Ultrasonisch geïnduceerde en geïntensiveerde reacties bieden een gemakkelijke, precies controleerbare en veelzijdige synthesemethode voor de productie van lichtgeactiveerde materialen, die vaak niet met conventionele technieken kunnen worden geprepareerd.
De ultrasone kristallisatie en neerslag van perovskietkristallen is een zeer effectieve en economische techniek, die het mogelijk maakt om perovskietnanokristallen op industriële schaal te produceren voor massaproductie.

Ultrasone Synthese van Perovskite Nanokristallen

Organische-organische loodhalogenide perovskites vertonen uitzonderlijke opto-elektronische eigenschappen zoals hoge lichtabsorptie, zeer lange levensduur, draaggolflengte en hoge draaggolflengte, waardoor de perovskite-verbindingen een superieur functioneel materiaal zijn voor hoogwaardige toepassingen in zonnepanelen, LED's, fotodetectoren, lasers, enz.
Ultrasonicatie is een van de fysieke methoden om verschillende organische reacties te versnellen. Het kristallisatieproces wordt beïnvloed en gecontroleerd door de ultrasone behandeling, wat resulteert in de controleerbare grootte-eigenschappen van de enkelkristallijne perovskiet nanodeeltjes.

TEM-beelden voor CH₃nH₃PbBr₃ QD's (a) met en (b) zonder ultrasone behandeling.

Casestudies van ultrasone perovskite-synthese

Onderzoek heeft vele soorten ultrasoon geassisteerde perovskietkristalgroei uitgevoerd. In het algemeen worden perovskietkristallen bereid met de vloeibare groeimethode. Om de perovskietkristallen te laten neerslaan, wordt de oplosbaarheid van de doelmonsters langzaam en gecontroleerd gereduceerd in een precursoroplossing. Ultrasone neerslag van perovskiet-nanokristallen is voornamelijk gebaseerd op een anti-isolerende afschrikking.

Ultrasone Kristallisatie van Perovskite Nanokristallen

Jang et al. (2016) rapporteren de succesvolle ultrasoon geassisteerde synthese van loodhalogenide perovskiet nanokristallen. Met behulp van echografie, APbX₃ perovskiet nanokristallen met een breed scala aan samenstellingen, waarbij A = CH₃nH₃Cs, of HN=CHNH₃ (formamidinium), en X = Cl, Br, of I, werden neergeslagen. Ultrasonicatie versnelt het oplossingsproces van de precursoren (AX en PbX).₂) in tolueen, en de ontbindingssnelheid bepaalt de groeisnelheid van de nanokristallen. Vervolgens heeft het onderzoeksteam hooggevoelige fotodetectoren gefabriceerd door homogeen te spinnen op nanokristallen met een uniforme grootte op siliciumoxide-substraten met een groot oppervlak.

Deeltjesgrootteverdeling van CH3NH3PbBr3 a) met en b) zonder de ultrasone behandeling.
Chen et al. 2017

Ultrasone Asymetrische Kristallisatie van Perovskite

Peng et al. (2016) ontwikkelden een nieuwe groeimethode op basis van een cavitatiegetriggerde asymmetrische kristallisatie (CTAC), die heterogene nucleatie bevordert door voldoende energie te leveren om de nucleatiebarrière te overwinnen. Kort gezegd, ze introduceerden een zeer korte ultrasone pulsen (≈1sec) in de oplossing wanneer deze een laag oververzadigingsniveau bereikte met een antisolventieve dampdiffusie. De ultrasone puls wordt geïntroduceerd bij hoge oververzadigingsniveaus, waarbij cavitatie overmatige nucleatiegebeurtenissen en dus de groei van een overvloed aan kleine kristallen teweegbrengt. Veelbelovend, MAPbBr₃ monokristallijne films groeien op het oppervlak van verschillende substraten binnen enkele uren na de cyclische ultrasoonbehandeling.

Ultrasone Synthese van Perovskite Quantum Dots

Chen et al. (2017) presenteren in hun onderzoekswerk een efficiënte methode om perovskite-kwantumdots (QD's) onder ultrasone bestraling voor te bereiden. Ultrasone bestraling wordt gebruikt als een mechanische methode om de neerslag van perovskite-kwantumdotsen te versnellen. Het kristallisatieproces van de perovskite-kwantumdots wordt door de ultrasone behandeling geïntensiveerd en gecontroleerd, waardoor de nanokristallen precies op maat worden gemaakt. De analyse van de structuur, de deeltjesgrootte en de morfologie van de perovskite-kwantumdots toonde aan dat de ultrasone kristallisatie een kleinere deeltjesgrootte en een meer uniforme deeltjesgrootteverdeling geeft. Met behulp van de ultrasone (= sonochemische) synthese was het ook mogelijk om perovskite-kwantumdots met verschillende chemische samenstellingen te produceren. Die verschillende samenstellingen in de perovskietkristallen maakten het mogelijk om emissiepieken en adsorptieranden van CH₃nH₃PbX₃ (X = Cl, Br en I), wat leidde tot een extreem breed kleurengamma.

ultrasone Dispersion

Ultrasoonbehandeling van nanodeeltjes suspensies en inkten is een betrouwbare techniek om ze homogeen te dispergeren alvorens de nano-suspensie toe te passen op substraten zoals roosters of elektroden. (zie Belchi et al. 2019; Pichler et al. 2018)
Ultrasone dispersie gaat gemakkelijk om met hoge concentraties vaste stof (bijv. pasta's) en verdeelt nanodeeltjes in enkelvoudig verspreide deeltjes, zodat een uniforme suspensie ontstaat. Dit zorgt ervoor dat in de volgende toepassing, wanneer het substraat wordt gecoat, geen klonters zoals agglomeraten de prestaties van de coating nadelig beïnvloeden.

De ultrasone dispersie bereidt uniforme ophangingen van nanogrootte voor: groene curve. – voor sonar / rode curve na sonar

Ultrasone Processoren voor Perovskite-neerslag

Hielscher Ultrasonics ontwerpt en produceert hoogwaardige ultrasone systemen voor de sonochemische synthese van hoogwaardige perovskietkristallen. Als marktleider en met een jarenlange ervaring in ultrasoonverwerking staat Hielscher Ultrasonics haar klanten bij vanaf de eerste haalbaarheidstest tot aan de procesoptimalisatie en de uiteindelijke installatie van industriële ultrasoonverwerkers voor grootschalige productie. Met het volledige portfolio van laboratorium- en bench-top ultrasonicators tot industriële ultrasone processoren, kan Hielscher u het ideale apparaat voor uw nanokristalproces aanbevelen.
Alle Hielscher ultrasonicatoren zijn nauwkeurig regelbaar en kunnen worden afgesteld van zeer lage tot zeer hoge amplitudes. De amplitude is een van de belangrijkste factoren die de impact en de destructiviteit van sonische processen beïnvloeden. Hielscher Ultrasonics’ ultrasone processoren leveren een zeer breed spectrum aan amplitudes die het bereik van zeer milde en zachte tot zeer intense en destructieve toepassingen bestrijken. Het kiezen van de juiste amplitude-instelling, booster en sonotrode maakt het mogelijk om de vereiste ultrasone impact voor uw specifieke proces in te stellen. Hielscher's speciale stromingscel reactor insert MPC48 – MultiPhaseCavitator (zie foto links) – maakt het mogelijk om de tweede fase te injecteren via 48 canules als een dunne stam in de cavitatorische hot-spot, waar hoogwaardige ultrasone golven de twee fasen verspreiden in een homogeen mengsel. De MultiPhaseCavitator is ideaal om kristalzaaipunten te initiëren en de neerslagreactie van perovskietnanokristallen te controleren.
Hielscher industriële ultrasone processoren kunnen buitengewoon hoge amplitudes leveren. Amplituden tot 200µm kunnen gemakkelijk continu worden uitgevoerd in 24 uur per dag en 7 dagen per week. Voor nog hogere amplitudes zijn aangepaste ultrasone sonotrodes beschikbaar. De robuustheid van Hielscher's ultrasone apparatuur maakt het mogelijk om 24 uur per dag en 7 dagen per week te werken in zware omstandigheden.
Onze klanten zijn tevreden over de uitstekende robuustheid en betrouwbaarheid van de systemen van Hielscher Ultrasonic. De installatie in zware toepassingen, veeleisende omgevingen en 24 uur per dag, 7 dagen per week en 7 dagen per week zorgt voor een efficiënte en economische verwerking. Ultrasone procesintensivering verkort de verwerkingstijd en levert betere resultaten op, d.w.z. hogere kwaliteit, hogere opbrengsten en innovatieve producten.
Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators: