Una tecnología de microfluidos Modular para estudios sistemáticos de nanocristales de Semiconductor coloidal

Summary

Detallados en este documento son los protocolos de montaje y funcionamiento de una plataforma de proyección modular de microfluidos para la caracterización sistemática de síntesis de nanocristales de semiconductor coloidal. A través de acuerdos de sistema completamente ajustable, colección de espectros muy eficiente puede llevarse a cabo a través de escalas de tiempo de reacción de 4 órdenes de magnitud dentro de un espacio de muestreo controlado por transferencia de masa.

Abstract

Nanocristales de semiconductor coloidal, conocido como quantum dots (QDs), una clase creciente de materiales en la electrónica comercial, como la luz emiten los diodos (LEDs) y fotovoltaica (PVs). Entre este grupo de materiales, perovskitas inorgánicos/orgánicos han demostrado una mejoría significativa y potencial hacia la fabricación de PV de alta eficiencia y bajo costo debido a su movilidad de portador de alta carga y cursos de la vida. A pesar de las oportunidades de Perovskita QDs en aplicaciones de PV y LED a gran escala, la falta de comprensión fundamental e integral de sus vías de crecimiento ha inhibido su adaptación dentro de las estrategias de nanofabricación continua. Enfoques tradicionales proyección basada en el matraz son generalmente caros, intensivas e impreciso para caracterizar eficazmente el parámetro amplio espacio síntesis variedad y pertinente a las reacciones coloidales de QD. En este trabajo, se desarrolla una plataforma totalmente autónoma microfluídicos para estudiar sistemáticamente el espacio de gran parámetro asociado con la síntesis coloidal de nanocristales en forma de flujo continuo. A través de la aplicación de una novela traducción de celda de flujo de tres puertos y unidades de extensión modulares de reactor, el sistema puede recopilar rápidamente espectros de absorción y fluorescencia en longitudes de reactor que van 3 196 cm. La longitud ajustable del reactor no sólo desempareja el tiempo de residencia de la transferencia de masa dependen de la velocidad, que mejora también sustancialmente las tasas de muestreo y consumo químico debido a la caracterización de 40 únicos espectros dentro de un solo sistema de equilibrado. Velocidades de muestreo pueden alcanzar hasta 30.000 espectros únicos por día, y las condiciones de cubren de 4 órdenes de magnitud en la residencia de las épocas que van de 100 ms - 17 min. Otros usos de este sistema mejoraría sustancialmente la velocidad y precisión del descubrimiento material y estudios de detección en el futuro. Detallados en este informe son los materiales del sistema y protocolos de la Asamblea con una descripción general del software automatizado de muestreo y procesamiento de datos fuera de línea.

Introduction

El advenimiento de nanocristales de semiconductores, particularmente puntos cuánticos, ha impulsado importantes avances en la investigación de materiales y fabricación. Por ejemplo, muestra de punto cuántico LEDs¹ ya han sido implementadas en "QLED" disponible en el mercado. Más recientemente entre esta clase de semiconductores, perovskitas han generado considerable interés e investigación hacia las tecnologías de alta eficiencia y bajo costo PV. Desde la primera manifestación de un PV de Perovskita basados en 2009,² la eficiencia de conversión de energía de escala de laboratorio de células solares basadas en perovskita ....

Protocol

1. reactor Asamblea

Figura 1 . Ilustración paso a paso de un proceso de ensamblaje de la plataforma muestra. Los paneles se muestra una ilustración paso a paso de un proceso de montaje de plataforma muestra detallando (i) la disposición inicial de la etapa de la traducción y titulares de puestos óptico sobre el pan de montaje amplio, (ii) el montaje del tubo del precursor etapa de montaje y el flujo celular en mensajes ópticos, (iii) la sujeción d....

Results

Espectros de la muestra: Utilizando la plataforma de microfluidos discutido, las etapas de nucleación y crecimiento de nanocristales de semiconductor coloidal a la temperatura de síntesis se pueden estudiar directamente controlando el tiempo de evolución de los espectros de absorción y fluorescencia de la nanocristales formado bajo condiciones de mezcla uniforme. Figura 5 A muestra un conjunto de ejemplo de los espectros obte.......

Discussion

Sistema de muestreo automático: El funcionamiento autónomo de la plataforma de proyección se realiza con una máquina de estados finitos de control central. Movimiento entre estos Estados se produce secuencialmente con múltiples segmentos recursivo para permitir la operación a través de un número variable de las condiciones de muestreo. Los controles generales del sistema se pueden dividir en 3 etapas principales. En primer lugar, el sistema comienza con un paso de inicialización, que establece comunicaci.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Tolueno	Fisher Scientific	AC364410010	un 99,85% más que los tamices moleculares
Ácido oleico	Sigma Aldrich	364525  Grado técnico ALDRICH	90%
Hidróxido de cesio (50% en peso en agua)	Sigma Aldrich	232041 ALDRICH	50% en peso en agua > 99,9% de metales traza
Óxido de plomo (II)	Sigma Aldrich	211907 SIGMA-ALDRICH	base de 99,9% de metales traza
Bromuro de tetraoctilamonio	Sigma Aldrich	294136 ALDRICH	98%
1/16" OD, 0.04" ID Tubo FEP	MicroSolv	48410-40
1/16" OD, 0.02" ID Tubo ETFE	MicroSolv	48510-20
0.02" con orificio pasante Camiseta PEEK	IDEX Health & Férula sin	P-712
1/4-28 ETFE para 1/16"	IDEX Health & Science	P-200N
1/4-28 Tuerca sin brida de PEEK para 1/16"	IDEX Health & Science	P-230
Válvula en L de PEEK de 4 vías	IDEX Health & Ciencia	V-100L
Bomba de jeringa	Harvard Apparatus	70-3007
8 mL jeringa de acero inoxidable	Harvard Apparatus	70-2267
25 mL jeringa de vidrio	Scientific Glass Engineering	25MDF-LL-GT
Placa de pruebas óptica	ThorLabs	MB1224
Etapa de traducción de 300 mm	ThorLabs	LTS300
Poste óptico	ThorLabs	TR2-4	TR2, TR3 o TR4
Soporte de poste óptico	ThorLabs	PH4-6	PH4 o PH6
LED de 365 nm	ThorLabs	M365LP1
controlador LED	ThorLabs	LEDD1B
Latiguillo de 600 micras	Ocean Optics	QP600-1-SR
Fuente	de luz halógena de deuterioOcean Optics	DH-2000-BAL
Espectrómetro en miniatura	Ocean Optics	FLAME-S-XR1-ES
Dispositivo de E/S multifuncional (DAQ)	USB-6001		National Instruments
LabVIEW	2015 SP1		National Instruments