პეროვსკიტის სინთეზი ულტრაბგერითი გამოკვლევით
ულტრაბგერითი ინდუცირებული და გაძლიერებული რეაქციები გვთავაზობს მარტივ, ზუსტად კონტროლირებად და მრავალმხრივ სინთეზის მეთოდს სინათლის გააქტიურებული მასალების წარმოებისთვის, რომლებიც ხშირად ვერ მზადდება ჩვეულებრივი ტექნიკით.
პეროვსკიტის კრისტალების ულტრაბგერითი კრისტალიზაცია და დალექვა არის უაღრესად ეფექტური და ეკონომიური ტექნიკა, რომელიც იძლევა პეროვსკიტის ნანოკრისტალების წარმოებას სამრეწველო მასშტაბით მასობრივი წარმოებისთვის.
პეროვსკიტის ნანოკრისტალების ულტრაბგერითი სინთეზი
ორგანულ-არაორგანული ტყვიის ჰალოგენური პეროვსკიტები ავლენენ განსაკუთრებულ ოპტოელექტრონულ თვისებებს, როგორიცაა მაღალი სინათლის შთანთქმა, ძალიან გრძელი გადამზიდის სიცოცხლე, მატარებლის დიფუზიის სიგრძე და მაღალი მატარებლის მობილურობა, რაც პეროვსკიტის ნაერთებს აქცევს უმაღლეს ფუნქციურ მასალად მზის პანელებში, LED-ებში მაღალი ხარისხის გამოყენებისთვის. , ფოტოდეტექტორები, ლაზერები და ა.შ.
ულტრაბგერითი არის ერთ-ერთი ფიზიკური მეთოდი სხვადასხვა ორგანული რეაქციების დასაჩქარებლად. კრისტალიზაციის პროცესზე გავლენას ახდენს და აკონტროლებს ულტრაბგერითი მკურნალობა, რის შედეგადაც ხდება ერთკრისტალური პეროვსკიტის ნანონაწილაკების კონტროლირებადი ზომის თვისებები.
TEM სურათები CH-სთვის3nH3PbBr3 QD (ა) ულტრაბგერითი დამუშავებით და (ბ) გარეშე.
UIP2000hdT ზეწოლის ქვეშ მყოფი ნაკადის უჯრედის რეაქტორით
ულტრაბგერითი პეროვსკიტის სინთეზის შემთხვევის შესწავლა
კვლევამ ჩაატარა ულტრაბგერითი დახმარებით პეროვსკიტის კრისტალური ზრდის მრავალი სახეობა. ზოგადად, პეროვსკიტის კრისტალები მზადდება თხევადი ზრდის მეთოდით. პეროვსკიტის კრისტალების დალექვის მიზნით, სამიზნე ნიმუშების ხსნადობა ნელა და კონტროლირებადი მცირდება წინამორბედ ხსნარში. პეროვსკიტის ნანო კრისტალების ულტრაბგერითი დალექვა ძირითადად ეფუძნება გამხსნელის ჩაქრობას.
პეროვსკიტის ნანოკრისტალების ულტრაბგერითი კრისტალიზაცია
ჯანგმა და სხვებმა. (2016) მოხსენება ტყვიის ჰალოგენური პეროვსკიტის ნანოკრისტალების წარმატებული ულტრაბგერითი დახმარებით სინთეზის შესახებ. ულტრაბგერის გამოყენებით, APbX3 პეროვსკიტის ნანოკრისტალები კომპოზიციების ფართო სპექტრით, სადაც A = CH3nH3, Cs, ან HN=CHNH3 (ფორმამიდინიუმი), და X = Cl, Br, ან I, იყო ნალექი. ულტრაბგერითი აჩქარებს წინამორბედების (AX და PbX) დაშლის პროცესს2) ტოლუოლში და დაშლის სიჩქარე განსაზღვრავს ნანოკრისტალების ზრდის ტემპს. შემდგომში, მკვლევარმა ჯგუფმა შექმნა მაღალი მგრძნობელობის ფოტოდეტექტორები ერთგვაროვანი ზომის ნანოკრისტალების ჰომოგენური დატრიალებით, დიდი ფართობის სილიციუმის ოქსიდის სუბსტრატებზე.
CH3NH3PbBr3 (ა) და (ბ) ულტრაბგერითი მკურნალობის გარეშე ნაწილაკების ზომის განაწილება.
