Perovskite syntéza ultrazvukom
Ultrasonicky indukované a zosilnené reakcie ponúkajú facile, presne kontrolovateľné a všestranné metódy syntézy pre výrobu svetelných aktivovaných materiálov, ktoré často nemôžu byť pripravené konvenčnými technikami.
Ultrazvuková Kryštalizácia a zrážanie perovskitových kryštálov je vysoko efektívna a hospodárna technika, ktorá umožňuje vyrábať perovskite nanokryštálov na priemyselnej škále pre hromadnú výrobu.
Ultrazvukový syntézu Perovskite Nanocrystals
Organické – anorganické olovo halogenidové perovskites vykazujú výnimočné optoelektronické vlastnosti, ako je vysoká absorpcia svetla, veľmi dlhá dlhá životnosť nosiča, dĺžka nosnej difúzie, a vysoká mobilita dopravcov, čo perovskite zlúčeniny vynikajúci funkčný materiál pre high-výkon aplikácie v solárnych panelov, LED diódy, photodetectors, lasery, atď.
Ultrazvukom je jedným z fyzikálnych metód pre urýchlenie rôznych organických reakcií. Proces kryštalizácie je ovplyvnený a kontrolovaný ultrazvukovou liečbou, čo vedie k ovládateľnej veľkosti vlastností jednokryštalických perovskitových nanočastíc.
TEM obrázky pre CH3Nh3PbBr3 QDs (a) s a (b) bez ultrazvukovej liečby.
UIP2000hdT s tlakomable prietokového bunkového reaktora
Prípadové štúdie ultrazvukovej Perovskite syntézy
Výskum vykonal rozmanité typy rozpúšťadle pomáhal perovskite kryštálu rast. Všeobecne platí, že perovskite kryštály sú pripravené s metódou tekutého rastu. Aby sa urýchľovali perovskitové kryštály, rozpustnosť cieľových vzoriek sa pomaly a kontroluje znížená v roztoku predchodcu. Ultrazvukové zrážky perovskite nano kryštálov je založená hlavne na antirozpúšťadle hasenie.
Ultrazvukový kryštalizáciou Perovskite Nanocrystals
Jang et al. (2016) správa úspešná Rozpúšťadle asistovanej syntéza olova halogenidové perovskite nanocrystals. Použitie ultrazvuku, APbX3 perovskite nanokryštálov so širokou škálou kompozícií, kde a = ch3Nh3, CS alebo HN = CHNH3 (formamidinium) a X = cl, br alebo I, boli vyzrážané. Ultrazvukom urýchľuje rozpúšťanie proces prekurzorov (AX a PbX2) v toluéne a miera rozpúšťania určuje mieru rastu nanocrystals. Následne, výskumný tím vymyslel High-Citlivosť photodetectors tým, že homogenicky točiť povlak jednotnej veľkosti nanokryštálov na veľkých-plochy oxidu kremičitého substrátov.
Rozdelenie veľkosti častíc CH3NH3PbBr3 (a) s a (b) bez ultrazvukovej liečby.
Chen et al. 2017
Ultrazvukové Asymetrical Kryštalizácia Perovskite
Peng et al. (2016) vyvinul novú metódu rastu založenú na kavitácii-vyvolal asymetrické kryštalizácie (CTAC), ktorý podporuje heterogénne nukleácie tým, že poskytuje dostatok energie na prekonanie nukleovej bariéry. Stručne povedané, oni zaviedli veľmi krátke ultrazvukové impulzy (≈ 1sec) na riešenie, keď dosiahla nízku úroveň sýtosti s antisolventným difúziou pary. Ultrazvukový pulz je predstavený na vysokej úrovni supersaturácie, kde Kavitácia spúšťa nadmerné Nukleace udalosti, a preto rast nepreberné množstvo drobných kryštálov. Promiskingly, MAPbBr3 monokryštalické filmy rástli na povrchu rôznych substrátov v priebehu niekoľkých hodín cyklickej ultrazvukom liečby.
