Ultratovush bilan ishlov berish orqali perovskit sintezi
Ultratovush taʼsirida yuzaga keladigan va jadallashtiriladigan reaksiyalar yorugʻlik taʼsirida faollashadigan, koʻpincha anʼanaviy usullar bilan tayyorlab boʻlmaydigan materiallarni ishlab chiqarish uchun sodda, aniq boshqariladigan va koʻp maqsadli sintez usulini taqdim etadi.
Perovskit kristallarini ultratovush yordamida kristallantirish va choʻktirish juda samarali va iqtisodiy tejamkor usul boʻlib, ommaviy ishlab chiqarish uchun perovskit nanokristallarini sanoat miqyosida ishlab chiqarish imkonini beradi.
Perovskit nanokristallarining ultratovushli sintezi
Organik–noorganik qoʻrgʻoshin galogenidli perovskitlar yorugʻlikni yuqori darajada yutish, zaryad tashuvchilarning juda uzoq yashash vaqti, zaryad tashuvchilarning diffuziya uzunligi va yuqori harakatchanligi kabi ajoyib optoelektronik xossalarga ega. Bu xossalar perovskit birikmalarini quyosh panellari, LEDlar, fotodetektorlar, lazerlar va boshqalardagi yuqori samarali qoʻllanishlar uchun ustun funksional materialga aylantiradi.
Ultratovush bilan ishlov berish turli organik reaksiyalarni tezlashtirishning fizik usullaridan biridir. Ultratovush bilan ishlov berish kristallanish jarayoniga taʼsir qiladi va uni boshqaradi, natijada monokristalli perovskit nanozarrachalarining oʻlcham xususiyatlarini boshqarish mumkin boʻladi.
CH3NH3PbBr3 kvant nuqtalarining (a) ultratovush bilan ishlov berilgan va (b) ultratovush bilan ishlov berilmagan holatdagi TEM tasvirlari.
UIP2000hdT – bosim ostida ishlay oladigan oqim hujayrasi reaktori bilan
Perovskitning ultratovushli sinteziga oid tadqiqot misollari
Tadqiqotlarda ultratovush yordamida perovskit kristallarini oʻstirishning turli xil usullari qoʻllanilgan. Umuman olganda, perovskit kristallari suyuq muhitda oʻstirish usuli bilan tayyorlanadi. Perovskit kristallarini choʻktirish uchun prekursor eritmasida maqsadli namunalarning eruvchanligi asta-sekin va boshqariladigan tarzda kamaytiriladi. Perovskit nanokristallarini ultratovush yordamida choʻktirish asosan antierituvchi yordamida keskin choʻktirishga asoslanadi.
Perovskit nanokristallarini ultratovush yordamida kristallantirish
Jang va boshq. (2016) ultratovush yordamida qoʻrgʻoshin galogenidli perovskit nanokristallarining muvaffaqiyatli sintezi haqida xabar beradi. Ultratovush yordamida APbX3 perovskit nanokristallari keng turdagi tarkiblarda, bunda A = CH3NH3, Cs yoki HN=CHNH3 (formamidiniy), X esa Cl, Br yoki I boʻlgan holda choʻktirildi. Ultratovush bilan ishlov berish prekursorlarning (AX va PbX2) toluolda erish jarayonini tezlashtiradi, erish tezligi esa nanokristallarning oʻsish tezligini belgilaydi. Keyinchalik tadqiqot guruhi bir xil oʻlchamdagi nanokristallarni katta yuzali kremniy oksidi tagliklariga aylantirib qoplash usuli bilan bir tekis surtib, yuqori sezgirlikka ega fotodetektorlar tayyorladi.
CH3NH3PbBr3 zarrachalarining (a) ultratovush bilan ishlov berilgan va (b) ultratovush bilan ishlov berilmagan holatdagi oʻlcham taqsimotlari.
