コロイド状半導体ナノ結晶の分類学的研究のためのモジュラー マイクロ流体技術

Summary

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。

Abstract

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。

Introduction

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

Protocol

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。

Results

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。

Discussion

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、

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
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