Nanokrystalfabrik kunne revolutionere fremstilling af quantum dot

North Carolina State University -forskere har udviklet et mikrofluidisk system til syntetisering af perovskit -kvantepunkter over hele spektret af synligt lys. Systemet reducerer produktionsomkostninger drastisk, kan afstemmes efter behov til enhver farve og giver mulighed for procesovervågning i realtid for at sikre kvalitetskontrol.

I løbet af de sidste to årtier har kolloidale halvleder -nanokrystaller, kendt som kvantepunkter (QD'er), er opstået som nye materialer til applikationer lige fra biologisk sansning og billeddannelse til LED -displays og høstning af solenergi. Det nye system kan bruges til løbende at fremstille QD'er af høj kvalitet til brug i disse applikationer.

"Vi kalder dette system Nanocrystal (NC) Factory, og det bygger på den NanoRobo mikrofluidiske platform, som vi afslørede i 2017, "siger Milad Abolhasani, en adjunkt i kemisk og biomolekylær teknik ved NC State og tilsvarende forfatter til et papir om værket.

"Ikke alene kan vi oprette QD'erne i enhver farve ved hjælp af en kontinuerlig fremgangsmåde til fremstilling, men NC Factory -systemet er meget modulært, "Abolhasani siger." Det betyder, at, kombineret med kontinuerlig procesovervågning, systemet gør det muligt at foretage ændringer efter behov for at eliminere batch-til-batch-variationen, der kan være et væsentligt problem for konventionelle QD-fremstillingsteknikker. Derudover den kemi, vi har udviklet i dette arbejde, tillader, at perovskit -QD -behandlingen finder sted ved stuetemperatur. "

Fluorescensfarven på QD'er er et resultat af den kemiske sammensætning, størrelsen, og den måde, nanokrystaller behandles på. Den originale QD-syntesestrategi, der blev anvendt i NanoRobo-systemet, muliggjorde rumtemperatur-syntese af grønt emitterende perovskit-QD'er, som er fremstillet ved hjælp af cæsium blybromid. NC Factory starter med cæsium blybromid perovskit kvantepunkter, men introducerer derefter forskellige halidsalt til præcist at indstille deres fluorescensfarve på tværs af hele spektret af synligt lys. Anioner i disse salte erstatter bromatomer i de grønemitterende prikker med enten jodatomer (for at bevæge sig mod den røde ende af spektret) eller chloratomer (for at bevæge sig mod blå).

"Fordi NC -fabrikken præcist kan kontrollere både kemisk sammensætning og forarbejdningsparametre, det kan bruges til kontinuerligt at fremstille perovskite kvantepunkter i enhver farve med den højeste kvalitet, "Siger Abolhasani.

NC Factory -systemet består af tre "plug and play" moduler. Forskerne udviklede et forblandingsmodul for at fremskynde blandingen af ​​halidsalt og kvantepunkter, for at forbedre produktkvaliteten. Systemet indeholder også en hastighedsføler, der gør det muligt for brugere at overvåge reaktionstider nøjagtigt. De syntetiserede QD'er overvåges derefter in situ ved hjælp af NanoRobo procesovervågningsmodul.

"Fra et videnskabeligt synspunkt, NC Factory -systemet tillod os at opdage, at denne halogenidudvekslingsproces finder sted i tre faser, "Abolhasani siger." Det er meget vigtigt for bedre at forstå reaktionsmekanismen. Men systemet kan også påvirke praktiske spørgsmål i forbindelse med quantum dot -applikationer og fremstilling. "

For eksempel, perovskite kvantepunkter er attraktive for solenergiindustrien for deres effektivitet, men de er stadig for dyre til at blive vedtaget i stor skala. Og mere end 60 procent af disse omkostninger tilskrives fremstillingsarbejde.

"NC Factory -systemet ville kræve langt mindre arbejdskraft for at fungere kontinuerligt, "Abolhasani siger." Vi vurderer, at systemet kan reducere de samlede produktionsomkostninger med mindst 50 procent. Det bør reducere produktionsomkostninger for QD'er til enhver anvendelse og bør i det mindste bevare - hvis ikke forbedre - kvaliteten af ​​kvantepunkterne.

"Vi har indsendt et patent på systemet, og arbejder med branchens samarbejdspartnere for at kommercialisere teknologien, "Siger Abolhasani.

Papiret, "Facil rumtemperatur Anionbytningsreaktioner af uorganiske Perovskite Quantum Dots aktiveret af en modulær mikrofluidisk platform, "er offentliggjort i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer . Co-first forfattere er Kameel Abdel-Latif og Robert Epps, der er ph.d. studerende i kemisk og biomolekylær teknik ved NC State. Avisen var medforfatter af Corwin Kerr, en bachelorstuderende ved NC State; Christopher Papa, en ph.d. studerende i kemi ved NC State; og Felix Castellano, Goodnight Innovation Distinguished Chair of Chemistry i NC State.