Ultrasonikasyon ile Perovskit Sentezi

Ultrasonik olarak indüklenen ve yoğunlaştırılmış reaksiyonlar, genellikle geleneksel tekniklerle hazırlanamayan, ışıkla aktive edilen malzemelerin üretimi için kolay, hassas bir şekilde kontrol edilebilir ve çok yönlü bir sentez yöntemi sunar.
Perovskit kristallerinin ultrasonik kristalizasyonu ve çökeltilmesi, seri üretim için endüstriyel ölçekte perovskit nanokristallerinin üretilmesine izin veren oldukça etkili ve ekonomik bir tekniktir.

Perovskit Nanokristallerin Ultrasonik Sentezi

Organik-inorganik kurşun halojenür perovskitler, yüksek ışık emilimi, çok uzun taşıyıcı ömrü, taşıyıcı difüzyon uzunluğu ve yüksek taşıyıcı hareketliliği gibi olağanüstü optoelektronik özellikler sergiler, bu da perovskit bileşiklerini güneş panelleri, LED'ler, fotodetektörler, lazerler vb.
Ultrasonikasyon, çeşitli organik reaksiyonları hızlandırmak için fiziksel yöntemlerden biridir. Kristalleşme süreci, ultrasonik işlemden etkilenir ve kontrol edilir, bu da tek kristalli perovskit nanopartiküllerinin kontrol edilebilir boyut özelliklerine neden olur.

CH için TEM görüntüleri₃Nh₃PbBr (İngilizce)₃ QD'ler (a) ve (b) ultrasonik tedavi olmadan.

Ultrasonik Perovskit Sentezi Vaka Çalışmaları

Araştırmalar, ultrasonik destekli perovskit kristal büyümesinin çeşitli tiplerini gerçekleştirmiştir. Genel olarak perovskit kristalleri sıvı büyütme yöntemi ile hazırlanmaktadır. Perovskit kristallerini çökeltmek için, hedef numunelerin çözünürlüğü yavaş ve kontrollü bir şekilde bir öncü çözelti içinde azaltılır. Perovskit nano kristallerinin ultrasonik çökeltmesi, esas olarak bir antisolvent söndürmeye dayanır.

Perovskit Nanokristallerinin Ultrasonik Kristalizasyonu

Jang ve ark. (2016), kurşun halojenür perovskit nanokristallerinin başarılı ultrasonik destekli sentezini bildirmektedir. Ultrason kullanarak, APbX₃ A = CH olan çok çeşitli bileşimlere sahip perovskit nanokristalleri₃Nh₃, Cs veya HN=CHNH₃ (formamidinyum) ve X = Cl, Br veya I çökeltildi. Ultrasonication, öncülerin (AX ve PbX) çözünme sürecini hızlandırır₂) toluen içinde ve çözünme hızı nanokristallerin büyüme hızını belirler. Daha sonra, araştırma ekibi, geniş alanlı silikon oksit substratları üzerinde tek tip boyuttaki nanokristalleri homojen bir şekilde döndürerek yüksek hassasiyetli fotodedektörler üretti.

CH3NH3PbBr3'ün (a) ultrasonik tedavi ile ve (b) partikül boyutu dağılımları.
Chen ve ark. 2017

Perovskitin Ultrasonik Asimetrik Kristalizasyonu

Peng ve ark. (2016), çekirdeklenme bariyerini aşmak için yeterli enerji sağlayarak heterojen çekirdeklenmeyi destekleyen kavitasyonla tetiklenen asimetrik kristalleşmeye (CTAC) dayalı yeni bir büyüme yöntemi geliştirdi. Kısaca, antisolvent buhar difüzyonu ile düşük bir aşırı doygunluk seviyesine ulaştığında çözeltiye çok kısa bir ultrasonik darbeler (≈ 1 saniye) soktular. Ultrasonik darbe, kavitasyonun aşırı çekirdeklenme olaylarını tetiklediği ve dolayısıyla çok sayıda küçük kristalin büyümesini tetiklediği yüksek aşırı doygunluk seviyelerinde tanıtılır. Umut verici bir şekilde, MAPbBr₃ Monokristal filmler, döngüsel ultrasonikasyon işleminden birkaç saat sonra çeşitli substratların yüzeyinde büyüdü.