ჩენი და სხვ. 2017 წელი
პეროვსკიტის ულტრაბგერითი ასიმეტრიული კრისტალიზაცია
პენგმა და სხვებმა. (2016) შეიმუშავა ზრდის ახალი მეთოდი, რომელიც ეფუძნება კავიტაციის გამომწვევ ასიმეტრიულ კრისტალიზაციას (CTAC), რომელიც ხელს უწყობს ჰეტეროგენულ ნუკლეაციას ბირთვული ბარიერის დასაძლევად საკმარისი ენერგიის მიწოდებით. მოკლედ, მათ შეიტანეს ძალიან მოკლე ულტრაბგერითი იმპულსები (≈ 1 წამი) ხსნარში, როდესაც იგი მიაღწია დაბალ სუპერგაჯერების დონეს ანტიგამხსნელი ორთქლის დიფუზიით. ულტრაბგერითი პულსი შემოდის მაღალი ზეგაჯერების დონეზე, სადაც კავიტაცია იწვევს გადაჭარბებულ ბირთვულ მოვლენებს და, შესაბამისად, პაწაწინა კრისტალების სიმრავლის ზრდას. იმედია, MAPbBr3 მონოკრისტალური ფილმები გაიზარდა სხვადასხვა სუბსტრატების ზედაპირზე ციკლური ულტრაბგერითი დამუშავებიდან რამდენიმე საათში.
პეროვსკიტის კვანტური წერტილების ულტრაბგერითი სინთეზი
ჩენი და სხვ. (2017) თავიანთ კვლევით სამუშაოებში წარმოადგინეს ეფექტური მეთოდი პეროვსკიტის კვანტური წერტილების (QDs) მოსამზადებლად ულტრაბგერითი დასხივების ქვეშ. ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება როგორც მექანიკური მეთოდი, რათა დააჩქაროს პეროვსკიტის კვანტური წერტილების ნალექი. პეროვსკიტის კვანტური წერტილების კრისტალიზაციის პროცესი გაძლიერებულია და კონტროლდება ულტრაბგერითი დამუშავებით, რის შედეგადაც ხდება ნანოკრისტალების ზუსტად მორგებული ზომა. პეროვსკიტის კვანტური წერტილების სტრუქტურის, ნაწილაკების ზომისა და მორფოლოგიის ანალიზმა აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი კრისტალიზაცია იძლევა უფრო მცირე ზომის ნაწილაკებს და ნაწილაკების ზომის უფრო ერთგვაროვან განაწილებას. ულტრაბგერითი (= სონოქიმიური) სინთეზის გამოყენებით, ასევე შესაძლებელი იყო პეროვსკიტის კვანტური წერტილების წარმოება სხვადასხვა ქიმიური შემადგენლობით. პეროვსკიტის კრისტალებში ეს განსხვავებული კომპოზიციები საშუალებას აძლევდა CH-ის ემისიის მწვერვალებს და ადსორბციულ კიდეებს.3nH3PbX3 (X = Cl, Br და I), რამაც გამოიწვია ფერების უკიდურესად ფართო გამა.
ულტრაბგერითი დისპერსია
ნანო ნაწილაკების სუსპენზიების და მელნის ულტრაბგერითი დამუშავება საიმედო ტექნიკაა მათი ერთგვაროვნების დასაშლელად, სანამ ნანო-სუსპენზიას გამოიყენებთ სუბსტრატებზე, როგორიცაა ბადეები ან ელექტროდები. (შდრ. Belchi et al. 2019; Pichler et al. 2018)
ულტრაბგერითი დისპერსია ადვილად უმკლავდება მაღალ მყარ კონცენტრაციებს (მაგ. პასტები) და ანაწილებს ნანონაწილაკებს ერთ დისპერსიულ ნაწილაკებად ისე, რომ წარმოიქმნება ერთიანი სუსპენზია. ეს იძლევა გარანტიას, რომ შემდგომი გამოყენებისას, როდესაც სუბსტრატი დაფარულია, არცერთი დაგროვება, როგორიცაა აგლომერატები, არღვევს საფარის მუშაობას.
ულტრაბგერითი დისპერსია ამზადებს ერთგვაროვან ნანო ზომის სუსპენზიებს: მწვანე მრუდი – sonication-მდე / წითელი მრუდი გაჟონვის შემდეგ
პეროვსკიტის ნალექის ულტრაბგერითი პროცესორები
Hielscher Ultrasonics შეიმუშავებს და აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი სისტემებს მაღალი ხარისხის პეროვსკიტის კრისტალების სონოქიმიური სინთეზისთვის. როგორც ბაზრის ლიდერი და ულტრაბგერითი დამუშავების დიდი ხნის გამოცდილებით, Hielscher Ultrasonics ეხმარება თავის მომხმარებლებს პირველი ტექნიკურ-ეკონომიკური ტესტიდან პროცესის ოპტიმიზაციამდე სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორების საბოლოო ინსტალაციამდე ფართომასშტაბიანი წარმოებისთვის. გვთავაზობს სრულ პორტფოლიოს ლაბორატორიიდან და ულტრაბგერითი აპარატებიდან სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორებით დამთავრებული, Hielscher-ს შეუძლია შემოგთავაზოთ იდეალური მოწყობილობა თქვენი ნანოკრისტალური პროცესისთვის.
