Une technologie Microfluidic modulaire pour l’étude systématique des nanocristaux semiconducteurs colloïdal

Summary

Décrits dans les présentes sont les protocoles de fonctionnement et montage d’une plateforme de criblage microfluidique modulaire pour la caractérisation systématique des synthèses de nanocristaux semi-conducteurs colloïdal. Au moyen d’arrangements de système entièrement réglable, collection très efficace de spectres peut-être être menée dans 4 ordres de grandeur des échelles de temps de réaction dans un espace contrôlé par transfert de masse d’échantillonnage.

Abstract

NANOCRISTAUX SEMICONDUCTEURS colloïdal, appelée quantum dots (QDs), est une catégorie croissante de matériaux dans l’électronique commerciale, tels que la lumière électroluminescentes diodes électroluminescentes (del) et le photovoltaïque (PV). Parmi ce groupe de matériau, pérovskites organiques/inorganiques ont démontré une amélioration significative et potentiel vers la fabrication de PV haut rendement et à faible coût en raison de leurs mobilités de porteur de charge élevée et la durée de vie. Malgré les opportunités de perovskite QDs dans des applications PV et LED à grande échelle, le manque de compréhension fondamentale et complète de leurs voies de croissance a freiné leur adaptation dans les stratégies de nanofabrication continue. Les approches traditionnelles de dépistage basé sur la fiole sont généralement coûteux, fastidieux et imprécis pour caractériser efficacement la paramètre large espace synthèse variété et pertinente à des réactions QD colloïdales. Dans cet ouvrage, une plate-forme entièrement autonome microfluidique est développée pour étudier systématiquement l’espace grand paramètre associé à la synthèse colloïdale de nanocristaux dans un format de flux continu. Grâce à l’application d’un roman, traduction de cellule d’écoulement de trois ports et unités d’extension de réacteur modulaire, le système peut recueillir rapidement les spectres d’absorption et de fluorescence à travers longueur réacteur 3-196 cm. La longueur de réacteur réglable découple non seulement le temps de séjour depuis le transfert de masse dépendant de la vitesse, il améliore aussi considérablement les fréquences d’échantillonnage élevées et la consommation de produits chimiques en raison de la caractérisation des 40 spectres uniques au sein d’un même système équilibré. Taux d’échantillonnage peuvent atteindre jusqu'à 30 000 spectres uniques par jour, et les conditions couvrent 4 ordres de grandeur en résidence fois allant de 100 ms - 17 min. Autres demandes de ce système permettrait d’améliorer sensiblement le taux et la précision de la découverte de matériel et de dépistage à l’avenir des études. Détaillée dans ce rapport sont les matériaux du système et les protocoles de l’Assemblée avec une description générale du logiciel automatisé d’échantillonnage et traitement des données en mode hors connexion.

Introduction

L’avènement des nanocristaux semi-conducteurs, en particulier des points quantiques, a entraîné des progrès importants dans la recherche de matériel électronique et de fabrication. Par exemple, affiche de point quantique LEDs¹ ont déjà été appliquées en « QLED » disponible dans le commerce. Plus récemment parmi cette catégorie de semi-conducteurs, pérovskites ont suscité un intérêt substantiel et la recherche vers les technologies PV à haute efficacité et faible coût. Depuis la première démonstration d’un PV de base pérovskite en 2009,² l’efficacité de conversion énergétique de laboratoire de cellules solaires à base per....

Protocol

1. assemblage du réacteur

Figure 1 . Une illustration étape par étape d’un processus d’assemblage de plate-forme échantillon. Les panneaux montre une illustration étape par étape d’un processus d’assemblage de plate-forme échantillon détaillant (i) l’accord initial de la scène de la traduction et les titulaires de poste optique sur le pain de montage large, (ii) le montage du tube précurseur stade de montage et le flux des cellules sur les postes ....

Results

Les spectres de l’échantillon : Utilisant la plate-forme microfluidique discuté, les étapes de nucléation et croissance des nanocristaux semiconducteurs colloïdale à la température de synthèse peuvent être étudiés directement en surveillant l’évolution temporelle des spectres d’absorption et de fluorescence de la NANOCRISTAUX formé sous l’uniforme des conditions de mélange. Figure 5 A montre une série d’exemple de spectres ob.......

Discussion

Système de prélèvement automatique : Le fonctionnement autonome de la plateforme de criblage est effectué avec une machine à états finis contrôle central. Déplacement entre ces États se produit successivement avec plusieurs segments récursive pour permettre le fonctionnement à travers un nombre variable de conditions d’échantillonnage. Les contrôles de système général peuvent être divisées en 3 étapes de base. Tout d’abord, le système commence par une étape d’initialisation, qui établit des communication.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Toluène	Fisher Scientific	AC364410010	99,85 % supplémentaire sur tamis moléculaires
Acide oléique	Sigma Aldrich	364525  ; Qualité technique ALDRICH	90 %
hydroxyde de césium (50 % en poids dans l’eau)	Sigma Aldrich	232041 ALDRICH	50 % en poids dans l’eau > 99,9 % de métaux traces
Oxyde de plomb(II)	Sigma Aldrich	211907 SIGMA-ALDRICH	99,9 % base de métaux traces
Bromure de tétraoctylammonium	Sigma Aldrich	294136 ALDRICH	98 %
1/16 » OD, 0,04 » ID FEP tubing	MicroSolv	48410-40
Tube 1/16 » OD, 0,02 » ID ETFE	MicroSolv	48510-20
0,02 » à trou traversant PEEK Tee	IDEX Santé & Science	P-712
1/4-28 ETFE virole sans bride pour 1/16"	IDEX Health & Science	P-200N
1/4-28 Écrou sans bride PEEK pour 1/16"	IDEX Health & Science	P-230
Vanne en L PEEK 4 voies	IDEX Santé & Science	V-100L
Pompe à seringue	Harvard Apparatus Harvard	70-3007
Seringue en acier inoxydable 8 mL	Harvard Apparatus	70-2267
Seringue en verre 25 mL	Scientific Glass Engineering	25MDF-LL-GT
Breadboard optique	ThorLabs	MB1224
Platine de traduction 300 mm	ThorLabs	LTS300
Tige optique	ThorLabs	TR2-4	TR2, TR3 ou TR4
Support de tige optique	ThorLabs	PH4-6	PH4 ou PH6
LED 365 nm	ThorLabs M365LP1
pilote LED	ThorLabs	LEDD1B
Cordon de brassage 600 microns	Ocean Optics	QP600-1-SR
Source	lumineuse deutérium-halogèneOcean Optics	DH-2000-BAL
Spectromètre miniature	Ocean Optics	FLAME-S-XR1-ES
Périphérique d’E/S multifonctions (DAQ)	National Instruments	USB-6001
Logiciel d’instrument virtuel	National Instruments National Instruments	LabVIEW 2015 SP1