초음파에 의한 페로브스카이트 합성

초음파 유도 및 강화 반응은 기존 기술로는 준비할 수 없는 광 활성 물질의 생산을 위한 쉽고 정밀하게 제어 가능하며 다재다능한 합성 방법을 제공합니다.
페로브스카이트 결정의 초음파 결정화 및 침전은 매우 효과적이고 경제적인 기술로 대량 생산을 위해 산업 규모로 페로브스카이트 나노결정을 생산할 수 있습니다.

페로브스카이트 나노결정의 초음파 합성

유기-무기 할로겐화납 페로브스카이트는 높은 광 흡수율, 매우 긴 캐리어 수명, 캐리어 확산 길이, 높은 캐리어 이동성과 같은 탁월한 광전자 특성을 나타내기 때문에 페로브스카이트 화합물은 태양 전지판, LED, 광검출기, 레이저 등의 고성능 응용 분야를 위한 우수한 기능성 소재입니다.
초음파는 다양한 유기 반응을 가속화하는 물리적 방법 중 하나입니다. 결정화 과정은 초음파 처리에 의해 영향을 받고 제어되어 단결정 페로브스카이트 나노입자의 제어 가능한 크기 특성을 생성합니다.

CH용 TEM 이미지₃엔에이치₃PbBr (피비브르)₃ QD (a) 초음파 처리 및 (b) 초음파 처리가 없는 경우.

초음파 페로브스카이트 합성 사례 연구

연구는 다양한 유형의 초음파 보조 페로브스카이트 결정 성장을 수행했습니다. 일반적으로 페로브스카이트 결정은 액상성장법으로 제조된다. 페로브스카이트 결정을 침전시키기 위해, 표적 샘플의 용해도를 전구체 용액에서 천천히 조절하여 감소시킵니다. 페로브스카이트 나노 결정의 초음파 침전은 주로 반용매 담금질을 기반으로 합니다.

페로브스카이트 나노결정의 초음파 결정화

Jang et al. (2016)은 할로겐화납 페로브스카이트 나노결정의 성공적인 초음파 보조 합성을 보고합니다. 초음파를 사용하여 APbX₃ 다양한 조성을 가진 페로브스카이트 나노결정, 여기서 A = CH₃엔에이치₃, Cs 또는 HN=CHNH₃ (포름아미디늄)이고, X = Cl, Br, 또는 I가 침전되었다. 초음파는 전구체 (AX 및 PbX)의 용해 과정을 가속화합니다.₂)을 톨루엔에 넣고 용해 속도는 나노 결정의 성장 속도를 결정합니다. 이후 연구팀은 대면적 산화규소 기판에 균일한 크기의 나노결정을 균일하게 스핀 코팅하여 고감도 광검출기를 제작했습니다.

초음파 처리가없는 CH3NH3PbBr3 (a) 및 (b)의 입자 크기 분포.
첸 외. 2017

페로브스카이트의 초음파 비대칭 결정화

Peng et al. (2016)은 핵형성 장벽을 극복하기에 충분한 에너지를 제공하여 이질적인 핵형성을 촉진하는 캐비테이션 유발 비대칭 결정화(CTAC)를 기반으로 하는 새로운 성장 방법을 개발했습니다. 간단히 말해서, 그들은 용액이 반용매 증기 확산으로 낮은 과포화 수준에 도달했을 때 용액에 매우 짧은 초음파 펄스(≈ 1초)를 도입했습니다. 초음파 펄스는 높은 과포화 수준에서 도입되며, 캐비테이션은 과도한 핵 형성 이벤트를 유발하여 수많은 작은 결정의 성장을 유발합니다. 유망하게, MAPbBr₃ 단결정 필름은 순환 초음파 처리 후 몇 시간 이내에 다양한 기판의 표면에서 성장했습니다.