Hielscher-ის ყველა ულტრაბგერითი ზუსტად კონტროლირებადია და მათი რეგულირება შესაძლებელია ძალიან დაბალიდან ძალიან მაღალ ამპლიტუდამდე. ამპლიტუდა არის ერთ-ერთი მთავარი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს ზემოქმედებასა და დესტრუქციულობაზე ხმოვანი პროცესები. Hielscher ულტრაბგერითი’ ულტრაბგერითი პროცესორები აწვდიან ამპლიტუდების ძალიან ფართო სპექტრს, რომელიც მოიცავს ძალიან რბილი და რბილიდან ძალიან ინტენსიურ და დესტრუქციულ აპლიკაციების დიაპაზონს. სწორი ამპლიტუდის პარამეტრის, გამაძლიერებლისა და სონოტროდის არჩევა საშუალებას გაძლევთ დააყენოთ საჭირო ულტრაბგერითი გავლენა თქვენი კონკრეტული პროცესისთვის. Hielscher-ის სპეციალური ნაკადის უჯრედის რეაქტორის ჩანართი MPC48 – MultiPhaseCavitator (იხილეთ სურათი მარცხნივ) – საშუალებას იძლევა მეორე ფაზის შეყვანა 48 კანულის მეშვეობით თხელი დაძაბულობის სახით კავიტაციური ცხელ წერტილში, სადაც მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ტალღები ორ ფაზას ერთგვაროვან ნარევში ფანტავს. MultiPhaseCavitator იდეალურია კრისტალების დათესვის წერტილების დასაწყებად და პეროვსკიტის ნანოკრისტალების ნალექის რეაქციის გასაკონტროლებლად.
Hielscher სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორებს შეუძლიათ წარმოუდგენლად მაღალი ამპლიტუდის მიწოდება. 200 μm-მდე ამპლიტუდა შეიძლება ადვილად იყოს გაშვებული 24/7 მუშაობისას. კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია მორგებული ულტრაბგერითი სონოტროდები. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის გამძლეობა იძლევა 24/7 მუშაობის საშუალებას მძიმე მოვალეობასა და მომთხოვნ გარემოში.
ჩვენი მომხმარებლები კმაყოფილნი არიან Hielscher Ultrasonic-ის სისტემების გამორჩეული გამძლეობითა და საიმედოობით. ინსტალაცია მძიმე დატვირთვის გამოყენების სფეროებში, მომთხოვნი გარემოში და 24/7 მუშაობა უზრუნველყოფს ეფექტურ და ეკონომიურ დამუშავებას. ულტრაბგერითი პროცესის ინტენსიფიკაცია ამცირებს დამუშავების დროს და აღწევს უკეთეს შედეგებს, ანუ მაღალ ხარისხს, მაღალ მოსავალს, ინოვაციურ პროდუქტებს.
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:
| სურათების მოცულობა | Დინების სიჩქარე | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 0.5-დან 1.5მლ-მდე | na | VialTweeter |
| 1-დან 500 მლ-მდე | 10-დან 200 მლ/წთ-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000 მლ-მდე | 20-დან 400 მლ/წთ-მდე | UP200Ht, UP400 ქ |
| 0.1-დან 20ლ-მდე | 0.2-დან 4ლ/წთ-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100 ლ-მდე | 2-დან 10ლ/წთ-მდე | UIP4000hdT |
| na | 10-დან 100ლ/წთ-მდე | UIP16000 |
| na | უფრო დიდი | კასეტური UIP16000 |
Დაგვიკავშირდით! / Გვკითხე ჩვენ!
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები ლაბორატორია რომ პილოტი და სამრეწველო მასშტაბი.
ლიტერატურა/ცნობარი
- 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.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
პეროვსკიტი
პეროვსკიტი არის ტერმინი, რომელიც აღწერს მინერალს პეროვსკიტს (ასევე ცნობილია როგორც კალციუმის ტიტანის ოქსიდი ან კალციუმის ტიტანატი, ქიმიური ფორმულა CaTiO3) ასევე კონკრეტული მასალის სტრუქტურა. ამავე სახელწოდების მიხედვით, მინერალი პეროვსკიტი ხასიათდება პეროვსკის სტრუქტურით.
პეროვსკიტის ნაერთები შეიძლება იყოს კუბური, ტეტრაგონალური ან ორთორმბული სტრუქტურით და აქვთ ქიმიური ფორმულა ABX.3. A და B არის კათიონები, ხოლო X წარმოადგენს ანიონს, რომელიც აკავშირებს ორივეს. პეროვსკიტის ნაერთებში A კატიონი მნიშვნელოვნად აღემატება B კატიონს. პეროვსკიტის სტრუქტურის სხვა მინერალებია ლოპარიტი და ბრიჯმანიტი.
