Method Article

טכנולוגיה Microfluidic מודולרי עבור מחקרים שיטתיים של מוליכים למחצה Colloidal Nanocrystals

DOI:

10.3791/57666

⸱

May 10th, 2018

 ,  ,  , 
1Chemical and Biomolecular Engineering, North Carolina State University, 2Chemical Engineering, Massachusetts Institute of Technology

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מפורט במסמך זה הם הפרוטוקולים מבצע והרכבה של פלטפורמה ההקרנה microfluidic מודולרי עבור האפיון שיטתית של מוליכים למחצה colloidal nanocrystal syntheses. דרך מערכת מתכוונן במלואו הסדרים, אוסף ספקטרה יעילים ביותר עשוי להתבצע על פני 4 סדרי גודל סולמות זמן התגובה בתוך מרחב הדגימה שבשליטת העברת מסה.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nanocrystals colloidal מוליכים למחצה, המכונה קוונטית נקודות (QDs), הם שיעור בצמיחה של חומרים בתחום האלקטרוניקה המסחרי, כגון אור פולטות דיודות (נוריות), photovoltaics (PVs). בקרב קבוצה זו גשמי, perovskites אי-אורגנית/אורגני הראו שיפור משמעותי ופוטנציאל לעבר ייצור PV יעילות גבוהה, בעלות נמוכה בשל תשלום גבוה המוביל mobilities ואורך שלהם. למרות הזדמנויות פרוביסקיט QDs ביישומים PV ל- LED בקנה מידה גדול, חוסר הבנה בסיסי ומקיף של מסלולים הצמיחה שלהם יש עכבות ההסתגלות שלהם בתוך nanomanufacturing רציף אסטרטגיות. גישות ההקרנה מסורתי המבוסס על הבקבוק הם בדרך כלל יקרים, עתירי עבודה, מדויק עבור ביעילות אפיון רחבה פרמטר space וסינתזה המגוון רלוונטי colloidal QD תגובות. בעבודה זאת, פלטפורמה עצמאית לחלוטין microfluidic מפותחת ללמוד באופן שיטתי את החלל פרמטר גדולים הקשורים הסינתזה colloidal של nanocrystals בתבנית זרימה רציפה. באמצעות היישום של רומן תרגום שלוש יציאות זרימה תא ויחידות הרחבה מודולרית הכור, המערכת עשויה במהירות לאסוף פלורסצנטיות ספקטרום בליעה על פני הכור אורכים החל 3-196 ס מ. אורך מתכוונן הכור לא רק decouples residence מעת ההעברה המוני תלוית מהירות, זה גם משפר באופן ניכר את שיעורי דגימה וצריכת כימי בשל אפיון 40 ספקטרום ייחודי בתוך יחידה מערכת equilibrated. שיעורי דגימה עשוי להגיע עד 30,000 ספקטרום ייחודי ליום, ולכסות התנאים 4 סדרי גודל מגורים פעמים החל 100 ms - 17 דקות. יישומים נוספים של מערכת זו תשפר באופן משמעותי את קצב ודיוק של גילוי גשמי, הקרנת בעתיד מחקרים. מפורטים בדוח זה הן מערכת חומרים והפרוטוקולים הרכבה עם תיאור כללי של דגימה אוטומטית תוכנה, עיבוד נתונים לא מקוונים.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כניסתו של מוליכים למחצה nanocrystals, במיוחד נקודות קוונטיות, מונע על התקדמות משמעותית חומרים אלקטרוניים מחקר וייצור. לדוגמה, מציג נקודה קוונטית נוריות1 כבר יושמו ב זמינים מסחרית "QLED". לאחרונה בין מחלקה זו של מוליכים למחצה, perovskites, עוררו עניין משמעותי ומחקר כלפי טכנולוגיות PV יעילות גבוהה, בעלות נמוכה. מאז ההפגנה הראשונה של PV מבוססי פרוביסקיט בשנת 2009,2 מעבדה-סולם כוח יעילות המרה פרוביסקיט מבוססי תאים סולריים גדל בקצב חסר תקדים על ידי כל טכנולוגיה PV בהיסטוריה. 3 , 4 בנוסף האינטרס המניע PVs מבוססי פרוביסקיט, מגוון שיטות האחרונות המתארת את הסינתזה colloid....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. כור הרכבה

figure-protocol-1
איור 1 . איור שלב אחר שלב של תהליך ההרכבה של פלטפורמה מדגם. הלוחות מראה דוגמה שלב אחר שלב של תהליך ההרכבה פלטפורמה דוגמת המפרט (i) הסידור הראשוני של שלב התרגום ומחזיקים אופטי פוסט על הלחם הרכבה רחב, (ii) הרכבה של הצינור קודמן הרכבה הבמה ו זרימה תא על ההודעות אופטי, (iii) ההחזקה של הצנרת microfluidic לצומת מותאם אישית קרוס-אשר נמצאת תחת שקיפות לחשוף מסלולים זרימה, (iv) הבטחת שלומו של הצנרת קודמן בזמן בו זמנית מיקום יחידת הדגימה הראשונה....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

