Un modulare tecnologia microfluidica per studi sistematici di nanocristalli semiconduttori colloidali

Summary

Dettagliati nel presente documento sono i protocolli di funzionamento e montaggio di una piattaforma di screening microfluidico modulare per la caratterizzazione sistematica delle sintesi di nanocristalli semiconduttori colloidali. Attraverso accordi di sistema completamente regolabile, spettri altamente efficiente raccolta può essere effettuati 4 ordini di grandezza il tempo di reazione scale spazio-temporali all'interno di uno spazio di campionamento massa trasferimento controllato.

Abstract

Nanocristalli semiconduttori colloidali, conosciuto come quantum dots (QD), è una classe velocemente crescente di materiali in elettronica commerciale, come la luce che emettono diodi (LED) e fotovoltaico (PVs). Tra questo gruppo di materiali inorganici/organici perovskiti hanno dimostrato miglioramento significativo e potenziale verso ad alta efficienza, basso costo montaggio PV a causa della loro mobilità di elemento portante ad alta carica e la durata delle. Nonostante le opportunità per perovskite QD in applicazioni su larga scala di PV e LED, la mancanza di comprensione fondamentale e completa delle loro vie di crescita ha inibito il loro adattamento all'interno di strategie di nanofabbricazione continuo. Screening basato su pallone tradizionali approcci sono generalmente costosi, laborioso e imprecisa per caratterizzare efficacemente la varietà parametro ampio spazio e sintesi rilevante per le reazioni di QD colloidale. In questo lavoro, una piattaforma completamente autonoma microfluidica è sviluppata per studiare sistematicamente lo spazio di parametro di grandi dimensioni associato con la sintesi colloidale dei nanocristalli in un formato di flusso continuo. Attraverso l'applicazione di un romanzo traduzione di cella di flusso tre porte e unità di estensione reattore modulare, il sistema può raccogliere rapidamente gli spettri di assorbimento e fluorescenza attraverso lunghezze di reattore 3-196 cm. La lunghezza regolabile reattore separa non solo il tempo di permanenza dal trasferimento di massa di velocità-dipendente, anche sostanzialmente migliora i tassi di campionamento e consumo di sostanze chimiche per la caratterizzazione degli 40 spettri unici all'interno di un singolo sistema equilibrato. Frequenze di campionamento possono raggiungere fino a 30.000 spettri unici al giorno, e le condizioni di coprono 4 ordini di grandezza in residenza tempi che vanno 100 ms - 17 min. Ulteriori applicazioni di questo sistema migliorerebbe sostanzialmente il tasso e la precisione della scoperta del materiale e gli studi di screening in futuro. Dettagliato all'interno di questo rapporto sono il sistema materiali e protocolli di assemblaggio con una descrizione generale del software automatizzato campionamento e trattamento dei dati non in linea.

Introduction

L'avvento di nanocristalli semiconduttori, in particolare punti quantici, ha portato significativi avanzamenti nella ricerca di materiali elettronici e produzione. Ad esempio, Visualizza punto quantico LED¹ sono già state attuate in commercialmente disponibile "QLED". Più recentemente tra questa classe di semiconduttori, perovskiti hanno suscitato notevole interesse e la ricerca verso tecnologie fotovoltaiche ad alta efficienza e basso costo. Dalla prima dimostrazione di un PV basati su perovskite nel 2009,² l'efficienza di conversione di potenza su scala di laboratorio di celle solari a base di perovskite è aumentato ad....

Protocol

1. reattore Assembly

Figura 1 . Illustrazione passo passo di un processo di assemblaggio di piattaforma campione. I pannelli Mostra un'illustrazione passo passo di un processo di assemblaggio di piattaforma di esempio dettagliare (i) la disposizione iniziale della fase di traduzione e detentori di ottico post sul pane montaggio ampio, (ii) il montaggio del tubo precursore in fase di montaggio e il flusso delle cellule sul post ottico, (iii) il col....

Results

Spettri di esempio: Utilizzando la piattaforma microfluidica discusso, le fasi di nucleazione e crescita dei nanocristalli semiconduttori colloidale alla temperatura di sintesi possono essere direttamente studiate monitorando l'evoluzione temporale degli spettri di assorbimento e fluorescenza il nanocristalli formata sotto condizioni di miscelazione uniforme. Figura 5 A Mostra un set di esempio degli spettri ottenuti all'inte.......

Discussion

Sistema di campionamento automatico: L'autonomia di funzionamento della piattaforma screening è effettuata con una macchina a stati finiti controllo centrale. Movimento tra questi Stati si verifica in sequenza con più segmenti di ricorsiva per consentire il funzionamento attraverso un numero variabile di condizioni di campionamento. I controlli del sistema generale è divisibile in 3 fasi fondamentali. In primo luogo, il sistema inizia con un passo di inizializzazione, che stabilisce la comunicazione attr.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Toluene	Fisher Scientific	AC364410010	99,85% in più sui setacci molecolari
Acido oleico	Sigma Aldrich	364525  Grado tecnico ALDRICH	90%
idrossido di cesio (50% in peso in acqua)	Sigma Aldrich	232041 ALDRICH	50% in peso in acqua > 99,9% di metalli in tracce
Ossido di piombo (II)	Sigma Aldrich	211907 SIGMA-ALDRICH	99,9% di metalli in tracce
Bromuro di tetraottilammonio	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" foro passante PEEK Tee	IDEX Salute & Science	P-712
1/4-28 ETFE ghiera senza flangia per 1/16"	IDEX Salute & Science	P-200N
1/4-28 PEEK dado senza flangia per 1/16"	IDEX Health & Science	P-230
4 vie PEEK L-valvola IDEX	Salute & Science	V-100L
Pompa a siringa	Harvard Apparatus	70-3007
Siringa in acciaio inossidabile da 8 mL	Harvard Apparatus	70-2267
Siringa in vetro da 25 mL	Scientific Glass Engineering	25MDF-LL-GT
Breadboard ottica	ThorLabs	MB1224
Stadio di traslazione da 300 mm	ThorLabs	LTS300
Perno ottico	ThorLabs	TR2-4	TR2, TR3 o TR4
Supporto per perno ottico	ThorLabs	PH4-6	PH4 o PH6
LED 365 nm	Driver LED ThorLabs M365LP1
		LEDD1B
Cavo patch da 600 micron	Ocean
	Ocean Optics	DH-2000-BAL
Spettrometro miniaturizzato	Ocean Optics	FLAME-S-XR1-ES
Dispositivo I/O multifunzione (DAQ)	National Instruments	USB-6001
Virtual Instrument Software	National Instruments	LabVIEW 2015 SP1