Perovskit Kuantum Noktalarının Ultrasonik Sentezi

Chen ve ark. (2017) araştırma çalışmalarında ultrasonik ışınlama altında perovskit kuantum noktaları (QD'ler) hazırlamak için etkili bir yöntem sunmaktadır. Ultrasonikasyon, perovskit kuantum noktalarının çökelmesini hızlandırmak için mekanik bir yöntem olarak kullanılır. Perovskit kuantum noktalarının kristalleşme süreci, ultrasonik işlem ile yoğunlaştırılır ve kontrol edilir, bu da nanokristallerin tam olarak uyarlanmış boyutuyla sonuçlanır. Perovskit kuantum noktalarının yapısının, parçacık boyutunun ve morfolojisinin analizi, ultrasonik kristalleşmenin daha küçük parçacık boyutları ve daha düzgün bir parçacık boyutu dağılımı verdiğini gösterdi. Ultrasonik (= sonokimyasal) sentezi kullanarak, farklı kimyasal bileşimlere sahip perovskit kuantum noktaları üretmek de mümkün oldu. Perovskit kristallerindeki bu farklı bileşimler, CH'nin emisyon tepe noktalarına ve adsorpsiyon kenarlarına izin verdi₃Nh₃Pbx₃ (X = Cl, Br ve I), bu da son derece geniş bir renk gamına yol açtı.

Ultrasonik Dispersiyon

Nano parçacık süspansiyonlarının ve mürekkeplerin ultrasonikasyonu, nano süspansiyonu ızgaralar veya elektrotlar gibi substratlara uygulamadan önce bunları homojen bir şekilde dağıtmak için güvenilir bir tekniktir. (bkz. Belchi ve ark. 2019; Pichler ve ark. 2018)
Ultrasonik dispersiyon, yüksek katı konsantrasyonları (örneğin macunlar) kolayca ele alır ve nano partikülleri tek dağılmış partiküllere dağıtır, böylece düzgün bir süspansiyon üretilir. Bu, sonraki uygulamada, alt tabaka kaplandığında, topaklar gibi hiçbir topaklanmanın kaplamanın performansını bozmamasını sağlar.

Ultrasonik dispersiyon, tek tip nano boyutlu süspansiyonlar hazırlar: yeşil eğri – Sonikasyondan önce / sonikasyondan sonra kırmızı eğri

Perovskit Çökeltme için Ultrasonik İşlemciler

Hielscher Ultrasonics, yüksek kaliteli perovskit kristallerinin sonokimyasal sentezi için yüksek performanslı ultrasonik sistemler tasarlar ve üretir. Pazar lideri olarak ve ultrasonik işlemede uzun süreli deneyime sahip olan Hielscher Ultrasonics, müşterilerine ilk fizibilite testinden süreç optimizasyonuna ve büyük ölçekli üretim için endüstriyel ultrasonik işlemcilerin son kurulumuna kadar yardımcı olur. Laboratuvar ve tezgah üstü ultrasonicators'tan endüstriyel ultrasonik işlemcilere kadar tam portföy sunan Hielscher, nanokristal işleminiz için ideal cihazı önerebilir.
Tüm Hielscher ultrasonicators hassas bir şekilde kontrol edilebilir ve çok düşük genliklerden çok yüksek genliklere ayarlanabilir. Genlik, sonikasyon işlemlerinin etkisini ve yıkıcılığını etkileyen ana faktörlerden biridir. Hielscher Ultrasonik’ Ultrasonik işlemciler, çok hafif ve yumuşaktan çok yoğun ve yıkıcı uygulamalara kadar uzanan çok geniş bir genlik spektrumu sunar. Doğru genlik ayarını, güçlendiriciyi ve sonotrotu seçmek, özel işleminiz için gerekli ultrasonik etkiyi ayarlamanıza olanak tanır. Hielscher'ın özel akış hücresi reaktörü MPC48 – MultiPhaseCavitator (soldaki resme bakın) – İkinci fazın 48 kanül aracılığıyla kavitasyonel sıcak noktaya ince bir suş olarak enjekte edilmesine izin verir, burada yüksek performanslı ultrason dalgaları iki fazı homojen bir karışım halinde dağıtır. MultiPhaseCavitator, kristal tohumlama noktalarını başlatmak ve perovskit nanokristallerinin çökelme reaksiyonunu kontrol etmek için idealdir.
Hielscher endüstriyel ultrasonik işlemciler olağanüstü yüksek genlikler sağlayabilir. 200μm'ye kadar genlikler, 7/24 çalışmada kolayca sürekli olarak çalıştırılabilir. Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodlar mevcuttur. Hielscher'ın ultrasonik ekipmanının sağlamlığı, ağır hizmet ve zorlu ortamlarda 7/24 çalışmaya izin verir.
Müşterilerimiz, Hielscher Ultrasonic'in sistemlerinin olağanüstü sağlamlığı ve güvenilirliğinden memnunlar. Ağır hizmet tipi uygulama, zorlu ortamlar ve 7/24 çalışma alanlarında kurulum, verimli ve ekonomik işleme sağlar. Ultrasonik işlem yoğunlaştırma, işlem süresini azaltır ve daha iyi sonuçlar, yani daha yüksek kalite, daha yüksek verim, yenilikçi ürünler elde eder.
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir: