Perovskite sinteza ultrazvukom
Ultrazvučno kristalizacija i oborine perovskite kristala je vrlo učinkovita i ekonomična tehnika, koja omogućuje proizvodnju perovskite nanokristali na industrijskoj skali za masovnu proizvodnju.
Ultrazvučna sinteza Perovskite Nanocrystals
Organski-anorganski olovni halide perovskites pokazuju iznimna optoelektronička svojstva kao što su visoka apsorpcija svjetla, vrlo dug vijek trajanja nosača, duljina difuzije nosača i visoka pokretljivost nosača, što perovskite spojeve čini vrhunskim funkcionalnim materijalom za primjene visokih performansi u solarnim panelima, LED diode, fotodetektore, lasere itd.
Ultrasonication je jedna od fizičkih metoda za ubrzanje raznih organskih reakcija. Proces kristalizacije je pod utjecajem i kontrolira ultrazvučno liječenje, što je rezultiralo u kontrolirane veličine svojstva jedinstvene-kristalične perovskite nanočestice.
TEM slike za CH3Nh3PbBr3 QDs (a) s i (b) bez ultrazvučnog liječenja.
UIP2000hdT pomoću reaktora stanične protoka pod tlakom
Studije slučaja ultrazvučne Perovskite sinteza
Istraživanje je provedeno mnogostruke vrste ultrazvučno potpomognuti perovskite kristalni rast. Općenito, perovskite kristali se pripremaju metodom tekućeg rasta. Kako bi se poteglio perovskite kristala, topljivost ciljnih uzoraka polako se i kontrolira smanjenom u otopini prekursora. Ultrazvučno oborine perovskite nano kristala uglavnom se temelji na antisolventnom gašenja.
Ultrazvučni kristalizacija Perovskite Nanocrystals
Jang et Al. (2016) izvješće uspješno ultrazvučno potpomognute sinteze olova Halide perovskite nanocrystals. Koristeći ultrazvuk, APbX3 perovskite nanokristali s širokim rasponom kompozicija, gdje je a = CH3Nh3, CS ili HN = CHNH3 (formamidinium), i X = CL, br, ili ja, bili su talaeni. Ultrasonication ubrzava proces otapanja prekursora (AX i PbX2) u toluenu, a stopa otapanja određuje stopu rasta nanocrystals. Nakon toga, istraživački tim izrađen visoke osjetljivosti fotodetectors homozno spin premaz ujednačene veličine nanokristali na velike površine silikonski oksid supstrata.
Distribucija veličine čestica CH3NH3PbBr3 (a) s i (b) bez ultrazvučnog liječenja.
Chen et Al. 2017
Ultrazvučno Azilacijski kristalizacija Perovskite
Peng et Al. (2016) razvio novu metodu rasta na temelju kavitacije-potaknuta asimetrična kristalizacija (CTAC), koji promiče heterogene nukiacije pružajući dovoljno energije za prevladavanje barijera nukliranja. Ukratko, oni su uveli vrlo kratke ultrazvučni impulsi (≈ 1sec) na otopinu kada je dosegao nisku razinu nadzasićenosti s antisolvent pare difuzije. Ultrazvučni puls je uveden na visokim razinama nadzasićenosti, gdje kavitacija aktivira prekomjerne nukl događaja i stoga rast obilje sitnih kristala. Obećavajuće, MAPbBr3 Monokristalni filmovi rastao na površini različitih supstrata unutar nekoliko sati od cikličkog ultrazvuka tretman.
Ultrazvučna sinteza Perovskite kvantne točkice
Chen et al. (2017) prisutan u svom istraživanju rada učinkovitu metodu za pripremu perovskite kvantne točkice (QDs) pod ultrazvučnim zračenjem. Ultrasonication se koristi kao mehanička metoda kako bi se ubrzala taloženje perovskite kvantnih točkata. Proces kristalizacije perovskite kvantnih toka intenzivira se i kontrolira ultrazvučnim liječenjem, što rezultira precizno prilagođenom veličinom nanokristala. Analiza strukture, veličine čestica i morfologije perovskite kvantnih točka pokazala je da ultrazvučna kristalizacija daje manje veličine čestica i ujednačeniju raspodjelu veličine čestica. Koristeći ultrazvučnu (= sintezu sonokemikalija), također je bilo moguće proizvesti perovskite kvantne točkice s različitim kemijskim pripravcima. Ti različiti sastavi u perovskite kristalima omogućili su da se ne mogu dohvatiti emisijski vrhovi i rubovi adsorpcije CH3Nh3Pbx3 (X = CL, br i i), što je dovelo do iznimno širokog širine boja.
