Sinteza Perovskite me ultratinguj
Reaksionet e induktuara dhe të intensifikuara në mënyrë ultrasonike ofrojnë një metodë sinteze të lehtë, të kontrollueshme dhe të gjithanshme për prodhimin e materialeve të aktivizuara nga drita, të cilat shpesh nuk mund të përgatiten me teknika konvencionale.
Kristalizimi me ultratinguj dhe precipitimi i kristaleve të perovskitit është një teknikë shumë efektive dhe ekonomike, e cila lejon prodhimin e nanokristaleve perovskite në shkallë industriale për prodhim masiv.
Sinteza tejzanor e Nanokristaleve Perovskite
Perovskitet e halogjenit të plumbit organik-inorganik shfaqin veti të jashtëzakonshme optoelektronike si përthithja e lartë e dritës, jetëgjatësia shumë e gjatë e bartësit, gjatësia e difuzionit të bartësit dhe lëvizshmëria e lartë e bartësit, gjë që i bën përbërjet e perovskitit një material funksional superior për aplikime me performancë të lartë në panelet diellore, LED. , fotodetektorë, lazer etj.
Ultratingulli është një nga metodat fizike për përshpejtimin e reaksioneve të ndryshme organike. Procesi i kristalizimit ndikohet dhe kontrollohet nga trajtimi me ultratinguj, duke rezultuar në vetitë e madhësisë së kontrollueshme të nanogrimcave të perovskitit njëkristalor.
Imazhet TEM për CH3nH3PbBr3 QD (a) me dhe (b) pa trajtim me ultratinguj.
UIP2000hdT me reaktor me qeliza rrjedhëse me presion
Studime të rasteve të sintezës së perovskitit tejzanor
Hulumtimet kanë kryer lloje të shumëfishta të rritjes së kristalit të perovskitit me ndihmën e ultrazërit. Në përgjithësi, kristalet e perovskitit përgatiten me metodën e rritjes së lëngshme. Për të precipituar kristalet e perovskitit, tretshmëria e mostrave të synuara zvogëlohet ngadalë dhe kontrollohet në një tretësirë pararendëse. Precipitimi tejzanor i nanokristaleve të perovskitit bazohet kryesisht në një shuarje antitretës.
Kristalizimi tejzanor i Nanokristaleve Perovskite
Jang et al. (2016) raportojnë sintezën e suksesshme të asistuar tejzanor të nanokristaleve të perovskitit të halidit të plumbit. Duke përdorur ultratinguj, APbX3 nanokristale perovskite me një gamë të gjerë përbërjesh, ku A = CH3nH3, Cs, ose HN=CHNH3 (formamidinium), dhe X = Cl, Br, ose I, u precipituan. Ultratingulli përshpejton procesin e tretjes së prekursorëve (AX dhe PbX2) në toluen, dhe shkalla e shpërbërjes përcakton shkallën e rritjes së nanokristaleve. Më pas, ekipi hulumtues fabrikoi fotodetektorë me ndjeshmëri të lartë duke veshur në mënyrë homogjene nanokristalet me madhësi uniforme në nënshtresa të oksidit të silikonit me sipërfaqe të madhe.
Shpërndarja e madhësisë së grimcave të CH3NH3PbBr3 (a) me dhe (b) pa trajtimin me ultratinguj.
Chen et al. 2017
Kristalizimi asimetrik tejzanor i perovskitit
Peng et al. (2016). Shkurtimisht, ata futën një impulse tejzanor shumë të shkurtër (≈ 1 sek) në tretësirë kur ajo arriti një nivel të ulët mbingopjeje me difuzionin e avullit antitretës. Pulsi tejzanor futet në nivele të larta të mbingopjes, ku kavitacioni shkakton ngjarje të tepërta të bërthamave dhe për rrjedhojë rritjen e një morie kristalesh të vogla. Me premtim, MAPbBr3 Filmat monokristaline u rritën në sipërfaqen e nënshtresave të ndryshme brenda disa orëve nga trajtimi ciklik me ultratinguj.
Sinteza tejzanor e pikave kuantike të perovskitit
Chen et al. (2017) paraqesin në punën e tyre kërkimore një metodë efikase për të përgatitur pika kuantike perovskite (QD) nën rrezatim ultrasonik. Ultratingulli përdoret si një metodë mekanike për të përshpejtuar reshjet e pikave kuantike të perovskitit. Procesi i kristalizimit të pikave kuantike të perovskitit intensifikohet dhe kontrollohet nga trajtimi me ultratinguj, duke rezultuar në madhësinë e përshtatur saktësisht të nanokristaleve. Analiza e strukturës, madhësisë së grimcave dhe morfologjisë së pikave kuantike të perovskitit tregoi se kristalizimi me ultratinguj jep një madhësi më të vogël të grimcave dhe një shpërndarje më uniforme të madhësisë së grimcave. Duke përdorur sintezën ultrasonike (= sonokimike), ishte gjithashtu e mundur të prodhoheshin pika kuantike perovskite me përbërje të ndryshme kimike. Këto përbërje të ndryshme në kristalet e perovskitit lejuan të pamundësojnë majat e emetimit dhe skajet e adsorbimit të CH3nH3PbX3 (X = Cl, Br dhe I), gjë që çoi në një gamë ngjyrash jashtëzakonisht të gjerë.
