ_{जन्‍म} = 1032 एनएस पीएल2 × 10¹⁰2-8 माइक्रोन3.3 × 10¹⁰एमएपीबीबीआर₃2.18 ईवी 574 एनएम 24 (एससीएलसी)
τs = 28 ns τb = 300 ns PL
1.3–4.3 माइक्रोन3 × 10¹⁰एमएपीबीआई₃1.51 ईवी 820 एनएम67.2 (एससीएलसी)
S = 18 NS τ_{जन्‍म} = 570 एनएस पीएल
1.8–10.0 माइक्रोन1.4 × 10¹⁰एमएपीबीआई₃850 एनएम164 ± 25 होल मोबिलिटी (एससीएलसी) 105 होल मोबिलिटी (हॉल) 24 ± 6.8 इलेक्ट्रॉन एससीएलसी
82 ± 5 μs TPV 95 ± 8 μs प्रतिबाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी (IS)9 × 10⁹ P175 ± 25 माइक्रोन 3.6 × 10¹⁰ छेद 34.5 × 10 के लिए¹⁰ इलेक्ट्रॉनएमएपीबीआई के लिए₃1.53 ईवी 784 एनएम 34 हॉल

8.8 × 10¹¹ p
1.8 × 109 छेद के लिए 4.8 × 10¹⁰ इलेक्ट्रॉनएमएपीबीबीआर के लिए₃1.53 ईवी 784 एनएम 34 हॉल

8.8 × 10¹¹ p
1.8 × 109 छेद के लिए 4.8 × 10¹⁰ इलेक्ट्रॉनएमएपीबीबीआर के लिए₃2.24 ईवी 537 एनएम4.36 हॉल

3.87 × 10¹² p
2.6 × 10¹⁰ छेद 1.1 × 10 के लिए¹¹ इलेक्ट्रॉनएमएपीबीसीएल के लिए₃2.24 ईवी 537 एनएम4.36 हॉल

3.87 × 10¹² p
2.6 × 10¹⁰ छेद 1.1 × 10 के लिए¹¹ इलेक्ट्रॉनएमएपीबीसीएल के लिए₃2.97 ईवी 402 एनएम179 हॉल

5.1 × 10⁹ N

एमएपीबीसीएल₃2.88 ईवी 440 एनएम42 ± 9 (एससीएलसी)2.7 × 10^-8Τs = 83 NS τ_{जन्‍म} = 662 एनएस PL4.0 × 10⁹ p3.0-8.5 माइक्रोन3.1 × 10¹⁰एफएपीबीआई₃1.49 ईवी 870 एनएम40 ± 5 होल मोबिलिटी एससीएलसी1.8 × 10^-8
2.8 × 10⁹
1.34 × 10¹⁰

सामग्री	बैंड गैप या अवशोषण की शुरुआत	गतिशीलता [सेमी² बहुत^-1 दक्षिणी^-1]	प्रवाहकत्त्व [Ω^-1 सेंटीमीटर^-1]	वाहक जीवनकाल और विधि	वाहक एकाग्रता और प्रकार [सेमी^-3] (n या p)	प्रसार लंबाई	ट्रैप घनत्व [सेमी^-3]
एमएपीबीबीआर₃	2.21 ईवी 570 एनएम	115 (टीओएफ) 20-60 (हॉल) 38 (एससीएलसी)		S = 41 NS τ_{जन्‍म} = 457 एनएस (पीएल)	5 × 10⁹ सेवा मेरे 5 × 10¹⁰ p	3-17 माइक्रोन	5.8 × 109