Chen va boshq. 2017
Perovskitni ultratovush yordamida asimmetrik kristallantirish
Peng va boshq. (2016) kavitatsiya qoʻzgʻatadigan asimmetrik kristallanishga (CTAC) asoslangan yangi oʻstirish usulini ishlab chiqdi. Bu usul kristallanish markazlari hosil boʻlish toʻsigʻini yengish uchun yetarli energiya berib, geterogen kristallanish markazlari hosil boʻlishini ragʻbatlantiradi. Qisqacha aytganda, antierituvchi bugʻining diffuziyasi natijasida eritma past oʻta toʻyinganlik darajasiga yetganda, ular eritmaga juda qisqa ultratovush impulslarini (≈ 1sec) berdi. Ultratovush impulsi yuqori oʻta toʻyinganlik darajalarida beriladi; bunda kavitatsiya haddan tashqari koʻp kristallanish markazlari hosil boʻlishini va shu sababli koʻplab mayda kristallarning oʻsishini qoʻzgʻatadi. Istiqbolli natija sifatida, MAPbBr3 monokristalli plyonkalari takroriy sikllarda ultratovush bilan ishlov berish davomida bir necha soat ichida turli tagliklar yuzasida oʻsdi.
Perovskit kvant nuqtalarining ultratovushli sintezi
Chen va boshq. (2017) oʻz tadqiqot ishida ultratovush nurlanishi ostida perovskit kvant nuqtalarini (QDs) tayyorlashning samarali usulini taqdim etadi. Ultratovush bilan ishlov berish perovskit kvant nuqtalarining choʻkishini tezlashtirish uchun mexanik usul sifatida qoʻllaniladi. Perovskit kvant nuqtalarining kristallanish jarayoni ultratovush bilan ishlov berish orqali jadallashtiriladi va boshqariladi, natijada nanokristallar oʻlchami aniq moslashtiriladi. Perovskit kvant nuqtalarining tuzilishi, zarracha oʻlchami va morfologiyasi tahlili ultratovush yordamida kristallantirish kichikroq zarrachalar oʻlchamini va zarrachalar oʻlchamining bir tekisroq taqsimotini berishini koʻrsatdi. Ultratovushli (= sonokimyoviy) sintez yordamida turli kimyoviy tarkibli perovskit kvant nuqtalarini ishlab chiqarish ham mumkin boʻldi. Perovskit kristallaridagi ushbu turli tarkiblar emissiya choʻqqilari va adsorbsiya chegaralari ustida «unable» amalini bajarish imkonini berdi; bu xususiyatlar CH3NH3PbX3 (X = Cl, Br va I) ga tegishli boʻlib, nihoyatda keng rang qamroviga olib keldi.
Ultratovushli dispersiyalash
Nanozarrachalar suspenziyalari va siyohlariga ultratovush bilan ishlov berish nanosuspenziyani toʻrlar yoki elektrodlar kabi tagliklarga surtishdan oldin ularni bir tekis dispersiyalashning ishonchli usulidir. (qarang: Belchi va boshq. 2019; Pichler va boshq. 2018)
Ultratovushli dispersiyalash yuqori qattiq modda konsentratsiyalariga ega materiallarga (masalan, pastalarga) oson ishlov beradi va nanozarrachalarni alohida dispersiyalangan zarrachalarga ajratib tarqatadi, natijada bir tekis suspenziya hosil boʻladi. Bu keyingi qoʻllashda, taglik qoplanganda, aglomeratlar kabi toʻplanishlar qoplamaning ishlash samaradorligini pasaytirmasligini taʼminlaydi.
Ultratovushli dispersiyalash bir tekis nanooʻlchamli suspenziyalar tayyorlaydi: yashil egri chiziq – ultratovush bilan ishlov berishdan oldin / qizil egri chiziq – ultratovush bilan ishlov berishdan keyin
Perovskitni choʻktirish uchun ultratovushli protsessorlar
Hielscher Ultrasonics yuqori sifatli perovskit kristallarining sonokimyoviy sintezi uchun yuqori samarali ultratovushli tizimlarni loyihalaydi va ishlab chiqaradi. Bozor yetakchisi boʻlgan va ultratovush bilan ishlov berish sohasida uzoq yillik tajribaga ega Hielscher Ultrasonics oʻz mijozlariga dastlabki amalga oshirish imkoniyatini tekshirish sinovidan tortib, jarayonni optimallashtirish va yirik miqyosdagi ishlab chiqarish uchun sanoat ultratovushli protsessorlarini yakuniy oʻrnatishgacha yordam beradi. Laboratoriya va stol usti ultratovush qurilmalaridan sanoat ultratovushli protsessorlarigacha boʻlgan toʻliq mahsulot turkumini taklif etuvchi Hielscher nanokristall jarayoningiz uchun ideal qurilmani tavsiya qila oladi.
Barcha Hielscher ultratovush qurilmalarini aniq boshqarish va juda past amplitudalardan juda yuqori amplitudalargacha sozlash mumkin. Amplituda ultratovush bilan ishlov berish jarayonlarining taʼsiri va parchalash xususiyatiga taʼsir qiladigan asosiy omillardan biridir. Hielscher Ultrasonics ultratovushli protsessorlari juda yengil va yumshoq ishlov berishdan juda jadal va parchalovchi ishlov berishgacha boʻlgan qoʻllanishlarni qamrab oluvchi nihoyatda keng amplitudalar spektrini taʼminlaydi. Toʻgʻri amplituda sozlamasi, amplituda kuchaytirgichi va sonotrodni tanlash muayyan jarayoningiz uchun zarur ultratovush taʼsirini belgilash imkonini beradi. Hielscher kompaniyasining maxsus oqim hujayrasi reaktori qoʻshimcha elementi MPC48 – MultiPhaseCavitator (chapdagi rasmga qarang) – ikkinchi fazani 48 ta kanyula orqali «thin strain» shaklida kavitatsiya oʻchogʻiga yuborish imkonini beradi. U yerda yuqori samarali ultratovush toʻlqinlari ikki fazani bir jinsli aralashmaga dispersiyalaydi. MultiPhaseCavitator kristall oʻsishi boshlanadigan markazlarni hosil qilish va perovskit nanokristallarining choʻkish reaksiyasini boshqarish uchun idealdir.
Hielscher sanoat ultratovushli protsessorlari favqulodda yuqori amplitudalarni taʼminlay oladi. 200µm gacha boʻlgan amplitudalarda 24/7 rejimida uzluksiz ishlashni oson amalga oshirish mumkin. Yanada yuqori amplitudalar uchun maxsus buyurtma asosida tayyorlanadigan ultratovushli sonotrodlar mavjud. Hielscher ultratovush uskunalarining mustahkamligi katta yuklamalarda va murakkab muhitlarda 24/7 rejimida ishlash imkonini beradi.
Mijozlarimiz Hielscher Ultrasonic tizimlarining ajoyib mustahkamligi va ishonchliligidan mamnun. Katta yuklama bilan ishlatiladigan sohalarda, murakkab muhitlarda va 24/7 rejimida ishlash uchun oʻrnatish samarali va iqtisodiy tejamkor ishlov berishni taʼminlaydi. Ultratovush yordamida jarayonni jadallashtirish ishlov berish vaqtini qisqartiradi va yaxshiroq natijalarga, yaʼni yuqoriroq sifat, yuqoriroq mahsulot chiqishi va innovatsion mahsulotlarga erishadi.
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:
| Partiya hajmi | Hajmiy oqim tezligi | Tavsiya etilgan qurilmalar |
|---|---|---|
| 0,5–1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | kattaroq | qurilmalar klasteri – UIP16000 |
Biz bilan bogʻlaning! / Bizdan soʻrang!
Yuqori quvvatli ultratovushli gomogenizatorlar – laboratoriya miqyosidan tajriba miqyosigacha va sanoat miqyosigacha.
Adabiyotlar/Manbalar
- 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.
Bilishga arziydigan faktlar
Perovskit
Perovskit atamasi perovskit mineralini (kalsiy titan oksidi yoki kalsiy titanati deb ham ataladi, kimyoviy formulasi CaTiO3) hamda muayyan material tuzilishini ifodalaydi. Nomiga muvofiq, perovskit minerali perovskit tuzilishiga ega.