Dispersion tejzanor
Ultratingulli i pezullimeve dhe bojrave të nano grimcave është një teknikë e besueshme për t'i shpërndarë ato në mënyrë homogjene përpara se të aplikoni nano-pezullimin në nënshtresa të tilla si rrjeta ose elektroda. (krh. Belchi et al. 2019; Pichler et al. 2018)
Dispersioni tejzanor trajton lehtësisht përqendrime të larta të ngurta (p.sh. pasta) dhe shpërndan nano-grimcat në grimca të shpërndara të vetme në mënyrë që të prodhohet një pezullim uniform. Kjo siguron që në aplikimin e mëvonshëm, kur nënshtresa është e veshur, asnjë grumbullim i tillë si aglomeratet nuk dëmton performancën e veshjes.
Dispersioni tejzanor përgatit pezullime uniforme me madhësi nano: kurbë jeshile – para sonication / kurbë e kuqe pas sonication
Procesorë tejzanor për reshjet e perovskitit
Hielscher Ultrasonics projekton dhe prodhon sisteme ultrasonike me performancë të lartë për sintezën sonokimike të kristaleve të perovskitit me cilësi të lartë. Si lider në treg dhe me përvojë të gjatë në përpunimin me ultratinguj, Hielscher Ultrasonics ndihmon klientët e saj që nga testi i parë i fizibilitetit deri te optimizimi i procesit deri në instalimin përfundimtar të përpunuesve tejzanor industrial për prodhim në shkallë të gjerë. Duke ofruar portofolin e plotë nga ultrasonikët laboratorikë dhe të lartë deri tek përpunuesit industrialë ultrasonikë, Hielscher mund t'ju rekomandojë pajisjen ideale për procesin tuaj nanokristal.
Të gjithë ultrasonikët Hielscher janë saktësisht të kontrollueshëm dhe mund të akordohen nga amplituda shumë të ulëta në shumë të larta. Amplituda është një nga faktorët kryesorë që ndikon në ndikimin dhe destruktivitetin e proceseve të sonikimit. Hielscher Ultrasonikë’ Procesorët ultrasonikë ofrojnë një spektër shumë të gjerë amplitudash që mbulojnë gamën e aplikacioneve shumë të buta dhe të buta deri në shumë intensive dhe shkatërruese. Zgjedhja e cilësimit të duhur të amplitudës, përforcuesit dhe sonotrode ju lejon të vendosni ndikimin e kërkuar tejzanor për procesin tuaj specifik. Futja e reaktorit të veçantë të qelizave të rrjedhës së Hielscher MPC48 – Kavitator Multifazor (shih foton majtas) – lejon injektimin e fazës së dytë nëpërmjet 48 kanulave si një tendosje e hollë në pikën e nxehtë kavitacionale, ku valët ultratinguj me performancë të lartë shpërndajnë të dy fazat në një përzierje homogjene. MultiPhaseCavitator është ideal për të inicuar pikat e mbjelljes së kristaleve dhe për të kontrolluar reaksionin e reshjeve të nanokristaleve perovskite.
Procesorët tejzanor industrial Hielscher mund të japin amplituda jashtëzakonisht të larta. Amplituda deri në 200µm mund të ekzekutohen lehtësisht vazhdimisht në funksionim 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotrode tejzanor të personalizuara. Fortësia e pajisjeve ultrasonike të Hielscher lejon funksionimin 24/7 në punë të rënda dhe në mjedise kërkuese.
Klientët tanë janë të kënaqur nga qëndrueshmëria dhe besueshmëria e jashtëzakonshme e sistemeve të Hielscher Ultrasonic. Instalimi në fushat e aplikimit për punë të rënda, mjediset kërkuese dhe funksionimi 24/7 sigurojnë përpunim efikas dhe ekonomik. Intensifikimi i procesit tejzanor redukton kohën e përpunimit dhe arrin rezultate më të mira, pra cilësi më të lartë, rendiment më të lartë, produkte inovative.
Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë:
| Vëllimi i grupit | Shkalla e rrjedhjes | Pajisjet e rekomanduara |
|---|---|---|
| 0.5 deri në 1.5mL | na | VialTweeter |
| 1 deri në 500 ml | 10 deri në 200 ml/min | UP100H |
| 10 deri në 2000 ml | 20 deri në 400 ml/min | UP200Ht, UP400 St |
| 0.1 deri në 20L | 0.2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100 litra | 2 deri në 10 l/min | UIP4000hdT |
| na | 10 deri në 100 l/min | UIP16000 |
| na | më të mëdha | grumbull i UIP16000 |
Na kontaktoni! / Na pyesni!
