Sintesis perovskite oleh Ultrasonication
Reaksi yang diinduksi dan ditingkatkan secara ultrasonik menawarkan metode sintesis yang dapat dikontrol secara tepat dan serbaguna untuk produksi bahan yang diaktifkan cahaya, yang seringkali tidak bisa disiapkan dengan teknik konvensional.
Kristalisasi ultrasonik dan pengendapan kristal perovskit adalah teknik yang sangat efektif dan ekonomis, yang memungkinkan untuk menghasilkan nanocrystals perovskit pada skala industri untuk produksi massal.
Ultrasonic sintesis Nanocrystals Perovskite
Organik-anorganik timbal Halida perovskites menunjukkan sifat Optoelektronik yang luar biasa seperti penyerapan cahaya tinggi, panjang pembawa yang sangat lama, panjang difusi pembawa, dan mobilitas pembawa tinggi, yang membuat senyawa perovskit menjadi bahan fungsional yang unggul untuk aplikasi kinerja tinggi di panel surya, LED, Photodetector, laser, dll.
Ultrasonication adalah salah satu metode fisik untuk mempercepat berbagai reaksi organik. Proses kristalisasi dipengaruhi dan dikendalikan oleh perlakuan ultrasonik, menghasilkan sifat ukuran terkontrol dari nanopartikel tunggal-kristal perovskit.
TEM gambar untuk CH3NH3Oleh PbBr3 QDs (a) dengan dan (b) tanpa perawatan ultrasonik.
UIP2000hdT dengan reaktor sel aliran pressurizable
Studi kasus Ultrasonic Perovskite sintesis
Penelitian telah dilakukan manifold jenis pertumbuhan kristal perovskit ultrasonically dibantu. Secara umum, kristal perovskit disiapkan dengan metode pertumbuhan cairan. Dalam rangka untuk diendapkan kristal perovskit, kelarutan sampel target perlahan-lahan dan dikendalikan dikurangi dalam larutan prekursor. Ultrasonik curah hujan Nano kristal perovskit terutama didasarkan pada quenching antipelarut.
Ultrasonik kristalisasi dari Nanocrystals Perovskite
Jang et al. (2016) melaporkan sintesis ultrasonically membantu sukses dari timbal Halida perovskit nanocrystals. Menggunakan ultrasound, APbX3 nanocrystals perovskit dengan berbagai komposisi, di mana a = ch3NH3, CS, atau HN = CHNH3 (formamidinium), dan X = CL, br, atau I, yang diendapi. Ultrasonication mempercepat proses pelarutan prekursor (AX dan PbX2) di toluena, dan tingkat pembubaran menentukan tingkat pertumbuhan nanocrystals. Selanjutnya, tim peneliti mengarang Photodetector sensitivitas tinggi dengan homogenously spin coating ukuran seragam nanocrystals pada area besar Substrat silikon oksida.
Distribusi ukuran partikel CH3NH3PbBr3 (a) dengan dan (b) tanpa perlakuan ultrasonik.
Chen et al. 2017
Ultrasonik yang asimetris kristalisasi dari Perovskite
Peng et al. (2016) mengembangkan metoda pertumbuhan baru berdasarkan kavitasi asimetris yang dipicu (CTAC), yang mempromosikan nukksasi heterogen dengan menyediakan energi yang cukup untuk mengatasi penghalang nuklisasi. Secara singkat, mereka memperkenalkan denyut ultrasonik yang sangat singkat (≈ 1sec) ke larutan ketika mencapai tingkat supersaturasi rendah dengan difusi uap antipelarut. Pulsa ultrasonik diperkenalkan pada tingkat supersaturasi tinggi, di mana kavitasi memicu peristiwa nukpennya yang berlebihan dan oleh karena itu pertumbuhan dari kebanyakan kristal kecil. Promisingly, MAPbBr3 film monocrystalline tumbuh di permukaan berbagai substrat dalam beberapa jam dari pengobatan ultrasonication siklik.
