超音波処理によるペロブスカイト合成

超音波で誘導され、強化された反応は、従来の技術では調製できないことが多い光活性化材料を製造するための、容易で正確に制御可能かつ汎用性の高い合成方法を提供する。
ペロブスカイト結晶の超音波結晶化および沈殿は、非常に効果的で経済的な技術であり、大量生産のために工業規模でペロブスカイトナノ結晶を製造することを可能にする。

ペロブスカイトナノ結晶の超音波合成

有機-無機ハロゲン化鉛ペロブスカイトは、高い光吸収性、非常に長いキャリア寿命、キャリア拡散長、高いキャリア移動度などの優れた光電子特性を示すため、ペロブスカイト化合物は、ソーラーパネル、LED、光検出器、レーザーなどの高性能アプリケーション向けの優れた機能材料となっています。
超音波処理は、さまざまな有機反応を加速するための物理的方法の1つです。結晶化プロセスは超音波処理の影響を受け、制御され、その結果、単結晶性ペロブスカイトナノ粒子のサイズ特性が制御可能になります。

CHのTEMイメージ₃nHの₃PbBrの₃ QD(a)および(b)超音波処理なし。

超音波ペロブスカイト合成のケーススタディ

研究は、超音波支援ペロブスカイト結晶成長の多様体タイプを実施してきました。一般に、ペロブスカイト結晶は液体成長法で調製されます。ペロブスカイト結晶を沈殿させるために、標的試料の溶解度を前駆体溶液中でゆっくりと制御して還元します。ペロブスカイトナノ結晶の超音波沈殿は、主に抗溶媒消光に基づいています。

ペロブスカイトナノ結晶の超音波結晶化

(2016)は、ハロゲン化鉛ペロブスカイトナノ結晶の成功した超音波支援合成を報告しています。超音波を使用して、APbX₃ 広範囲の組成を有するペロブスカイトナノ結晶(A = CH₃nHの₃、Cs、または HN=CHNH₃ (ホルムアミジニウム)、およびX = Cl、Br、またはIを沈殿させた。超音波処理は、前駆体(AXおよびPbX)の溶解プロセスを加速します。₂)をトルエンに溶解させ、溶解速度がナノ結晶の成長速度を決定します。その後、研究チームは、大面積の酸化ケイ素基板上に均一なサイズのナノ結晶を均一にスピンコーティングすることにより、高感度光検出器を作製しました。

CHの粒度分布3NH3PbBr3 (a)超音波処理ありと(b)超音波処理なし。
Chen et al. 2017

ペロブスカイトの超音波非対称結晶化

Peng et al. (2016) は、キャビテーショントリガー非対称結晶化 (CTAC) に基づく新しい成長法を開発しました。これは、核形成障壁を克服するのに十分なエネルギーを提供することで不均一核生成を促進します。簡単に言うと、彼らは、抗溶媒蒸気拡散により低い過飽和レベルに達したときに、非常に短い超音波パルス(≈ 1秒)を溶液に導入しました。超音波パルスは高い過飽和レベルで導入され、キャビテーションが過剰な核生成イベントを引き起こし、その結果、大量の小さな結晶が成長します。有望なことに、MAPbBr₃ 単結晶フィルムは、周期的超音波処理から数時間以内に様々な基質の表面上に成長した。

ペロブスカイト量子ドットの超音波合成

Chen et al. (2017) は、超音波照射下でペロブスカイト量子ドット (QD) を効率的に調製する方法を研究で発表しています。超音波処理は、ペロブスカイト量子ドットの沈殿を促進するための機械的方法として使用されます。ペロブスカイト量子ドットの結晶化プロセスは、超音波処理によって強化および制御され、その結果、ナノ結晶のサイズが正確に調整されます。ペロブスカイト量子ドットの構造、粒子サイズ、および形態の分析は、超音波結晶化がより小さな粒子サイズとより均一な粒子サイズ分布を与えることを示しました。超音波(=ソノケミカル)合成を用いて、異なる化学組成のペロブスカイト量子ドットを作製することも可能であった。ペロブスカイト結晶のこれらの異なる組成は、CHの発光ピークと吸着エッジを不可能にすることを可能にしました₃nHの₃PbXの₃ (X = Cl、Br、I)であるため、非常に広い色域が得られました。

超音波分散液

ナノ粒子懸濁液およびインクの超音波処理は、グリッドまたは電極などの基板上にナノ懸濁液を塗布する前にそれらを均一に分散させるための信頼性の高い技術である。(参照:Belchi et al. 2019;Pichler et al. 2018)
超音波分散液は、高濃度の固体(ペーストなど)を容易に処理し、ナノ粒子を単一分散粒子に分配して均一な懸濁液を生成する。これにより、その後のアプリケーションで、基板がコーティングされたときに、凝集物などの凝集がコーティングの性能を損なうことがないことが保証されます。

超音波分散液は均一なナノサイズの懸濁液を調製します:緑色の曲線 – 超音波処理前 / 超音波処理後の赤い曲線

ペロブスカイト沈殿のための超音波プロセッサ

ヒールシャー超音波は、高品質のペロブスカイト結晶の音響化学的合成のための高性能超音波システムを設計および製造しています。マーケットリーダーとして、超音波処理の長年の経験を持つ、ヒールシャー超音波は、大規模生産のための工業用超音波プロセッサの最終的なインストールに、プロセスの最適化に最初の実現可能性テストから顧客を支援します。実験室およびベンチトップ超音波装置から工業用超音波プロセッサまでの完全なポートフォリオを提供し、ヒールシャーはあなたにあなたのナノ結晶プロセスのための理想的な装置を推薦することができます。
すべてのヒールシャー超音波装置は正確に制御可能であり、非常に低い振幅から非常に高い振幅まで調整することができます。振幅は、超音波処理プロセスの影響と破壊性に影響を与える主な要因の1つです。ヒールシャー超音波’ 超音波プロセッサは、非常に穏やかで柔らかいものから非常に激しく破壊的なアプリケーションまで、非常に幅広い振幅を提供します。適切な振幅設定、ブースター、ソノトロードを選択することで、特定のプロセスに必要な超音波衝撃を設定することができます。ヒールシャーの特殊フローセルリアクターインサートMPC48 – マルチフェーズキャビテーター(左の写真を参照) – 48本のカニューレを介してキャビテーションホットスポットに薄いひずみとして第2フェーズを注入し、高性能超音波が2つのフェーズを均質な混合物に分散させることができます。MultiPhaseCavitatorは、結晶シーディングポイントを開始し、ペロブスカイトナノ結晶の沈殿反応を制御するのに理想的です。
ヒールシャー工業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅を提供することができます。最大200μmの振幅は、24/7操作で簡単に連続運転できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソノトロードが利用可能です。ヒールシャーの超音波装置の堅牢性は、ヘビーデューティと要求の厳しい環境での24 / 7操作を可能にします。
お客様は、ヒールシャー超音波のシステムの優れた堅牢性と信頼性に満足しています。ヘビーデューティアプリケーション、要求の厳しい環境、24/7操作の分野での設置により、効率的で経済的な処理が保証されます。超音波プロセス強化は、処理時間を短縮し、より良い結果、すなわち高品質、高収率、革新的な製品を達成します。
以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。