Name: Een modulaire Microfluidic technologie voor systematische Studies van colloïdale Semiconductor nanokristallen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-05-10T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 58 s
Description: Leer een microfluidische high-throughput screeningmethode voor systematische studie van colloïdale halfgeleider-nanokristallen. Dit platform biedt toegang tot absorptie- en emissiespectra met lager chemicaliënebruik en kosten.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

De auteurs mijn dankbaarheid uitspreken voor de financiële steun van de North Carolina State University. Milad Abolhasani en Robert W. Epps mijn dankbaarheid uitspreken voor financiële steun uit de toekenning van het onderzoeksinitiatief van de kansen UNC-(UNC-ROI).

1. reactor vergadering
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig1.jpg"> 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 slang naar de aangepaste Kruis-kruising die onder doorzichtigheid te onthullen stroom trajecten, (iv) het veilig stellen van de voorloper slang terwijl gelijktijdig de positie van de eerste eenheid van de steekproef, (v) de daaropvolgende aansluiting van extra proefvlakken met de slang van de reactor doorlopen elke module, (vi) het traject van de buis van de reactor extensie eenheden en (vii) het veilig stellen van de eenheid van de uiteindelijke steekproef ter ondersteuning van de structuur en de optische posten. <a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
Opmerking: Als gevolg van de brede waaier van mogelijke configuraties, de exacte montage proces van het microfluidic platform kan variëren; echter, de algemene methoden zijn hetzelfde voor alle regelingen. Gedetailleerde hieronder en in Figuur 1 is het proces van de montage platform voor een twee-voorloper, multi-phase flow-formaat met een eenmalige verlenging eenheid na de poort 14th bemonstering.
<ol><li>Beveilig de fase van de vertaling en post houders om het optische breadboard. De toneel- en stroom-cel voor de montage voor junction verbinden met de posten en zet ze vast aan het platform.</li>
	<li>De draad van de reactor buizen en voorloper feed lijnen naar de aangepaste Kruis-junctie en de slang via de kanalen in de verhoogde fase voeden. Zorg ervoor dat elk segment van de buis wordt verlaagd tot een lengte die de respectieve spuit pomp of collectie flacon comfortabel kan bereiken.</li>
	<li>De eerste bemonstering poort apparaat aansluiten op de kruising fase en zet vast de cover lijn voorloper naar de fase van verhoogde montage, beveiligen van alle buisvormige onderdelen en de eerste eenheid van de steekproef in plaats.</li>
	<li>Voeg extra modulaire reactor eenheden toe door het uitvoeren van de reactor slang via de gewenste component en de segmenten verbinden met de rest van de geassembleerde structuur. Bouwen uit de eenheden van de kruising totdat de gewenste lengte en de rangschikking wordt verkregen. Opmerking: De reactor-buis moet stevig passen binnen elke eenheid. Vervormingen in de buis (stretching, crimping, etc.) heeft grote invloed op de sterkte van het optische signaal.</li>
	<li>Zet vast de draagstructuur aan de uitlaat van het laatste segment van de bemonstering en het veiligstellen van de steun aan de optische berichten verbonden met het breadboard.</li>
	<li>De feed lijnen van de stroomsysteem verbinden met de computer-gestuurde injectiespuit pompen en de reactor outlet worden meegenomen bij een stikstof gas onder druk (~ 12 psig) collectie flacon.</li>
	<li>3 fiber optic patch snoeren sluit aan op de poorten van de cel 3 stroom en hechten de tegenovergestelde einden aan de spectrometer, LED, en de lichtbron deuterium-hallogeen (DH) respectievelijk. Ervoor zorgen dat de kabels kunnen te bewegen soepel met de volledige lengte van de etappe van de vertaling en zonder alle geen onnodige spanning op hun verbinding met de stroom cel te voltooien Platformvergadering (zoals weergegeven in Figuur 2).</li>
</ol>2. voorloper voorbereiding
Opmerking: De reactie screening systeem kan worden toegepast op de synthese van verschillende colloïdale halfgeleider nanokristallen; echter, met het oog op platform ontwikkelings- en valideringsfase, een CsPbBr3 perovskiet synthese, aangepast van Wei et al. 6 beter aanpassen aan stroom analyses, werd gebruikt als een case-study-reactie. Het voorbereidingsproces voorloper is hieronder.