პეროვსიტებს აქვთ უნიკალური კრისტალური სტრუქტურა და ამ სტრუქტურაში შესაძლებელია სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების გაერთიანება. სპეციალური კრისტალური სტრუქტურის გამო, პეროვსკიტის მოლეკულებს შეუძლიათ გამოავლინონ სხვადასხვა ღირებული თვისებები, როგორიცაა ზეგამტარობა, ძალიან მაღალი მაგნიტორეზისტენტობა და/ან ფეროელექტროობა, რაც ამ ნაერთებს უაღრესად საინტერესოს ხდის სამრეწველო გამოყენებისთვის. გარდა ამისა, დიდი რაოდენობით სხვადასხვა ელემენტები შეიძლება გაერთიანდეს ერთად პეროვსკიტის სტრუქტურების შესაქმნელად, რაც შესაძლებელს ხდის გარკვეული მატერიალური მახასიათებლების გაერთიანებას, შეცვლას და გაძლიერებას. მკვლევარები, მეცნიერები და პროცესის შემქმნელები იყენებენ ამ ვარიანტებს პეროვსკიტის ფიზიკური, ოპტიკური და ელექტრო მახასიათებლების შერჩევითი დიზაინისა და ოპტიმიზაციისთვის.
მათი ოპტოელექტრონული თვისებები ჰიბრიდულ პეროვსკიტებს აქცევს იდეალურ კანდიდატებად მზის უჯრედების გამოყენებისთვის, ხოლო პეროვსკიტის მზის უჯრედები პერსპექტიული ტექნოლოგიაა, რომელიც შეიძლება დაეხმაროს დიდი რაოდენობით სუფთა, ეკოლოგიურად სუფთა ენერგიის წარმოებას.
ლიტერატურაში მოხსენებული ერთკრისტალური პეროვსკიტის კრიტიკული ოპტოელექტრონული პარამეტრები:
τs = 28 ns τb = 300 ns PL
1.3–4.3 μm3 × 1010MAPbI31.51 eV 820 nm67.2 (SCLC)
τs = 18 ns τბ = 570 ns PL
1.8–10.0 μm1.4 × 1010MAPbI3850 ნმ164 ± 25 ხვრელის მობილურობა (SCLC) 105 ხვრელის მობილურობა (Hall) 24 ± 6.8 ელექტრონი SCLC
82 ± 5 μs TPV 95 ± 8 μs წინაღობის სპექტროსკოპია (IS) 9 × 109 p175 ± 25 μm3.6 × 1010 ხვრელისთვის 34.5 × 1010 electronMAPbI-სთვის31.53 eV 784 nm34 დარბაზი
8.8 × 1011 გვ
1.8 × 109 ხვრელისთვის 4.8 × 1010 ელექტრონMAPbBr-ისთვის31.53 eV 784 nm34 დარბაზი
8.8 × 1011 გვ
1.8 × 109 ხვრელისთვის 4.8 × 1010 ელექტრონMAPbBr-ისთვის32.24 eV 537 nm4.36 Hall
3.87 × 1012 გვ
2.6 × 1010 ხვრელისთვის 1.1 × 1011 ელექტრონMAPbCl-სთვის32.24 eV 537 nm4.36 Hall
3.87 × 1012 გვ
2.6 × 1010 ხვრელისთვის 1.1 × 1011 ელექტრონMAPbCl-სთვის32.97 eV 402 nm179 დარბაზი
5.1 × 109 ნ
MAPbCl32,88 ევ 440 ნმ42 ± 9 (SCLC) 2,7 × 10-8τs = 83 ns τბ = 662 ns PL4.0 × 109 p3.0–8.5 μm3.1 × 1010FAPbI31,49 eV 870 nm40 ± 5 ხვრელის მობილურობა SCLC1,8 × 10-8
2.8 × 109
1.34 × 1010
| მასალები | ზოლის უფსკრული ან შთანთქმის დაწყება | მობილურობა [სმ2 ვ-1 ს-1] | გამტარობა [Ω-1 სმ-1] | გადამზიდის სიცოცხლე და მეთოდი | მატარებლის კონცენტრაცია და ტიპი [სმ-3] (n ან p) | დიფუზიის სიგრძე | ხაფანგის სიმკვრივე [სმ-3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MAPbBr3 | 2.21 eV 570 ნმ | 115 (TOF) 20–60 (დარბაზი) 38 (SCLC) | τs = 41 ns τბ = 457 ns (PL) | 5 × 109 5 × 10-მდე10 გვ | 3-17 მკმ | 5.8 × 109 |