לטעום ספקטרה: ניצול פלטפורמת microfluidic נדונה, השלבים התגרענות וצמיחה של מוליכים למחצה colloidal nanocrystals בטמפרטורה סינתזה יכול ישירות להילמד על ידי ניטור הזמן-האבולוציה של ספקטרום קרינה פלואורסצנטית ורפואה של nanocrystals בנוי מתחת למדים ערבוב תנאים. איור 5 A מציג ערכה דוגמה של ספקטרה שהושג בתוך ממכה אחת של התא זרימה שלוש יציאות. בעוד ההפצות גל פליטה לבד לספק תובנות בעלות ערך כלפי יישומים ב- LED באיכות גבוהה ייצור, הול.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אוטומטי מערכת דגימה: הפעולה האוטונומית של פלטפורמת הסינון מתבצע עם אוטומט נקודות קצה שליטה מרכזית. התנועה בין מצבים אלו מתרחשת ברצף מקטעים רקורסיביים מרובים כדי לאפשר פעולה על פני מספר משתנים התנאים הדגימה. ניתן לחלק את הפקדים מערכת כללי 3 שלבים הליבה. ראשית, המערכת מתחיל שלב האתחול, אשר יוצר תקשורת דרך כל רכיב שבשליטת USB, אוטומטית מגדיר קובץ שמירת מסלולים, ומציג בקשה לקלט משתמש ראשונית. התוכנית פועלת אז דרך תהליך הדגימה עבור כל תנאי התגובה שהוזן עד שכל הנתונים הרצויים שנאספו. לבסוף, לאחר סיום תהליך החז.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

צפון קרוליינה סטייט הגיש פטנט זמני (#62/558,155) על פלטפורמת microfluidic שנדונו.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים מאשר בתודה את התמיכה הכספית שסופקו על-ידי צפון קרוליינה סטייט. מילאד Abolhasani, רוברט וו אפסס בהכרת תודה מכיר בכך תמיכה כספית מ המענק ליוזמה הזדמנויות מחקר UNC (UNC-ROI).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
טולואןפישר סיינטיפיקAC36441001099.85% תוספת על פני מסננות מולקולריות
חומצה אולאיתסיגמא אולדריץ'364525  דרגה טכנית של ALDRICH 90%
צזיום הידרוקסיד (50% משקל במים)Sigma Aldrich232041 ALDRICH50% wt% במים > 99.9% מתכות קורט
תחמוצת עופרת (II)Sigma Aldrich211907 SIGMA-ALDRICH99.9% מתכות קורט בסיס
Tetraoctylammonium bromideSigma Aldrich294136 ALDRICH98%
1/16 אינץ' OD, 0.04 אינץ' ID צינורות FEPMicroSolv48410-40
1/16 אינץ' OD, 0.02 אינץ' ID ETFE צינורותMicroSolv48510-20
0.02 אינץ' דרך חור PEEK TeeIDEX Health & מדעP-712
1/4-28 ETFE טבעת ללא אוגן עבור 1/16 אינץ'IDEX Health & מדעP-200N
1/4-28 אגוז ללא אוגן PEEK עבור 1/16 אינץ'IDEX בריאות & מדעP-230
4 כיווני PEEK שסתום LIDEX בריאות & משאבתV-100L
מכשיר הרווארד70-3007
8 מ"ל מזרק נירוסטהמכשיר הרווארד70-2267
מזרק זכוכית 25 מ"להנדסת זכוכית מדעית25MDF-LL-GT
לוח לחם אופטיThorLabsMB1224
שלב תרגום 300 מ"מThorLabsLTS300
עמוד אופטיThorLabsTR2-4TR2, TR3 או TR4
מחזיק עמוד אופטיThorLabsPH4-6PH4 או PH6
365 ננומטר LEDThorLabsM365LP1
דרייבר LEDThorLabsLEDD1B
600 מיקרון כבל תיקוןאופטיקה אוקיינוסQP600-1-SR
מקוראור דאוטריום-הלוגןאופטיקה אוקיינוסDH-2000-BAL
ספקטרומטר מיניאטוריאופטיקה אוקיינוסFLAME-S-XR1-ES
מכשיר קלט/פלט מרובה (DAQ)National InstrumentsUSB-6001
תוכנת מכשירים וירטואלייםInstrumentsLabVIEW 2015 SP1
> מזרק Science National

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Tan, Z. -K., Moghaddam, R. S., et al. Bright light-emitting diodes based on organometal halide perovskite. Nature Nanotechnology. 9 (9), 687-692 (2014).
  2. Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. Journal of the American Chemical Society.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Microfluidic PlatformColloidal NanocrystalsQuantum DotsPerovskite SynthesisFlow ReactorSpectral AnalysisResidence TimeHigh Throughput ScreeningAutomated SamplingOptical Spectra

Related Articles