Homogjenizues tejzanor me fuqi të lartë nga laboratori te pilot dhe shkallë industriale.
Literatura/Referencat
- 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.
Fakte që ia vlen të dihen
perovskite
Perovskite është një term që përshkruan mineralin Perovskite (i njohur gjithashtu si oksidi i titanit të kalciumit ose titanati i kalciumit, formula kimike CaTiO3) si dhe një strukturë specifike materiale. Në përputhje me të njëjtin emër, minerali Perovskite ka strukturën e perovskitit.
Përbërjet e perovskitit mund të ndodhin në strukturë kubike, tetragonale ose ortorhombike dhe kanë formulën kimike ABX3. A dhe B janë katione, ndërsa X përfaqëson një anion, i cili lidhet me të dyja. Në përbërjet perovskite, kationi A është dukshëm më i madh se kationi B. Mineralet e tjerë me strukturë perovskite janë Lopariti dhe Bridgmaniti.
Perovskitet kanë një strukturë unike kristalore dhe në këtë strukturë mund të kombinohen elementë të ndryshëm kimikë. Për shkak të strukturës së veçantë kristalore, molekulat e perovskitit mund të shfaqin veti të ndryshme të vlefshme, si superpërçueshmëria, magnetorezistenca shumë e lartë dhe/ose ferroelektriciteti, të cilat i bëjnë ato komponime shumë interesante për aplikime industriale. Për më tepër, një numër i madh elementësh të ndryshëm mund të kombinohen së bashku për të formuar struktura perovskite, gjë që bën të mundur kombinimin, modifikimin dhe intensifikimin e karakteristikave të caktuara të materialit. Studiuesit, shkencëtarët dhe zhvilluesit e procesit përdorin këto opsione për të dizajnuar dhe optimizuar në mënyrë selektive karakteristikat fizike, optike dhe elektrike të perovskitit.
Vetitë e tyre optoelektronike i bëjnë perovskitet hibride kandidatë idealë për aplikimet e qelizave diellore dhe qelizat diellore perovskite janë një teknologji premtuese, e cila mund të ndihmojë në prodhimin e sasive të mëdha të energjisë së pastër dhe miqësore me mjedisin.
Parametrat kritikë optoelektronikë të perovskitit njëkristalor të raportuar në literaturë:
τs = 28 ns τb = 300 ns PL
1,3–4,3 μm3 × 1010MAPbI31,51 eV 820 nm67,2 (SCLC)
τs = 18 ns τb = 570 ns PL
1,8-10,0 μm 1,4 × 1010MAPbI3850 nm164 ± 25 Lëvizshmëria e vrimave (SCLC) 105 Lëvizshmëria e vrimave (Hall) 24 ± 6,8 elektron SCLC
82 ± 5 µs TPV 95 ± 8 µs spektroskopi me impedancë (IS) 9 × 109 p175 ± 25 µm3,6 × 1010 për vrimën 34,5 × 1010 për elektronMAPbI31,53 eV 784 nm34 Salla
8,8 × 1011 fq
1,8 × 109 për vrimën 4,8 × 1010 për elektronMAPbBr31,53 eV 784 nm34 Salla
8,8 × 1011 fq
1,8 × 109 për vrimën 4,8 × 1010 për elektronMAPbBr32.24 eV 537 nm4.36 Sall
3,87 × 1012 fq
2,6 × 1010 për vrimën 1.1 × 1011 për elektronMAPbCl32.24 eV 537 nm4.36 Sall
3,87 × 1012 fq
2,6 × 1010 për vrimën 1.1 × 1011 për elektronMAPbCl32,97 eV 402 nm179 Salla
5,1 × 109 N
MAPbCl32,88 eV 440 nm42 ± 9 (SCLC) 2,7 × 10-8τs = 83 ns τb = 662 ns PL4.0 × 109 p3,0–8,5 μm3,1 × 1010FAPbI3Lëvizshmëria e vrimës 1,49 eV 870 nm40 ± 5 SCLC1,8 × 10-8
2,8 × 109
1,34 × 1010
| Materiale | Hendeku i brezit ose fillimi i përthithjes | Lëvizshmëria [cm2 V-1 s-1] | Përçueshmëria [Ω-1 cm-1] | Jetëgjatësia dhe metoda e transportuesit | Përqendrimi dhe lloji i bartësit [cm-3] (n ose p) | Gjatësia e difuzionit | Dendësia e kurthit [cm-3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MAPbBr3 | 2,21 eV 570 nm | 115 (TOF) 20–60 (Sallë) 38 (SCLC) | τs = 41 ns τb = 457 ns (PL) | 5 × 109 në 5 × 1010 fq | 3-17 μm | 5,8 × 109 |