Ultrazvučno disperzija
Ultrasonication nano čestica suspenzije i tinte je pouzdana tehnika da ih raspršiti homogeno prije nanošenja nano-suspenzije na supstrata kao što su rešetke ili elektrode. (usp. Belchi et Al. 2019; Pichler et Al. 2018)
Ultrazvučno disperzija lako obrađuje visoke čvrste koncentracije (npr paste) i distribuira nano-čestice u jednostruki raspršene čestice tako da se proizvodi ujednačena suspenzija. To jamči da u naknadnoj primjeni, kada je podloga obložena, nema grudice kao što su aglomerati narušava performanse premazivanje.
Ultrazvučno disperzija priprema jedinstvene nano-veličine suspenzije: zelena krivulja – prije sonication/crvena krivulja nakon ultrazvuka
Ultrazvučni procesori za Perovskite padanje
Hielscher Ultrasonics dizajni i proizvodi High-Performance ultrazvučni sustavi za ultrazvukom sinteze visoke kvalitete perovskite kristala. Kao tržišni lider i s dugovrijeme iskustvo u ultrazvučnoj obradi, Hielscher Ultrasonics pomaže svojim klijentima od prvog testa izvedivosti za obradu optimizacija do konačne instalacije industrijskih ultrazvučnih procesora za velike proizvodnje. Nudeći puni portfolio iz laboratorija i klupa-top ultrasonicators do industrijskih ultrazvučnih procesora, Hielscher može preporučiti idealan uređaj za vaš nanocrystal proces.
Svi Hielscher ultrasonicators su precizno kontrolirati i može biti podešen od vrlo niske do vrlo visokih amplitude. Amplituda je jedan od glavnih čimbenika koji utječu na učinak i destruktiaciju procesa ultrazvuka. Hielscher Ultrasonics’ Ultrazvučni procesori pružaju vrlo širok spektar amplitude pokriva raspon vrlo blage i meke do vrlo intenzivne i destruktivne primjene. Odabir pravu amplituda postavka, booster i sonotrode omogućuje da postavite potreban ultrazvučni učinak za vaš specifičan proces. Hielscher je poseban tok stanica reaktor umetak MPC48 – MultiPhaseCavitator (vidi pic. lijevo) – omogućuje injicirati drugu fazu putem 48 kanila kao tanka soja u cavitational vrućeg mjesta, gdje visoke performanse Ultrazvučni valovi raspršiti dvije faze u homogenu smjesu. MultiPhaseCavitator je idealan za pokretanje kristalnih mjesta za zasijevanja i kontrolirati reakciju oborine perovskite nanocrystals.
Hielscher industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti izuzetno visoke amplitude. Amplitude do 200 μm mogu se lako kontinuirano izvoditi u 24/7 operaciji. Za još više amplitude, prilagođene ultrazvučnih sonotrode su dostupni. Robusnost Hielscher je ultrazvučna oprema omogućuje za 24/7 rad u teškoj dužnosti i u zahtjevnim okruženjima.
Naši kupci su zadovoljni izvanrednu robusnost i pouzdanost Hielscher ultrazvučnih sustava. Ugradnja u području teških zahtjeva, zahtjevnih okruženja i 24/7 rada osigurava učinkovitu i ekonomičnu obradu. Ultrazvučni proces intenziviranje smanjuje vrijeme obrade i postiže bolje rezultate, tj viša kvaliteta, veći prinosa, inovativne proizvode.
Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Batch Volumen | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 00,5 do 1,5 ml | N.a. | VialTweeter |
| 1 do 500 mL | 10 do 200 mL / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 mL / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l / min | UIP4000hdT |
| N.a. | 10 do 100 l / min | UIP16000 |
| N.a. | veći | grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Visoke snage ultrazvučni homogenizatori iz Laboratorija do Pilot i industrijske vage,
Literatura / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
Perovskite
Perovskite je pojam koji opisuje mineral Perovskite (također poznat kao kalcij titanijev oksid ili kalcij titanat, kemijska formula CaTiO3), kao i specifična materijalna struktura. U skladu s istim nazivom, mineral Perovskite ima perovskite strukturu.
Perovskite spojevi mogu se pojaviti u kubičnom, tetragonskom ili ortorompskog strukturi i imaju kemijsku formulu ABX3. A i B su cations, dok X predstavlja aniona, koji se veže za oboje. U mješavina perovskita, A katacija je znatno veća od B katacije. Ostali minerali s perovskitskim strukturama su Loparite i Bridgmanite.
Perovskites imaju jedinstvenu kristalnu strukturu i u ovoj strukturi različite kemijske elemente može se kombinirati. Zbog posebne kristalne strukture, perovskite molekule mogu izlagati razna vrijedna svojstva, kao što su superprovodljivost, vrlo visoka magnetorezistencija, i/ili ferroelektricitet, koji čine one spojeve vrlo zanimljiv za industrijske aplikacije. Nadalje, veliki broj različitih elemenata može se kombinirati zajedno za formiranje perovskite strukture, što omogućuje kombiniranje, izmjenu i intenzivira određene karakteristike materijala. Istraživači, znanstvenici i razvojni programeri koriste te mogućnosti za selektivno dizajniranje i optimiziranje perovskite fizičke, optičke i električne karakteristike.
Njihova optoelektronička svojstva čine hibridne perovskites idealni kandidati za solarne aplikacije i perovskite solarne stanice su obećavajuće tehnologije, koja bi mogla pomoći proizvesti velike količine čiste, ekološki-friendly energije.
Kritični Optoelektronski parametri jedinstvenog-kristaličnog perovskita zabilježenih u literaturi:
broj = 28 NS τb = 300 NS PL
1,3–4,3 μm3 × 1010MAPbI31,51 eV 820 nm67.2 (SCLC)
broj = 18 NS jeB = 570 NS PL
1,8–10,0 μm1,4 × 1010MAPbI3850 nm164 ± 25 Pokretljivost rupa (SCLC) 105 Pokretljivost rupa (dvorana) 24 ± 6,8 elektron SCLC
82 ± 5 μs TPV 95 ± 8 μs impedancijska spektroskopija (IS)9 × 109 p175 ± 25 μm3,6 × 1010 za rupu 34,5 × 1010 za electronMAPbI31.53 eV 784 nm34 Dvorana
8,8 × 1011 P
1,8 × 109 za rupu 4,8 × 1010 za electronMAPbBr31.53 eV 784 nm34 Dvorana
8,8 × 1011 P
1,8 × 109 za rupu 4,8 × 1010 za electronMAPbBr32.24 eV 537 nm4.36 Dvorana
3,87 × 1012 P
2,6 × 1010 za rupu 1,1 × 1011 za elektronMAPbCl32.24 eV 537 nm4.36 Dvorana
3,87 × 1012 P
2,6 × 1010 za rupu 1,1 × 1011 za elektronMAPbCl32.97 eV 402 nm179 Dvorana
5,1 × 109 N
MAPbCl32,88 eV 440 nm42 ± 9 (SCLC)2,7 × 10-8e = 83 NSB = 662 ns PL4,0 × 109 p3,0–8,5 μm3,1 × 1010FAPbI31,49 eV 870 nm40 ± 5 Pokretljivost rupa SCLC1,8 × 10-8
2,8 × 109
1,34 × 1010
| Materijala | Razlika u bendu ili pojava apsorpcije | Mobilnost [cm2 V-1 a-1] | Provodljivost [Ω-1 Cm-1] | Životni vijek i metoda nositelja | Koncentracija i vrsta [cm-3] (n ili p) | Duljina difuzije | Gustoća zamke [cm-3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MAPbBr3 | 2,21 eV 570 nm | 115 (TOF) 20 – 60 (dvorana) 38 (SCLC) | e = 41 NSB = 457 NS (PL) | 5 × 109 do 5 × 1010 P | 3 – 17 μm | 5,8 × 109 |