Ultrasonic sintesis Perovskite Quantum dots
Chen et al. (2017) hadir dalam penelitian mereka bekerja metode yang efisien untuk menyiapkan titik kuantum perovskit (Qds) di bawah iradiasi ultrasonik. Ultrasonication digunakan sebagai metode mekanis untuk mempercepat pengendapan titik kuantum perovskit. Proses kristalisasi titik kuantum perovskit diintensifkan dan dikendalikan oleh perlakuan ultrasonik, menghasilkan ukuran yang disesuaikan secara tepat dari nanocrystals. Analisis struktur, ukuran partikel dan morfologi titik kuantum perovskit menunjukkan bahwa kristalisasi ultrasonik memberikan ukuran partikel yang lebih kecil dan distribusi ukuran partikel yang lebih seragam. Menggunakan sintesis ultrasonik (= sonochemical), itu juga mungkin untuk menghasilkan titik kuantum perovskit dengan komposisi kimia yang berbeda. Mereka komposisi yang berbeda dalam kristal perovskit diperbolehkan untuk tidak dapat emisi puncak dan tepi adsorpsi dari ch3NH3Pbx3 (X = CL, br dan I), yang mengarah ke gamut warna yang sangat luas.
Dispersi Ultrasonik
Ultrasonication suspensi partikel nano dan tinta adalah teknik yang dapat diandalkan untuk membubarkan mereka secara homogen sebelum menerapkan suspensi Nano pada substrat seperti grid atau elektrode. (rujuk Belchi et al. 2019; Pichler et al. 2018)
Dispersi ultrasonik dengan mudah menangani konsentrasi padat tinggi (misalnya pasta) dan mendistribusikan partikel nano ke partikel tunggal yang tersebar sehingga suspensi seragam diproduksi. Hal ini menjamin bahwa dalam aplikasi berikutnya, ketika substrat dilapisi, tidak menggumpal seperti agglomerates mengganggu kinerja lapisan.
Dispersi ultrasonik menyiapkan suspensi berukuran nano seragam: kurva hijau – sebelum sonikasi/kurva merah setelah sonikasi
Ultrasonic prosesor untuk Perovskite presipitasi
Hielscher Ultrasonics merancang dan memproduksi sistem ultrasonik berkinerja tinggi untuk sintesis sonokimia dari kristal perovskit berkualitas tinggi. Sebagai pemimpin pasar dan dengan pengalaman lama dalam pengolahan ultrasonik, Hielscher Ultrasonics membantu pelanggannya dari tes kelayakan pertama untuk memproses optimasi untuk instalasi akhir prosesor ultrasonik industri untuk produksi skala besar. Menawarkan portofolio lengkap dari laboratorium dan Bench-Top ultrasonicators hingga prosesor ultrasonik industri, Hielscher dapat merekomendasikan Anda perangkat yang ideal untuk proses nanocrystal Anda.
Semua ultrasonicators Hielscher justru dikontrol dan dapat disetel dari sangat rendah ke amplitudo sangat tinggi. Amplitudo adalah salah satu faktor utama yang mempengaruhi dampak dan destrucaktifan proses sonikasi. Hielscher Ultrasonics’ ultrasonik prosesor memberikan spektrum yang sangat luas amplitudo yang meliputi berbagai sangat ringan dan lembut untuk aplikasi yang sangat intens dan destruktif. Memilih pengaturan amplitudo yang tepat, booster dan sonotrode memungkinkan untuk mengatur dampak ultrasonik yang diperlukan untuk proses spesifik Anda. Aliran sel khusus Hielscher memasukkan MPC48 – MultiPhaseCavitator (lihat pic. kiri) – memungkinkan untuk menyuntikkan fase kedua melalui 48 cannulas sebagai strain tipis ke dalam cavitational Hot-Spot, di mana gelombang ultrasound kinerja tinggi membubarkan dua fase ke dalam campuran homogen. Multiphasecavitator sangat ideal untuk memulai titik penyemaian kristal dan untuk mengontrol reaksi curah hujan nanocrystals perovskit.
Hielscher prosesor ultrasonik industri dapat memberikan amplitudo yang luar biasa tinggi. Amplitudo hingga 200 μm dapat dengan mudah terus berjalan di 24/7 operasi. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrodes ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Kekokohan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan untuk 24/7 operasi pada tugas berat dan dalam lingkungan menuntut.
Pelanggan kami puas dengan ketangguhan yang luar biasa dan keandalan sistem Hielscher Ultrasonic. Instalasi di bidang aplikasi Heavy-Duty, menuntut lingkungan dan operasi 24/7 memastikan pemrosesan yang efisien dan ekonomis. Proses intensifikasi ultrasonik mengurangi waktu pemrosesan dan mencapai hasil yang lebih baik, yaitu kualitas yang lebih tinggi, produktivitas yang lebih tinggi, produk inovatif.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:
| Batch Volume | Flow Rate | Direkomendasikan perangkat |
|---|---|---|
| 0.5 untuk 1.5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 hingga 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
| 10-2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 hingga 20L | 0.2 sampai 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 sampai 100L | 2-10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 sampai 100L/menit | UIP16000 |
| n.a. | kristal yang lebbig | cluster UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanya Kami!
Homogenizers ultrasonik berdaya tinggi dari laboratorium hingga pilot dan skala industri.
Literatur / Referensi
- 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.
Fakta-fakta yang Patut Diketahui
Perovskit
Perovskite adalah istilah yang menggambarkan mineral Perovskite (juga dikenal sebagai kalsium Titanium oxide atau titanate kalsium, rumus kimia CaTiO3) serta struktur material tertentu. Sesuai dengan nama yang sama, mineral perovskit menampilkan struktur perovskit.
Senyawa perovskite dapat terjadi dalam struktur kubik, tetragonal atau ortorombik dan memiliki rumus kimia ABX3. A dan B adalah kation, sementara X mewakili sebuah anion, yang Obligasi untuk keduanya. Dalam senyawa perovskit, kation secara signifikan lebih besar daripada kation B. Mineral lain dengan struktur perovskit adalah loparite dan bridgmanite.
Perovskites memiliki struktur kristal yang unik dan dalam struktur ini berbagai elemen kimia dapat digabungkan. Karena struktur kristal khusus, molekul perovskit dapat menunjukkan berbagai sifat berharga, seperti superkonduktivitas, magnetoresistance sangat tinggi, dan/atau ferroelectricity, yang membuat senyawa tersebut sangat menarik untuk aplikasi industri. Selanjutnya, sejumlah besar elemen yang berbeda dapat digabungkan bersama-sama untuk membentuk struktur perovskit, yang memungkinkan untuk menggabungkan, memodifikasi dan mengintensifkan karakteristik material tertentu. Para peneliti, ilmuwan dan pengembang proses menggunakan pilihan tersebut untuk selektif desain dan mengoptimalkan perovskit karakteristik fisik, optik dan listrik.
Properti Optoelektronik mereka membuat perovskites hibrida kandidat ideal untuk aplikasi sel surya dan sel surya perovskit adalah teknologi yang menjanjikan, yang mungkin membantu untuk menghasilkan sejumlah besar bersih, energi ramah lingkungan.
Parameter kritis Optoelektronik dari perovskit kristal tunggal dilaporkan dalam literatur:
τs = 28 NS τb = 300 NS PL
1.3 – 4.3 μm3 × 1010Suku MAPbI31,51 eV 820 Nm 67.2 (SCLC)
τs = 18 NS τB = 570 NS PL
1.8-10.0 μm 1.4 × 1010Suku MAPbI3850 nm164 ± 25 Hole Mobility (SCLC) 105 mobilitas lubang (Hall) 24 ± 6,8 elektron SCLC
82 ± 5 μs TPV 95 ± 8 μs impedansi spektroskopi (IS) 9 × 109 p175 ± 25 μm 3,6 × 1010 untuk lubang 34,5 × 1010 untuk electronMAPbI31,53 eV 784 aula nm34
8,8 × 1011 P
1,8 × 109 untuk lubang 4,8 × 1010 untuk electronMAPbBr31,53 eV 784 aula nm34
8,8 × 1011 P
1,8 × 109 untuk lubang 4,8 × 1010 untuk electronMAPbBr32,24 eV 537 Nm 4,36 aula
3,87 × 1012 P
2,6 × 1010 untuk lubang 1,1 × 1011 untuk electronMAPbCl32,24 eV 537 Nm 4,36 aula
3,87 × 1012 P
2,6 × 1010 untuk lubang 1,1 × 1011 untuk electronMAPbCl32,97 eV 402 aula nm179
5,1 × 109 n
Suku MAPbCl32,88 eV 440 nm42 ± 9 (SCLC) 2.7 × 10-8τs = 83 NS τB = 662 NS PL 4.0 × 109 p 3.0 – 8.5 μm 3.1 × 1010FAPbI,31,49 eV 870 nm40 ± 5 lubang mobilitas SCLC 1.8 × 10-8
2,8 × 109
1,34 × 1010
| Bahan | Kesenjangan band atau onset penyerapan | Mobilitas [cm2 V-1 S-1] | Konduktansi [Ω-1 Cm-1] | Seumur hidup dan metode Carrier | Konsentrasi dan jenis pembawa [cm-3] (n atau p) | Panjang difusi | Perangkap kepadatan [cm-3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Suku MAPbBr3 | 2,21 eV 570 Nm | 115 (TOF) 20 – 60 (aula) 38 (SCLC) | τs = 41 NS τB = 457 NS (PL) | 5 × 109 hingga 5 × 1010 P | 3 – 17 μm | 5,8 × 109 |