페로브스카이트 양자점의 초음파 합성

Chen et al. (2017)은 연구 작업에서 초음파 조사 하에서 페로브스카이트 양자점(QD)을 준비하는 효율적인 방법을 제시합니다. 초음파는 페로브스카이트 양자점의 침전을 가속화하기 위한 기계적 방법으로 사용됩니다. 페로브스카이트 양자점의 결정화 과정은 초음파 처리에 의해 강화되고 제어되어 나노결정의 크기가 정밀하게 조정됩니다. 페로브스카이트 양자점의 구조, 입자 크기 및 형태를 분석한 결과, 초음파 결정화가 더 작은 입자 크기와 더 균일한 입자 크기 분포를 제공한다는 것을 보여주었습니다. 초음파(=초음파화학) 합성을 사용하여 화학 조성이 다른 페로브스카이트 양자점을 생성하는 것도 가능했습니다. 페로브스카이트 결정의 이러한 다양한 조성은 CH의 방출 피크와 흡착 가장자리를 불가능하게 허용했습니다.₃엔에이치₃피플렉스₃ (X = Cl, Br 및 I), 이는 매우 넓은 색 영역으로 이어졌습니다.

초음파 분산

나노 입자 현탁액 및 잉크의 초음파는 그리드 또는 전극과 같은 기판에 나노 현탁액을 적용하기 전에 균질하게 분산시키는 신뢰할 수있는 기술입니다. (참조: Belchi et al. 2019; Pichler 외. 2018)
초음파 분산은 높은 고형분 농도 (예 : 페이스트)를 쉽게 처리하고 나노 입자를 단일 분산 입자로 분배하여 균일 한 현탁액을 생성합니다. 이는 후속 적용에서 기판이 코팅될 때 응집체와 같은 응집이 코팅 성능을 손상시키지 않는다는 것을 보장합니다.

초음파 분산으로 균일한 나노 크기의 현탁액 제조: 녹색 곡선 – 초음파 처리 전 / 초음파 처리 후 빨간색 곡선

페로브스카이트 침전을 위한 초음파 프로세서

Hielscher 초음파는 고품질 페로브스카이트 결정의 초음파 화학 합성을 위한 고성능 초음파 시스템을 설계하고 제조합니다. 시장 선두 주자이자 초음파 처리 분야에서 오랜 경험을 쌓은 Hielscher 초음파는 첫 번째 타당성 테스트에서 공정 최적화, 대규모 생산을위한 산업용 초음파 프로세서의 최종 설치에 이르기까지 고객을 지원합니다. 실험실 및 벤치 탑 초음파에서 산업용 초음파 프로세서에 이르기까지 전체 포트폴리오를 제공하는 Hielscher는 나노 결정 공정에 이상적인 장치를 추천 할 수 있습니다.
모든 Hielscher 초음파는 정밀하게 제어 할 수 있으며 매우 낮은 진폭에서 매우 높은 진폭까지 조정할 수 있습니다. 진폭은 초음파 처리 과정의 충격과 파괴성에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나입니다. Hielscher 초음파’ 초음파 프로세서는 매우 온화하고 부드러운 응용 분야에서 매우 강하고 파괴적인 응용 분야에 이르기까지 매우 넓은 진폭 스펙트럼을 제공합니다. 올바른 진폭 설정, 부스터 및 sonotrode를 선택하면 특정 공정에 필요한 초음파 충격을 설정할 수 있습니다. Hielscher의 특수 플로우 셀 반응기 인서트 MPC48 – MultiPhaseCavitator(왼쪽 그림 참조) – 48 개의 캐뉼라를 통해 두 번째 상을 얇은 변형으로 캐비테이션 핫스폿에 주입 할 수 있으며, 고성능 초음파가 두 상을 균일 한 혼합물로 분산시킵니다. MultiPhaseCavitator는 결정 파종 지점을 시작하고 페로브스카이트 나노결정의 침전 반응을 제어하는 데 이상적입니다.
Hielscher 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공 할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. Hielscher의 초음파 장비의 견고 함은 중장비 및 까다로운 환경에서 24/7 작동을 가능하게합니다.
우리의 고객은 Hielscher 초음파 시스템의 뛰어난 견고 함과 신뢰성에 만족하고 있습니다. 중장비 응용 분야, 까다로운 환경 및 24/7 작동 분야에 설치하면 효율적이고 경제적인 처리가 보장됩니다. 초음파 공정 강화는 처리 시간을 단축하고 더 나은 결과, 즉 더 높은 품질, 더 높은 수율, 혁신적인 제품을 달성합니다.
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.