Պերովսկիտի սինթեզ ուլտրաձայնային եղանակով
Ուլտրաձայնային ձևով առաջացած և ուժեղացված ռեակցիաները առաջարկում են հեշտ, ճշգրիտ վերահսկելի և բազմակողմանի սինթեզի մեթոդ լույսով ակտիվացված նյութերի արտադրության համար, որոնք հաճախ չեն կարող պատրաստվել սովորական տեխնիկայով:
Պերովսկիտի բյուրեղների ուլտրաձայնային բյուրեղացումը և տեղումները շատ արդյունավետ և խնայող տեխնիկա է, որը թույլ է տալիս արտադրել պերովսկիտի նանոբյուրեղներ արդյունաբերական մասշտաբով՝ զանգվածային արտադրության համար:
Պերովսկիտի նանոբյուրեղների ուլտրաձայնային սինթեզ
Օրգանական-անօրգանական կապարի հալոգենիկ պերովսկիտները ցուցաբերում են բացառիկ օպտոէլեկտրոնային հատկություններ, ինչպիսիք են լույսի բարձր կլանումը, կրիչի շատ երկար կյանքը, կրիչի դիֆուզիոն երկարությունը և կրիչի բարձր շարժունակությունը, ինչը դարձնում է պերովսկիտի միացությունները բարձր ֆունկցիոնալ նյութ արևային մարտկոցներում, LED-ներում բարձր արդյունավետ կիրառման համար: , ֆոտոդետեկտորներ, լազերներ և այլն։
Ուլտրաձայնացումը տարբեր օրգանական ռեակցիաների արագացման ֆիզիկական մեթոդներից մեկն է: Բյուրեղացման գործընթացի վրա ազդում և վերահսկվում է ուլտրաձայնային բուժումը, ինչը հանգեցնում է միաբյուրեղային պերովսկիտի նանոմասնիկների վերահսկելի չափի հատկություններին:
TEM պատկերներ CH-ի համար3nH3PbBr3 QD-ներ (ա) և (բ) առանց ուլտրաձայնային բուժման:
UIP2000hdT ճնշվող հոսքի բջջային ռեակտորով
Ուլտրաձայնային պերովսկիտի սինթեզի դեպքերի ուսումնասիրություն
Հետազոտությունն իրականացրել է պերովսկիտի բյուրեղների աճի ուլտրաձայնային օգնությամբ բազմակի տեսակներ: Ընդհանուր առմամբ, պերովսկիտի բյուրեղները պատրաստվում են հեղուկ աճի մեթոդով։ Պերովսկիտի բյուրեղները նստեցնելու համար թիրախային նմուշների լուծելիությունը դանդաղ և վերահսկվում է պրեկուրսորային լուծույթում: Պերովսկիտի նանո բյուրեղների ուլտրաձայնային տեղումները հիմնականում հիմնված են հակալուծիչի մարման վրա:
Պերովսկիտի նանոբյուրեղների ուլտրաձայնային բյուրեղացում
Jang et al. (2016) հաղորդում է կապարի հալոգենիդային պերովսկիտի նանոբյուրեղների ուլտրաձայնային օգնությամբ սինթեզը: Օգտագործելով ուլտրաձայնային, APbX3 պերովսկիտային նանոբյուրեղներ բաղադրությունների լայն տեսականիով, որտեղ A = CH3nH3, Cs կամ HN=CHNH3 (formamidinium), և X = Cl, Br կամ I, նստեցվել են: Ուլտրաձայնային ախտորոշումը արագացնում է պրեկուրսորների (AX և PbX) լուծարման գործընթացը2) տոլուոլում, և տարրալուծման արագությունը որոշում է նանոբյուրեղների աճի արագությունը։ Հետագայում հետազոտական թիմը պատրաստեց բարձր զգայունության ֆոտոդետեկտորներ՝ միատարր պտտելով ծածկելով միատեսակ չափերի նանոբյուրեղները մեծ տարածության սիլիցիումի օքսիդի ենթաշերտերի վրա:
CH3NH3PbBr3-ի մասնիկների չափի բաշխում (ա) և (բ) առանց ուլտրաձայնային բուժման:
Chen et al. 2017թ
Պերովսկիտի ուլտրաձայնային ասիմետրիկ բյուրեղացում
Պենգը և այլք։ (2016) մշակել է աճի նոր մեթոդ, որը հիմնված է կավիտացիայից առաջացած ասիմետրիկ բյուրեղացման (CTAC) վրա, որը նպաստում է տարասեռ միջուկացմանը՝ ապահովելով բավարար էներգիա՝ հաղթահարելու միջուկային արգելքը: Համառոտ, նրանք ներկայացրեցին շատ կարճ ուլտրաձայնային իմպուլսներ (≈ 1 վրկ) լուծույթում, երբ այն հասավ ցածր գերհագեցվածության մակարդակի հակալուծիչ գոլորշիների դիֆուզիոնով: Ուլտրաձայնային իմպուլսը ներդրվում է գերհագեցվածության բարձր մակարդակներում, որտեղ կավիտացիան առաջացնում է չափից ավելի միջուկային իրադարձություններ և, հետևաբար, մանր բյուրեղների մեծ քանակություն: Խոստումնալից, MAPbBr3 Ցիկլային ուլտրաձայնային մշակումից հետո մի քանի ժամվա ընթացքում տարբեր սուբստրատների մակերեսին աճում էին միաբյուրեղային թաղանթներ:
Պերովսկիտի քվանտային կետերի ուլտրաձայնային սինթեզ
Chen et al. (2017թ.) իրենց հետազոտական աշխատանքում ներկայացնում են ուլտրաձայնային ճառագայթման տակ պերովսկիտային քվանտային կետերի (QD) պատրաստման արդյունավետ մեթոդ: Ուլտրաձայնավորումն օգտագործվում է որպես մեխանիկական մեթոդ՝ պերովսկիտային քվանտային կետերի տեղումներն արագացնելու համար: Պերովսկիտի քվանտային կետերի բյուրեղացման գործընթացը ուժեղանում և վերահսկվում է ուլտրաձայնային բուժման միջոցով, ինչը հանգեցնում է նանոբյուրեղների ճշգրիտ հարմարեցված չափի: Պերովսկիտի քվանտային կետերի կառուցվածքի, մասնիկների չափի և մորֆոլոգիայի վերլուծությունը ցույց է տվել, որ ուլտրաձայնային բյուրեղացումը տալիս է մասնիկների ավելի փոքր չափեր և մասնիկների չափի ավելի միասնական բաշխում: Օգտագործելով ուլտրաձայնային (=սոնոքիմիական) սինթեզը, հնարավոր եղավ նաև արտադրել պերովսկիտային քվանտային կետեր տարբեր քիմիական բաղադրությամբ։ Պերովսկիտի բյուրեղներում այդ տարբեր բաղադրությունները թույլ են տվել անկարող լինել արտանետման գագաթները և CH-ի կլանման եզրերը3nH3PbX3 (X = Cl, Br և I), ինչը հանգեցրեց չափազանց լայն գունային գամմայի:
Ուլտրաձայնային դիսպերսիա
Նանո մասնիկների կախոցների և թանաքների ուլտրաձայնային մշակումը հուսալի տեխնիկա է դրանք միատարր ցրելու համար, նախքան նանո-կախոցը կիրառվելը սուբստրատների վրա, ինչպիսիք են ցանցերը կամ էլեկտրոդները: (տես Belchi et al. 2019; Pichler et al. 2018)
Ուլտրաձայնային ցրումը հեշտությամբ կառավարում է բարձր պինդ կոնցենտրացիաները (օրինակ՝ մածուկներ) և նանո-մասնիկները բաժանում է մեկ ցրված մասնիկների մեջ, որպեսզի ստացվի միատեսակ կախոց: Սա հավաստիացնում է, որ հետագա կիրառման դեպքում, երբ ենթաշերտը պատված է, ոչ մի կուտակում, ինչպիսին ագլոմերատներն են, չի խաթարում ծածկույթի աշխատանքը:
Ուլտրաձայնային դիսպերսիան պատրաստում է միատեսակ նանո չափի կախոցներ՝ կանաչ կոր – նախքան sonication / red curve after sonication
Պերովսկիտի տեղումների ուլտրաձայնային պրոցեսորներ
Hielscher Ultrasonics-ը նախագծում և արտադրում է բարձրորակ ուլտրաձայնային համակարգեր բարձրորակ պերովսկիտի բյուրեղների սոնոքիմիական սինթեզի համար: Որպես շուկայի առաջատար և ունենալով ուլտրաձայնային մշակման երկարամյա փորձ, Hielscher Ultrasonics-ն իր հաճախորդներին օգնում է առաջին տեխնիկատնտեսական հիմնավորումից մինչև գործընթացի օպտիմալացում մինչև արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորների վերջնական տեղադրումը լայնածավալ արտադրության համար: Առաջարկելով ամբողջական պորտֆոլիոն՝ լաբորատոր և բարձրորակ ուլտրաձայնային սարքերից մինչև արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորներ, Hielscher-ը կարող է ձեզ առաջարկել իդեալական սարք ձեր նանաբյուրեղային գործընթացի համար:
