ここに詳細なモジュラー マイクロ スクリーニング用コロイド状半導体ナノ結晶の合成の系統的な評価の操作およびアセンブリのプロトコルです。により、完全に調整可能なシステム、高効率スペクトル コレクションは間サンプリングの大量転送制御空間内の 4 桁の反応時間スケール実施される可能性があります。
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この記事について
サマリー
要約
コロイド状半導体ナノ結晶、量子ドット (Qd)、として知られているが光などの商業電子材料の急速に成長しているクラス発光ダイオード (Led) 太陽光発電 (Pv)。この材料のグループの間で大幅に改善、その高い電荷キャリア移動度と寿命のため高効率・低コストの太陽電池作製に向けた潜在的な無機・有機ペロブスカイトが実証しています。ペロブスカイト型量子ドット太陽光発電と LED の大規模なアプリケーションのための機会、にもかかわらず彼らの成長経路の基本的かつ包括的な理解の欠如は、連続ナノマニュファクチャリング戦略内での適応を阻害しています。伝統的なフラスコ ベースのスクリーニングのアプローチは、一般的に高価な労働集約的で、効果的にコロイド量子ドット反応に関連する広いパラメーター領域と合成品種の特性評価に不正確です。この作品は、完全自律型マイクロ流体デバイスを開発して、連続フロー形式でナノ結晶のコロイドの合成に関連する大きなパラメーター空間を体系的に勉強します。3 ポートのフロー ・ セルやモジュール炉拡張子単位翻訳小説のアプリケーションでは、システム可能性があります急速に収集蛍光及び吸収スペクトル炉の長さ 3 196 cm の範囲にわたって。調節可能な原子炉の長さだけでなく分離速度依存性物質移動から滞留時間、サンプリング レートや単一の内の 40 のユニークなスペクトルの解析による化学消費も大幅に向上し、平衡のシステム。サンプル レートは、1 日あたり最大 30,000 のユニークなスペクトルを達する可能性があります、条件カバー 100 ms-17 分に鳴らせるレジデンスの 4 桁。このシステムのそれ以上の適用は、率と材料の探索とスクリーニングに関する研究では将来的に精密に大幅に向上させるでしょう。このレポート内の詳細は、システム材料および自動サンプリング ソフトウェアとオフライン データ処理の一般的な説明とアセンブリ プロトコル。
概要
特に量子ドット半導体ナノ結晶の出現は、電子材料の研究と生産の飛躍的な発展を牽引してきた。たとえば、量子ドット Led1は市販「QLED」ですでに実装されているが表示されます。最近では、半導体のこのクラスの中では、ペロブスカイトは実質的な関心、太陽光発電技術の高効率化と低コストに向けた研究に始まっています。2009 年にペロブスカイト型 PV の最初のデモンストレーション以来2ペロブスカイト型太陽電池の実験室規模の電力変換効率は、任意の太陽光発電技術の歴史の中で比類のない速度で増加しています。3,4ペロブスカイト型 Pv の運転の関心では、に加えてさまざまなペロブスカイト型ナノ結晶の安易なコロイド合成を記述する最近の方法を作成したペロブスカイト型量子ドットでの低コスト ソリューション フェーズの処理のための機会民生。5,6,7,8,9,10
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プロトコル
1. 炉の組み立て
図 1.サンプル プラットフォーム アセンブリ プロセスの順を追って図。パネル (i) 翻訳の段階と光ポスト ホルダー取付パン広い、(ii) ステージをマウント前駆体管の取り付けの初期配置の詳細サンプル プラットフォーム アセンブリ プロセスの順を追って図を示していますと、フロー セル光の記事、(iii) に透明性流動経路、同時に最初のサンプリング ユニットを配置しながら前駆体チューブの確保 (iv) を明らかにする下にあるカスタムの十字分岐するマイクロ チューブの添付ファイル (v)各モジュール、(vi) 原子炉の配管経路拡張ユニット (vii) 構造と光の記事をサポートする最終サンプリング ユニットの確保を通じて実行炉チューブ追加サンプリング単位の後続の接続。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
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結果
サンプル スペクトル:議論マイクロ流体プラットフォームを活用し、合成温度でコロイド状半導体ナノ結晶の核生成と成長段階学ぶことができる直接の吸収及び蛍光スペクトルの時間発展を監視することによって、均一混合条件の下で形成されたナノ結晶。図 5Aは、3 ポートのフロー ・ セルの単一パス内で得られるスペクトルの例のセットを示しています。発光波長分布だけでは高品質 led の製造、実験的検証の有効質量近似モデル内での吸収と発光のバンド ギャップ エネルギーをフィッティングのアプリケーションに向けた貴重な洞察力を提供しながら合成中のナノ粒子径分布の連続監視が可能になります。14スペクトルの同等のセットは、さまざまな流量とデータ コレクション 17 分 100 ms にまたがる回住居間で許容されている原子炉の距離で得られました。
