Синтеза перовскита ултразвуком

Ултразвучно индуковане и интензивиране реакције нуде лак, прецизно контролисан и свестран метод синтезе за производњу светло-активираних материјала, који се често не могу припремити конвенционалним техникама.
Ултразвучна кристализација и таложење кристала перовскита је веома ефикасна и економична техника, која омогућава производњу нанокристала перовскита у индустријској скали за масовну производњу.

Ултразвучна синтеза нанокристала перовскита

Органски-аноргански оловни халогенид перовскити показују изузетна оптоелектронска својства као што су висока апсорпција светлости, веома дуг животни век носача, дужина дифузије носача и велика мобилност носача, што чини једињења перовскита супериорним функционалним материјалом за апликације високих перформанси у соларним панелима, ЛЕД диодама , фотодетектори, ласери итд.
Ултразвук је једна од физичких метода за убрзавање различитих органских реакција. На процес кристализације утиче ултразвучни третман и контролише га, што доводи до контролисаних својстава величине једнокристалних наночестица перовскита.

ТЕМ слике за ЦХ₃нХ₃ПбБр₃ КД (а) са и (б) без ултразвучног третмана.

Студије случаја ултразвучне синтезе перовскита

Истраживање је спровело више врста ултразвучно потпомогнутог раста кристала перовскита. Генерално, кристали перовскита се припремају методом раста течности. Да би се исталожили кристали перовскита, растворљивост циљних узорака се полако и контролисано смањује у раствору прекурсора. Ултразвучна преципитација нано кристала перовскита се углавном заснива на гашењу антисолвентом.

Ултразвучна кристализација нанокристала перовскита

Јанг ет ал. (2016) извештавају о успешној ултразвучно потпомогнутој синтези оловних халогених перовскитних нанокристала. Коришћењем ултразвука, АПбКс₃ нанокристали перовскита са широким спектром састава, где је А = ЦХ₃нХ₃, Цс или ХН=ЦХНХ₃ (формамидинијум), и Кс = Цл, Бр, или И, су исталожени. Ултразвучна обрада убрзава процес растварања прекурсора (АКС и ПбКс₂) у толуену, а брзина растварања одређује брзину раста нанокристала. Након тога, истраживачки тим је произвео фотодетекторе високе осетљивости хомогеним центрифугирањем нанокристала уједначене величине на подлогама силицијум оксида велике површине.

Расподела величине честица ЦХ3НХ3ПбБр3 (а) са и (б) без ултразвучног третмана.
Цхен ет ал. 2017

Ултразвучна асиметрична кристализација перовскита

Пенг ет ал. (2016) су развили нову методу раста засновану на асиметричној кристализацији изазваној кавитацијом (ЦТАЦ), која промовише хетерогену нуклеацију обезбеђујући довољно енергије за превазилажење баријере нуклеације. Укратко, увели су веома кратке ултразвучне импулсе (≈ 1сец) у раствор када је достигао низак ниво презасићености са дифузијом паре антирастварача. Ултразвучни импулс се уводи на високим нивоима презасићености, где кавитација изазива прекомерне догађаје нуклеације и стога раст мноштва сићушних кристала. Обећавајуће, МАПбБр₃ монокристални филмови су расли на површини различитих супстрата у року од неколико сати од цикличног третмана ултразвуком.

Ултразвучна синтеза перовскитних квантних тачака

Цхен ет ал. (2017) у свом истраживачком раду представљају ефикасан метод за припрему перовскитних квантних тачака (КД) под ултразвучним зрачењем. Ултразвук се користи као механичка метода како би се убрзало таложење перовскитних квантних тачака. Процес кристализације квантних тачака перовскита је интензивиран и контролисан ултразвучним третманом, што резултира прецизно прилагођеном величином нанокристала. Анализа структуре, величине честица и морфологије перовскитних квантних тачака показала је да ултразвучна кристализација даје мање величине честица и равномернију расподелу величине честица. Користећи ултразвучну (= сонохемијску) синтезу, такође је било могуће произвести перовскитне квантне тачке са различитим хемијским саставима. Те различите композиције у кристалима перовскита омогућиле су да се не могу постићи врхови емисије и ивице адсорпције ЦХ₃нХ₃ПбКс₃ (Кс = Цл, Бр и И), што је довело до изузетно широког спектра боја.

Ултразвучна дисперзија

Ултразвучна обрада суспензија нано честица и мастила је поуздана техника за њихову хомогену дисперзију пре наношења нано суспензије на подлоге као што су решетке или електроде. (уп. Белцхи ет ал. 2019; Пицхлер ет ал. 2018)
Ултразвучна дисперзија лако се носи са високим концентрацијама чврстих супстанци (нпр. пасте) и дистрибуира наночестице у једнодисперзне честице тако да се производи униформна суспензија. Ово осигурава да у наредној примени, када је подлога премазана, ниједно грудвање као што су агломерати не умањује перформансе премаза.

Ултразвучна дисперзија припрема униформне суспензије нано величине: зелена крива – пре соникације / црвена крива после соникације

Ултразвучни процесори за преципитацију перовскита

Хиелсцхер Ултрасоницс дизајнира и производи ултразвучне системе високих перформанси за сонохемијску синтезу висококвалитетних кристала перовскита. Као лидер на тржишту и са дугогодишњим искуством у ултразвучној обради, Хиелсцхер Ултрасоницс помаже својим клијентима од првог теста изводљивости до оптимизације процеса до финалне инсталације индустријских ултразвучних процесора за производњу великих размера. Нудећи комплетан портфељ од лабораторијских и стоних ултразвучних апарата до индустријских ултразвучних процесора, Хиелсцхер вам може препоручити идеалан уређај за ваш нанокристални процес.
Сви Хиелсцхер ултрасоникатори се прецизно контролишу и могу се подесити од веома ниских до веома високих амплитуда. Амплитуда је један од главних фактора који утиче на утицај и деструктивност процеса соникације. Хиелсцхер Ултрасоницс’ ултразвучни процесори испоручују веома широк спектар амплитуда који покривају опсег од веома благих и меких до веома интензивних и деструктивних примена. Одабир правог подешавања амплитуде, појачивача и сонотроде омогућава постављање потребног ултразвучног удара за ваш специфичан процес. Хиелсцхер-ов специјални уметак реактора са проточним ћелијама МПЦ48 – МултиПхасеЦавитатор (види слику лево) – омогућава убризгавање друге фазе преко 48 канила као танког напрезања у кавитациону врућу тачку, где ултразвучни таласи високих перформанси распршују две фазе у хомогену смешу. МултиПхасеЦавитатор је идеалан за покретање тачака засијавања кристала и за контролу реакције таложења нанокристала перовскита.
Хиелсцхер индустријски ултразвучни процесори могу да испоруче изузетно високе амплитуде. Амплитуде до 200 µм могу се лако радити у континуитету у раду 24/7. За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде. Робусност Хиелсцхерове ултразвучне опреме омогућава 24/7 рад у тешким условима иу захтевним окружењима.
Наши купци су задовољни изузетном робусношћу и поузданошћу Хиелсцхер Ултрасониц система. Инсталација у областима тешке примене, захтевним окружењима и 24/7 рад обезбеђује ефикасну и економичну обраду. Ултразвучно интензивирање процеса скраћује време обраде и постиже боље резултате, односно већи квалитет, већи приноси, иновативни производи.
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: