Een modulaire Microfluidic technologie voor systematische Studies van colloïdale Semiconductor nanokristallen

Summary

Gedetailleerde hierin zijn de werking en vergadering protocollen van een modulaire microfluidic screening platform voor de systematische karakterisering van colloïdale semiconductor nanocrystal syntheses. Door middel van volledig aanpasbare systeem regeling kan hoogefficiënte spectra verzamelen over 4 ordes van grootte reactietijd schalen binnen een ruimte die massa overdracht-gecontroleerde steekproeven worden uitgevoerd.

Abstract

Colloïdale halfgeleider nanokristallen, bekend als quantum dots (QDs), een snel groeiende klasse van materialen in de commerciële elektronica, zoals licht uitstoten elektroluminescerende dioden en fotovoltaïsche zonne-energie (PVs). Onder deze materiaalsoorten, hebben anorganische/organische perovskites aangetoond significante verbetering en potentieel naar hoogrenderende, goedkope PV fabricage vanwege hun hoge kosten vervoerder mobiliteiten en levensduur. Ondanks de kansen voor perovskiet QDs in grootschalige PV en LED-toepassingen, heeft het gebrek aan begrip van de fundamentele en verregaande van opleidingstrajecten in hun groei geremd hun aanpassing binnen continu nanoproductie strategieën. Screening van traditionele kolf gebaseerde benaderingen zijn over het algemeen duur, arbeidsintensief en onnauwkeurig voor effectief het karakteriseren van de brede parameter ruimte en synthese verscheidenheid relevante colloïdale QD reacties. In dit werk, is een volledig autonome microfluidic platform ontwikkeld om systematisch het bestuderen van de ruimte van de grote parameter de colloïdale synthese van nanokristallen in een continue stroom-indeling is gekoppeld. Door de toepassing van een roman die drie-poort stroom cel en modulaire reactor extensie eenheden vertalen, kan het systeem snel Verzamel fluorescentie- en absorptiespectra uit de reactor lengtes variërend van 3-196 cm. De verstelbare reactor lengte niet alleen de verblijftijd van de snelheid-afhankelijke massaoverdracht loskoppelt, het verbetert ook aanzienlijk de samplingfrequenties en chemische consumptie als gevolg van de karakterisering van 40 unieke spectra binnen één geëquilibreerd systeem. Bemonsteringsfrequenties oplopen tot maximaal 30.000 unieke spectra per dag, en de voorwaarden omvatten 4 ordes van grootte in residentie tijden variërend van 100 ms - 17 min. Verdere toepassingen van dit systeem zou aanzienlijke verbetering van de snelheid en nauwkeurigheid van de materiële ontdekking en screening in de toekomst studies. Gedetailleerde in dit verslag zijn de systeem materialen en assemblage protocollen met een algemene beschrijving van de geautomatiseerde bemonstering software en off line verwerking van de gegevens.

Introduction

De komst van halfgeleider nanokristallen, met name quantumdots, heeft gedreven aanzienlijke vooruitgang in elektronische materialen onderzoek en productie. Quantum dot LEDs¹ , al zijn doorgevoerd in de handel verkrijgbare "QLED" wordt bijvoorbeeld weergegeven. Meer recentelijk onder deze klasse van halfgeleiders, perovskites aanleiding hebben gegeven tot aanzienlijke belangstelling en onderzoek naar hoogrenderende en goedkope PV technologieën. Sinds de eerste demonstratie van een PV perovskiet gebaseerde in 2009,² het omzettingsrendement van lab-schaal macht van zonnecellen perovskiet gebaseerde toegenomen tempo door een....

Protocol

1. reactor vergadering

Figuur 1 . Stap voor stap illustratie van een monster platform assemblage proces. De panelen toont een stap voor stap illustratie van een monster platform assemblage proces waarin (i) de eerste rangschikking van het stadium van de vertaling en de optische functionarissen op de montage brood breed, (ii) de montage van de voorloper buis montage fase en de stroom cel op optische posten, (iii) de bevestiging van de microfluidic ....

Results

Sample spectra: Gebruik makend van de besproken microfluidic platform, de nucleatie en groei stadia van colloïdale halfgeleider nanokristallen op de temperatuur van de synthese kunnen rechtstreeks bestudeerd worden door het toezicht op de tijdsevolutie van de absorptie en fluorescentie spectra van de gevormde nanokristallen onder uniforme voorwaarden te mengen. Figuur 5 A toont een reeks voorbeeld van spectra verkregen binnen.......

Discussion

Geautomatiseerde monsternemingssysteem voor: De autonome werking van het platform van de screening wordt uitgevoerd met een eindige toestandsmachine centrale controle. Verkeer tussen deze Staten treedt op opeenvolgend met verschillende recursieve segmenten toe voor de bewerking over een wisselend aantal monsterneming. De besturingselementen van het algemeen stelsel kunnen worden onderverdeeld in 3 fasen van de kern. Ten eerste, het systeem begint met een initialisatie stap, waarmee communicatie via elke .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Toluene	Fisher Scientific	AC364410010	99.85% extra over molecular sieves
Oleic acid	Sigma Aldrich	364525 ALDRICH	technical grade 90%
Cesium hydroxide (50 wt% in water)	Sigma Aldrich	232041 ALDRICH	50 wt% in water > 99.9% trace metals
Lead(II) oxide	Sigma Aldrich	211907 SIGMA-ALDRICH	> 99.9% trace metals basis
Tetraoctylammonium bromide	Sigma Aldrich	294136 ALDRICH	98%
1/16" OD, 0.04" ID FEP tubing	MicroSolv	48410-40
1/16" OD, 0.02" ID ETFE tubing	MicroSolv	48510-20
0.02" thru hole PEEK Tee	IDEX Health & Science	P-712
1/4-28 ETFE flangeless ferrule for 1/16"	IDEX Health & Science	P-200N
1/4-28 PEEK flangeless nut for 1/16"	IDEX Health & Science	P-230
4-way PEEK L-valve	IDEX Health & Science	V-100L
Syringe pump	Harvard Apparatus	70-3007
8 mL stainless steel syringe	Harvard Apparatus	70-2267
25 mL glass syringe	Scientific Glass Engineering	25MDF-LL-GT
Optical breadboard	ThorLabs	MB1224
300 mm translation stage	ThorLabs	LTS300
Optical post	ThorLabs	TR2-4	TR2, TR3, or TR4
Optical post holder	ThorLabs	PH4-6	PH4 or PH6
365 nm LED	ThorLabs	M365LP1
LED driver	ThorLabs	LEDD1B
600 micron patch cord	Ocean Optics	QP600-1-SR
Deuterium-halogen light source	Ocean Optics	DH-2000-BAL
Miniature spectrometer	Ocean Optics	FLAME-S-XR1-ES
Multifuction I/O device (DAQ)	National Instruments	USB-6001
Virtual Instrument Software	National Instruments	LabVIEW 2015 SP1