Perovskit birikmalari kubik, tetragonal yoki ortorombik tuzilishda boʻlishi mumkin va ularning kimyoviy formulasi ABX3. A va B kationlar, X esa ularning ikkalasi bilan bogʻlanadigan anionni bildiradi. Perovskit birikmalarida A kationi B kationidan sezilarli darajada kattaroq. Perovskit tuzilishiga ega boshqa minerallar loparit va bridgmanitdir.
Perovskitlar oʻziga xos kristall tuzilishga ega va bu tuzilishda turli kimyoviy elementlarni birlashtirish mumkin. Maxsus kristall tuzilishi tufayli perovskit molekulalari oʻta oʻtkazuvchanlik, juda yuqori magnit qarshilik va/yoki ferroelektriklik kabi turli qimmatli xossalarni namoyon qilishi mumkin. Bu xossalar ushbu birikmalarni sanoatda qoʻllash uchun juda qiziqarli qiladi. Bundan tashqari, perovskit tuzilmalarini hosil qilish uchun juda koʻp turli elementlarni birlashtirish mumkin, bu esa materialning muayyan xususiyatlarini birlashtirish, oʻzgartirish va kuchaytirish imkonini beradi. Tadqiqotchilar, olimlar va jarayon ishlab chiquvchilar ushbu imkoniyatlardan perovskitning fizik, optik va elektr xususiyatlarini tanlab loyihalash va optimallashtirish uchun foydalanadi.
Optoelektronik xossalari gibrid perovskitlarni quyosh elementlarida qoʻllash uchun ideal nomzodlarga aylantiradi. Perovskitli quyosh elementlari esa katta miqdorda toza, ekologik xavfsiz energiya ishlab chiqarishga yordam berishi mumkin boʻlgan istiqbolli texnologiyadir.
Adabiyotlarda keltirilgan monokristalli perovskitning muhim optoelektronik parametrlari:
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 µm1.4 × 1010MAPbI3850 nm164 ± 25 Kovaklar harakatchanligi (SCLC) 105 Kovaklar harakatchanligi (Hall) 24 ± 6,8 elektron SCLC
82 ± 5 µs TPV 95 ± 8 µs impedans spektroskopiyasi (IS)9 × 109 p175 ± 25 µm3.6 × 1010 kovak uchun 34,5 × 1010 elektron uchunMAPbI31,53 eV 784 nm34 Hall
8,8 × 1011 p
1,8 × 109 kovak uchun 4,8 × 1010 elektron uchunMAPbBr31,53 eV 784 nm34 Hall
8,8 × 1011 p
1,8 × 109 kovak uchun 4,8 × 1010 elektron uchunMAPbBr32,24 eV 537 nm4.36 Hall
3,87 × 1012 p
2,6 × 1010 kovak uchun 1,1 × 1011 elektron uchunMAPbCl32,24 eV 537 nm4.36 Hall
3,87 × 1012 p
2,6 × 1010 kovak uchun 1,1 × 1011 elektron uchunMAPbCl32,97 eV 402 nm179 Hall
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 × 1010FAPbI31,49 eV 870 nm40 ± 5 Kovaklar harakatchanligi SCLC1.8 × 10-8
2,8 × 109
1,34 × 1010
| Materiallar | Taqiqlangan zona kengligi yoki yutilish boshlanishi | Harakatchanlik [cm2 V-1 s-1] | Elektr oʻtkazuvchanlik [Ω-1 cm-1] | Zaryad tashuvchilarning yashash vaqti va usul | Zaryad tashuvchilar konsentratsiyasi va turi [cm-3] (n yoki p) | Diffuziya uzunligi | Tutqichlar zichligi [cm-3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MAPbBr3 | 2,21 eV 570 nm | 115 (TOF) 20–60 (Hall) 38 (SCLC) | τs = 41 ns τb = 457 ns (PL) | 5 × 109 dan 5 × 1010 gacha p | 3–17 µm | 5,8 × 109 |