Ultrazvukový syntézu Perovskite kvantovej bodky
Chen et al. (2017) prítomný vo svojej výskumnej práci efektívny spôsob, ako pripraviť perovskite kvantovej bodky (QDs) pod ultrazvukové ožarovanie. Ultrazvukom sa používa ako mechanická metóda s cieľom urýchliť zrážky perovskite kvantových bodov. Proces kryštalizácie perovskite kvantových bodov je zosilnený a riadený ultrazvukovou liečbou, čo vedie k presne prispôsobené veľkosti nanocrystals. Analýza štruktúry, veľkosti častíc a morfológie perovskite kvantových bodov ukázala, že Ultrazvukový kryštalizáciou dáva menšie veľkosti častíc a rovnomernejšie rozdelenie veľkosti častíc. Použitie Ultrazvukový (= sonochemical) syntéza, to bolo tiež možné vyrábať perovskite kvantovej bodky s rôznymi chemickými kompozície. Tieto rôzne kompozície v perovskitových kryštálov dovolil, aby nedokázali emisné vrcholy a adsorpčné hrany CH3Nh3Pbx3 (X = cl, BR a I), čo viedlo k extrémne širokému farebnemu gamutu.
ultrazvukové Dispersion
Ultrazvukom nano častíc suspenzií a atramenty je spoľahlivá technika rozptýliť je homogénne pred nanesením nano-odpruženie na podklady, ako sú mriežky alebo elektródy. (porovnaj Belchi et al. 2019; Pichler et al. 2018)
Ultrazvuková disperzia ľahko zvláda vysoké pevné koncentrácie (napr. pasty) a rozdeľuje nano-častice na jednorazové rozptýlené častice tak, aby sa vyrobila jednotná suspenzia. To zaručuje, že v následnej aplikácii, keď je podklad potiahnutý, žiadne zhlukovanie, ako sú aglomeráty, zhoršuje výkon náteru.
Ultrazvukový disperzie pripravuje jednotné nano-veľké suspenzie: Zelená krivka – pred sonikáciou/červenou krivkou po ultrazvukom
Ultrazvukové procesory pre Perovskite zrážok
Hielscher Ultrasonics vzory a vyrába High-Performance ultrazvukové systémy pre sonochemical syntézu vysoko kvalitných kryštálov perovskite. Ako líder na trhu a s dlhorkovými skúsenosťami v ultrazvukovom spracovaní, Hielscher Ultrasonics pomáha svojim zákazníkom od prvého testu uskutočniteľnosti spracovať optimalizáciu na konečnú inštaláciu priemyselných ultrazvukových procesorov pre veľkoobjemové výroby. Ponúka kompletné portfólio z laboratória a lavica-top ultrasonicators až po priemyselné ultrazvukové procesory, Hielscher vám odporučí ideálne zariadenie pre váš proces nanocrystal.
Všetky Hielscher ultrasonicators sú presne kontrolovateľné a môžu byť naladení od veľmi nízkej až po veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúda je jedným z hlavných faktorov, ktoré ovplyvňujú vplyv a deštruktivnosť procesov ultrazvukom. Hielscher Ultrasonics’ ultrazvukové procesory dodať veľmi široké spektrum amplitúdy pokrývajúce rozsah veľmi mierne a mäkké na veľmi intenzívne a deštruktívne aplikácie. Výber správnej amplitúdy nastavenie, booster a sonotrode umožňuje nastaviť požadovaný Ultrazvukový vplyv na váš konkrétny proces. Hielscher je špeciálny tok buniek reaktora vložiť MPC48 – MultiPhaseCavitator (pozri obr. vľavo) – umožňuje aplikovať druhú fázu cez 48 cannulas ako tenký kmeň do cavitational Hot-Spot, kde vysoko výkonné ultrazvukové vlny rozptýliť dve fázy do homogénnej zmesi. MultiPhaseCavitator je ideálny pre začatie krištáľové siatie body a kontrolovať zrážanie reakcie perovskite nanocrystals.
Hielscher Priemyselné ultrazvukové procesory môžu dodať mimoriadne vysoké amplitúdy. Amplitúdy až do 200 μm možno ľahko nepretržite spúšťať v 24/7 prevádzke. Pre ešte vyššie amplitúdy, prispôsobené ultrazvukové sonotród sú k dispozícii. Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 v ťažkých a náročných prostrediach.
Naši zákazníci sú spokojní s vynikajúcou robustnosť a spoľahlivosť Hielscher ultrazvukové systémy. Inštalácia v oblasti ťažkých aplikácií, náročných prostrediach a 24/7 prevádzky zabezpečujú efektívne a hospodárne spracovanie. Ultrazvukový proces intenzifikácia skracuje čas spracovania a dosahuje lepšie výsledky, t. j. vyššiu kvalitu, vyššie výnosy, inovatívne produkty.
Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:
| Objem šarže | prietok | Odporúčané Devices |
|---|---|---|
| 0.5 až 1,5 mL | neuv | VialTweeter |
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20L | 02 až 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10 l / min | UIP4000hdT |
| neuv | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
| neuv | väčšia | strapec UIP16000 |
Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!
Vysoko výkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na Pilot a priemyselný rozsah,
Literatúra / Referencie
- 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.
Fakty stojí za to vedieť
Perovskite
Perovskite je termín, ktorý opisuje minerálne Perovskite (tiež známy ako oxid titaničitý alebo vápnik titanát, chemický vzorec CaTiO3), ako aj špecifickej materiálovej štruktúry. V súlade s rovnakým názvom, minerálne Perovskite rysy perovskite štruktúry.
Zlúčeniny perovskitu sa môžu vyskytnúť v kubickej, tetragonálnej alebo Rombická štruktúre a majú chemický vzorec ABX3. A a B sú katiónom, zatiaľ čo X predstavuje Anion, ktorý dlhopisov na oboch. V perovskitových zlúčeninách je katión výrazne väčší ako B katión. Ostatné minerály s perovskite štruktúrou sú Loparite a Bridgmanite.
Perovskites majú jedinečnú kryštálu štruktúru a v tejto štruktúre rôzne chemické prvky môžu byť kombinované. Vzhľadom k špeciálnej kryštálovej štruktúre, perovskite molekuly môžu vykazovať rôzne hodnotné vlastnosti, ako je supervodivosť, veľmi vysoká magnetoresistance, a/alebo ferroelektrina, ktoré tieto zlúčeniny veľmi zaujímavé pre priemyselné aplikácie. Okrem toho je možné kombinovať veľké množstvo rôznych prvkov, aby sa mohli tvoriť perovskitové štruktúry, čo umožňuje kombinovať, meniť a zosilňovať určité materiálne vlastnosti. Výskumníci, vedci a vývojári procesov používajú tieto možnosti selektívne navrhovať a optimalizovať perovskite fyzikálne, optické a elektrické vlastnosti.
Ich optoelektronické vlastnosti, aby hybridné perovskites ideálne kandidátov na solárne bunkové aplikácie a perovskite solárne články sú sľubné technológie, ktoré by mohli pomôcť produkovať veľké množstvo čistej, šetrné k životnému prostrediu energie.
Kritické optoelektronické parametre jednokryštalického perovskitu hlásené v literatúre:
τs = 28 NS τb = 300 NS PL
1.3 – 4.3 μm3 × 1010MAPbI31,51 eV 820 nm 67.2 (SCLC)
τs = 18 NS τB = 570 NS PL
1.8 – 10,0 μm 1,4 × 1010MAPbI3850 nm164 ± 25-jamkové mobility (SCLC) 105 otvor pre mobilitu (hala) 24 ± 6,8 elektrónové SCLC
82 ± 5 μS TPV 95 ± 8 μS impedancia spektroskopie (IS) 9 × 109 p175 ± 25 μm 3,6 × 1010 pre dieru 34,5 × 1010 pre electronMAPbI31,53 eV 784 nm34 sála
8,8 × 1011 P
1,8 × 109 pre dieru 4,8 × 1010 pre electronMAPbBr31,53 eV 784 nm34 sála
8,8 × 1011 P
1,8 × 109 pre dieru 4,8 × 1010 pre electronMAPbBr32,24 eV 537 nm 4.36 sála
3,87 × 1012 P
2,6 × 1010 pre dieru 1,1 × 1011 pre electronMAPbCl32,24 eV 537 nm 4.36 sála
3,87 × 1012 P
2,6 × 1010 pre dieru 1,1 × 1011 pre electronMAPbCl32,97 eV 402 nm179 sála
5,1 × 109 N
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 × 1010FAPbI31,49 eV 870 nm40 ± 5 otvor mobility SCLC 1.8 × 10-8
2,8 × 109
1,34 × 1010
| Materiály | Pásmo medzera alebo absorpčný nástup | Mobilita [cm2 V-1. S-1.] | Vodivosť [Ω-1. Cm-1.] | Životnosť a metóda operátora | Koncentrácia dopravcu a typ [cm-3] (n alebo p) | Dĺžka difúzie | Hustota zachytávača [cm-3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MAPbBr3 | 2,21 eV 570 nm | 115 (TOF) 20 – 60 (hala) 38 (SCLC) | τs = 41 NS τB = 457 NS (PL) | 5 × 109 až 5 × 1010 P | 3 – 17 μm | 5,8 × 109 |