Բոլոր Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը ճշգրիտ կառավարելի են և կարող են կարգավորվել շատ ցածրից մինչև շատ բարձր ամպլիտուդներով: The ամպլիտուդը մեկն է այն հիմնական գործոններից, որոնք ազդում են ազդեցությունը եւ destructiveness sonication գործընթացների. Hielscher ուլտրաձայնային’ Ուլտրաձայնային պրոցեսորները մատուցում են ամպլիտուդների շատ լայն սպեկտր՝ ընդգրկելով շատ մեղմ և փափուկից մինչև շատ ինտենսիվ և կործանարար կիրառությունների շրջանակը: Ընտրելով ճիշտ ամպլիտուդային պարամետրը, ուժեղացուցիչը և sonotrode-ը թույլ է տալիս սահմանել անհրաժեշտ ուլտրաձայնային ազդեցությունը ձեր կոնկրետ գործընթացի համար: Hielscher-ի հատուկ հոսքային բջջային ռեակտորի ներդիր MPC48 – MultiPhaseCavitator (տե՛ս նկարը ձախ) – թույլ է տալիս ներարկել երկրորդ փուլը 48 կանուլայի միջոցով որպես բարակ լարում կավիտացիոն թեժ կետ, որտեղ բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային ալիքները ցրում են երկու փուլերը միատարր խառնուրդի մեջ: MultiPhaseCavitator-ը իդեալական է բյուրեղների ցանման կետերը սկսելու և պերովսկիտային նանոբյուրեղների տեղումների արձագանքը վերահսկելու համար:
Hielscher արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել անսովոր բարձր ամպլիտուդներ: Մինչև 200 մկմ ամպլիտուդները հեշտությամբ կարող են շարունակաբար աշխատել 24/7 աշխատանքի ընթացքում: Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար մատչելի են հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ: Hielscher-ի ուլտրաձայնային սարքավորումների ամրությունը թույլ է տալիս 24/7 աշխատել ծանր պարտականությունների ժամանակ և պահանջկոտ միջավայրերում:
Մեր հաճախորդները գոհ են Hielscher Ultrasonic-ի համակարգերի ակնառու ամրությունից և հուսալիությունից: Ծանր կիրառման ոլորտներում տեղադրումը, պահանջկոտ միջավայրերում և 24/7 շահագործման ընթացքում ապահովում են արդյունավետ և խնայող մշակում: Ուլտրաձայնային պրոցեսի ինտենսիվացումը նվազեցնում է մշակման ժամանակը և հասնում է ավելի լավ արդյունքների, այսինքն՝ ավելի բարձր որակ, ավելի բարձր եկամտաբերություն, նորարարական արտադրանք:
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 0.5-ից 1.5մլ | ԱԺ | VialTweeter |
| 1-ից 500 մլ | 10-ից 200 մլ / րոպե | UP100H |
| 10-ից 2000 մլ | 20-ից 400 մլ / րոպե | UP200Ht, UP400 Փ |
| 0.1-ից 20լ | 0.2-ից 4լ/րոպե | UIP2000hdT |
| 10-ից 100 լ | 2-ից 10 լ / րոպե | UIP4000hdT |
| ԱԺ | 10-ից 100 լ / րոպե | UIP16000 |
| ԱԺ | ավելի մեծ | կլաստերի UIP16000 |
Կապ մեզ հետ: / Հարցրեք մեզ:
Բարձր հզորության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ լաբորատորիա դեպի օդաչու և արդյունաբերական մասշտաբով.
Գրականություն/Հղումներ
- 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.
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
պերովսկիտ
Պերովսկիտը տերմին է, որը նկարագրում է Պերովսկիտ հանքանյութը (նաև հայտնի է որպես կալցիումի տիտանի օքսիդ կամ կալցիումի տիտանատ, քիմիական բանաձև CaTiO3) ինչպես նաև կոնկրետ նյութական կառուցվածք: Համաձայն նույն անվանման՝ Պերովսկիտ հանքանյութն առանձնանում է պերովսկիտի կառուցվածքով։
Պերովսկիտի միացությունները կարող են հայտնվել խորանարդ, քառանկյուն կամ օրթորոմբիկ կառուցվածքով և ունեն ABX քիմիական բանաձև3. A-ն և B-ն կատիոններ են, մինչդեռ X-ը ներկայացնում է անիոն, որը կապվում է երկուսի հետ: Պերովսկիտային միացություններում A կատիոնը զգալիորեն ավելի մեծ է, քան B կատիոնը։ Պերովսկիտի կառուցվածքով այլ հանքանյութեր են Լոպարիտը և Բրիջմանիտը:
Պերովսկիտներն ունեն յուրահատուկ բյուրեղային կառուցվածք և այս կառուցվածքում կարելի է համատեղել տարբեր քիմիական տարրեր։ Հատուկ բյուրեղային կառուցվածքի շնորհիվ պերովսկիտի մոլեկուլները կարող են դրսևորել տարբեր արժեքավոր հատկություններ, ինչպիսիք են գերհաղորդականությունը, շատ բարձր մագնիսական դիմադրությունը և/կամ ֆերոէլեկտրականությունը, որոնք այդ միացությունները դարձնում են շատ հետաքրքիր արդյունաբերական կիրառությունների համար: Ավելին, մեծ թվով տարբեր տարրեր կարող են միավորվել միասին՝ ձևավորելով պերովսկիտային կառուցվածքներ, ինչը հնարավորություն է տալիս միավորել, փոփոխել և ուժեղացնել որոշակի նյութական բնութագրերը: Հետազոտողները, գիտնականները և գործընթացների մշակողները օգտագործում են այդ տարբերակները՝ ընտրովի ձևավորելու և օպտիմալացնելու պերովսկիտի ֆիզիկական, օպտիկական և էլեկտրական բնութագրերը:
Նրանց օպտոէլեկտրոնային հատկությունները հիբրիդային պերովսկիտներին դարձնում են իդեալական թեկնածուներ արևային բջիջների կիրառման համար, իսկ պերովսկիտային արևային բջիջները խոստումնալից տեխնոլոգիա են, որը կարող է օգնել մեծ քանակությամբ մաքուր, շրջակա միջավայրի համար անվտանգ էներգիա արտադրելուն:
Գրականության մեջ հաղորդված միաբյուրեղային պերովսկիտի օպտոէլեկտրոնային կրիտիկական պարամետրերը.
τs = 28 ns τb = 300 ns PL
1,3–4,3 մկմ3 × 1010MAPbI31,51 էՎ 820 նմ67,2 (SCLC)
τs = 18 ns τբ = 570 ns PL
1,8–10,0 մկմ 1,4 × 1010MAPbI3850 նմ164 ± 25 Անցքի շարժունակություն (SCLC) 105 Հորերի շարժունակություն (Դահլիճ) 24 ± 6.8 էլեկտրոն SCLC
82 ± 5 µs TPV 95 ± 8 µs դիմադրողականության սպեկտրոսկոպիա (IS) 9 × 109 p175 ± 25 մկմ3,6 × 1010 34,5 × 10 անցքի համար10 electronMAPbI-ի համար31,53 eV 784 nm34 Hall
8,8 × 1011 էջ
1,8 × 109 4,8 × 10 անցքի համար10 electronMAPbBr-ի համար31,53 eV 784 nm34 Hall
8,8 × 1011 էջ
1,8 × 109 4,8 × 10 անցքի համար10 electronMAPbBr-ի համար32,24 eV 537 nm4,36 Դահլիճ
3,87 × 1012 էջ
2.6 × 1010 1.1 × 10 անցքի համար11 electronMAPbCl-ի համար32,24 eV 537 nm4,36 Դահլիճ
3,87 × 1012 էջ
2.6 × 1010 1.1 × 10 անցքի համար11 electronMAPbCl-ի համար32,97 eV 402 nm179 Դահլիճ
5.1 × 109 Ն
MAPbCl32,88 էՎ 440 նմ42 ± 9 (SCLC) 2,7 × 10-8τs = 83 ns τբ = 662 ns PL4.0 × 109 p3.0–8.5 մկմ3.1 × 1010FAPbI31,49 eV 870 nm40 ± 5 Անցքի շարժունակություն SCLC1,8 × 10-8
2.8 × 109
1,34 × 1010
| Նյութեր | Գոտու բացը կամ կլանման սկիզբը | Շարժունակություն [սմ2 Վ-1 ս-1] | Հաղորդականություն [Ω-1 սմ-1] | Կրիչի ժամկետը և մեթոդը | Կրիչի կոնցենտրացիան և տեսակը [սմ-3] (n կամ p) | Դիֆուզիայի երկարությունը | Թակարդի խտությունը [սմ-3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MAPbBr3 | 2,21 էՎ 570 նմ | 115 (TOF) 20–60 (Դահլիճ) 38 (SCLC) | τs = 41 ns τբ = 457 ns (PL) | 5 × 109 մինչև 5 × 1010 էջ | 3–17 մկմ | 5,8 × 109 |