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ディスカッション
自動サンプリング システム:スクリーニング プラットフォームの自律的動作は中央制御有限状態マシンで実行されます。これらの状態間の移動は、さまざまなサンプリング条件で動作を可能に複数の再帰的なセグメントで順番に発生します。一般的なシステム コントロールは、コアの 3 段階に分けることができます。最初に、システムは各 USB 制御コンポーネントを介して通信を確立、自動的に経路を保存ファイルを定義します、初期のユーザー入力を求める初期化ステップから始まります。プログラムすべての必要なデータが収集されたまですべて入力した反応条件のサンプリング プロセスを通じて実行されます。最後に、終了処理が開始位置にスクリプトの処理を終了する前にすべてのハードウェアを返します。このソフトウェアの一般的な動きは、図 6の詳細です。
ポートの検出:メインのオートメーション フレームワークは効果的かつ効率的な反応特性を有効にするいくつかの重要な機能があります。最初に、
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開示事項
ノースカロライナ州立大学は議論マイクロ流体プラットフォーム (#62/558,155) 仮特許を提出しました。
謝辞
作者は感謝してノースカロライナ州立大学によって提供される財政援助を認めます。Milad Abolhasani とロバート ・ w ・ エップス UNC 研究機会イニシアチブ (UNC ROI) グラントからの財政支援より感謝します。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| トルエン | フィッシャーサイエンティフィック | AC364410010 | レキュラーシーブシグマアルドリッチよりも99.85%余分に |
| ドリッチ | 364525 ALDRICH | テクニカルグレード90% | |
| 水酸化セシウム(水中50重量%) | シグマアルドリッチ | 232041アルドリッチ | 50重量%水中>99.9%微量金属 |
| 酸化鉛(II) | シグマアルドリッチ | 211907シグマアルドリッチ> | 99.9%微量金属ベース |
| テトラオクチルアンモニウムブロマイド | シグマアルドリッチ | 294136アルドリッチ | 98% |
| 1/16インチ外径、0.04インチ内径FEPチューブ | MicroSolv | 48410-40 | |
| 1/16 "OD、0.02" ID ETFEチューブ | MicroSolv | 48510-20 | |
| 0.02 "スルーホールPEEK | ティーIDEX健康&サイエンス | P-712 | |
| 1/4-28 ETFEフランジレスフェルール1/16 " | IDEX健康&用フェルール科学 | P-200N | |
| 1/4-28 PEEKフランジレスナット1/16 " | IDEX健康&用ナットサイエンス | P-230 | |
| 4方向PEEK Lバルブ | IDEX Health &科学 | V-100L | |
| シリンジポンプ | ハーバード装置 | 70-3007 | |
| 8 mL ステンレス鋼シリンジ | ハーバード装置 | 70-2267 | |
| 25 mL ガラスシリンジ | 科学ガラス工学 | 25MDF-LL-GT | |
| 光学ブレッドボード | ThorLabs | MB1224 | |
| 300 mm 翻訳ステージ | ThorLabs | LTS300 | |
| 光ポスト | ThorLabs | TR2-4 | TR2、TR3、または TR4 |
| 光ポストホルダー | ThorLabs | PH4-6 | PH4 または PH6 |
| 365 nm LED | ThorLabs | M365LP1 | |
| LED ドライバー | ThorLabs | LEDD1B | |
| 600 ミクロン パッチコード | Ocean Optics | QP600-1-SR | |
| 重水素ハロゲン光源 | Ocean Optics | DH-2000-BAL | |
| ミニチュア分光計 | Ocean Optics | FLAME-S-XR1-ES | |
| マルチファンクションI/Oデバイス(DAQ) | National Instruments | USB-6001 | |
| Virtual Instrument Software | National Instruments | LabVIEW 2015 SP1 |
参考文献
- Tan, Z. -K., Moghaddam, R. S., et al. Bright light-emitting diodes based on organometal halide perovskite. Nature Nanotechnology. 9 (9), 687-692 (2014).
- Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. Journal of the American Chemical Society.
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再版と許可