<ol><li>15 mL 0.013 M bromide voorloper voor te bereiden door het combineren van 109 mg tetraoctylammonium bromide (en), 1 mL oliezuur en 14 mL tolueen in een gesloten flesje van 20 mL.</li>
	<li>Roer het mengsel krachtig bij kamertemperatuur tot een duidelijke oplossing wordt verkregen.</li>
	<li>Bereiden van 48 mL van 0.0021 M voorloper van het cesium-voorsprong door eerste 0,6 mmol cesium natriumhydroxide, 0,6 mmol lead(II) oxide en 3 mL oliezuur in een verzegelde 8-mL flesje te combineren met een tussenschot.<ol>
<li>Het septum te doorboren met een naald voor ventilatie en verwarm de oplossing bij 160 ° C in een oliebad en krachtig roer het tot een duidelijke oplossing vormen (ongeveer 15 minuten).</li>
		<li>De flacon en naald verplaatsen naar de oven en verwarm ze bij 120 ° C gedurende 1 uur, de ontluchting naald haal hem eruit en laat de oplossing afkoelen tot kamertemperatuur in open lucht.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Voeg 0,5 mL van het mengsel van de cesium-lead hoge concentratie aan 47.5 mL tolueen in een verzegelde 50 mL flesje en roer krachtig.</li>
	<li>Laden van de voorloper van bromide (en) en Verdun de voorloper van het cesium-lood in hun respectieve spuiten en beginnen met het proces van geautomatiseerde karakterisering door stromen van de twee voorlopers samen op de gewenste voorwaarden (zie stap 3). Opmerking: Voor de experimenten gedetailleerde onder Vertegenwoordiger resultaten, volumetrische injectie verhoudingen van 6.4:1 van cesium-voorsprong naar bromide (en) en 1:1 van vervoerder gasfase tot netto vloeistof werden gebruikt op variabele totale debiet.</li>
</ol>3. de interface gebruiken
Opmerking: Het geheel van de gegevensverzameling wordt uitgevoerd via het platform van de geautomatiseerde reactie nadat de gebruiker een reeks van stromingscondities geeft te beproeven. De algemene procedures voor het bedienen van de gebruikersinterface tijdens deze beginperiode input zijn hieronder.
<ol><li>Open de software automatische bewerking om de user interface voorkant (afgebeeld in Figuur 3) weer te geven.</li>
	<li>Ga naar het instellingenpaneel van Spectrometer en beginnen vullen alle ingangen.<ol>
<li>Plak het bestandspad voor de gewenste gegevens opslaan map in het vak bestand root voor gegevens .</li>
		<li>Selecteer onder Spectrometer visum, het adres van de USB-verbinding voor de spectrometer. Als de spectrometer USB adres niet bekend is, haar locatie via de desktop Device Manager pagina aangeven.</li>
		<li>Selecteer de tijd van de integratie, het aantal spectra gemiddelde per monsteren het aantal spectra opslaan per voorwaarde voor zowel absorptie (Abs) en fluorescentie (griep). In het geval van de synthese gedetailleerd beschreven in stap 2, stel een tijd van de integratie van 12 ms voor de absorptie en 4 ms voor de fluorescentie gemiddeld meer dan 10 spectra.</li>
		<li>Als karakteriseren Enkelfasige stroom, gaan naar de volgende stap, verlaten de meerfasige knop uit. Als het karakteriseren van multi-phase flow, meerfasige selecteren en instellen van de lengte minimaal een steekproef , zodat ongeveer 2 compleet gas-vloeistof oscillaties laatstgenoemde deze het monsterpunt doorgeven kunnen. Wijs het aantal monsters te nemen binnen dat venster bemonstering. Opmerking: De sampling tijd-resolutie binnen een multi-phase flow kan worden beperkt door de spectrometer-instellingen en aanpassingen kunnen nodig zijn als op zoek naar een hogere resolutie.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ga naar het deelvenster pomp configuratie en beginnen vullen alle ingangen.<ol>
<li>Onder spuit 1 COM, spuit 2 COM, en Dubbele pomp COM, kunt u het USB-communicatie adressen toewijzen door alle pompen. Zie stap 3.2.2 voor het proces van identificatie.</li>
		<li>Stel de spuit innerlijke diameters, die kan worden gevonden op de pomp-interface of binnen de spuit handboeken, voor alle spuiten in gebruik. Voor configuraties niet ten uitvoer leggen van alle spuiten, laat de vreemde spuit diameters op de standaardwaarden.</li>
		<li>Als referentie absorptiespectra verzamelen, identificeren een aanvaardbare blanco-oplossing, laden in een bijgevoegde spuit en stelt u de respectieve injectiespuit op een gematigde debiet (ongeveer 300 µL/min) in de respectieve Ref debiet vak.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ga naar het systeemconfiguratie scherm en beginnen met het vullen van alle ingangen.<ol>
<li>Als de fase-locaties zijn geoptimaliseerd en goed onder podium posities weergegeven worden, de vorige positie selecteren en verplaatsen naar de volgende stap. Als de fase-locaties zijn niet geoptimaliseerd, toewijzen van een fase positie window-grootte en koppelen de posities van de geschatte fase (binnen het positiebereik) met behulp van een CSV-vector en het vak bestandspad . Laat het vak fase increment op 0.5 mm en het vak Opstarten stadia op 8.</li>
		<li>Berekenen van het volume van het segment van de reactor vanuit het midden van de kruising op de definitieve bemonstering poort en ingang die waarde in het vak van het systeemvolume . Laat de Minimumtijd evenwicht op 10 s.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Controleer of de nauwkeurigheid van alle ingangen en selecteer de knop draaien in de top links van de interface. Opmerking: Ingangen op het voorpaneel kunnen niet worden gewijzigd zodra de software is begonnen met de werking ervan.</li>
	<li>Selecteer Ja als de referentie-spectra worden opgeslagen of Nee als ze niet in het venster Save referentie spectra .</li>
	<li>Selecteer in het venster instellen van voorwaarde debiet maximaal 30 gewenste stroom tarief configuraties te testen, alle ingangen van de ongebruikte spuit leeg te laten.</li>
	<li>Selecteer OK en laat het systeem uit te voeren totdat alle gewenste voorwaarden hebt zijn bemonsterd; het systeem wordt afgesloten op eigen. Als het systeem worden gestopt moet, selecteert u de knop stoppen vroeg en laat het proces af te sluiten. Let op: Gebruik de Abort toestaat knop op de linkerbovenhoek van de interface niet het systeem afsluiten van de pompen of lichtbronnen, mogelijk beschadiging van de apparatuur en/of een belangrijke gezondheid risico via blootstelling aan UV licht.</li>
</ol>4. Pathlength correcties
<ol><li>Voor het verkrijgen van de correlatie van de correctie pathlength voor elke poort, injecteren eerst een stabiele oplossing van perovskites verspreid in tolueen in het segment van de reactor totdat de reactor buis gelijkmatig is gevuld.</li>
	<li>Run het proces geautomatiseerd bemonstering op deze uniforme oplossing voor 4 volledige doorgangen van de stroom cel (zie stap 3 voor de operatie procedure).</li>
	<li>Toepassen van basislijn correcties voor zowel fluorescentie- en absorptiespectra, dan gemiddelde over het geheel genomen voor de passen door haven locatie. Normaliseren alle krommen met betrekking tot de intensiteiten van de golflengte op 455 nm en 485 nm voor absorptie en fluorescentie respectievelijk (Zie Figuur 4).</li>
	<li>Gebruik de normalisatie factor berekend in elke haven aan de rondingen van alle daaropvolgende spectra proportioneel te schalen.</li>
</ol>

<ol><li>Tan, Z. -K., Moghaddam, R. S., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25086602">Bright light-emitting diodes based on organometal halide perovskite.</a> Nature Nanotechnology. 9 (9), 687-692 (2014).</li>
<li>Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organometal+halide+perovskites+as+visible-light+sensitizers+for+photovoltaic+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells.</a> Journal of the American Chemical Society. 131 (17), 6050-6051 (2009).</li>
<li>Huang, H., Bodnarchuk, M. I., Kershaw, S. V., Kovalenko, M. V., Rogach, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lead+halide+perovskite+nanocrystals+in+the+research+spotlight%3A+stability+and+defect+tolerance%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Energy+Letters%22%5BJournal%5D)">Lead halide perovskite nanocrystals in the research spotlight: stability and defect tolerance.</a> ACS Energy Letters. 2 (9), 2071-2083 (2017).</li>
<li>Grätzel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+light+and+shade+of+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">The light and shade of perovskite solar cells.</a> Nature Materials. 13, 838(2014).</li>
<li>Schmidt, L. C., Pertegás, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nontemplate+synthesis+of+CH3NH3PbBr3+perovskite+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Nontemplate synthesis of CH3NH3PbBr3 perovskite nanoparticles.</a> Journal of the American Chemical Society. 136 (3), 850-853 (2014).</li>
<li>Wei, S., Yang, Y., Kang, X., Wang, L., Huang, L., Pan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Room-temperature+and+gram-scale+synthesis+of+CsPbX3+%28X+%3D+Cl%2C+Br%2C+I%29+perovskite+nanocrystals+with+50-85%25+photoluminescence+quantum+yields%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">Room-temperature and gram-scale synthesis of CsPbX3 (X = Cl, Br, I) perovskite nanocrystals with 50-85% photoluminescence quantum yields.</a> Chemical Communications. 52 (45), 7265-7268 (2016).</li>
<li>Vybornyi, O., Yakunin, S. V., Kovalenko, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polar-solvent-free+colloidal+synthesis+of+highly+luminescent+alkylammonium+lead+halide+perovskite+nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Polar-solvent-free colloidal synthesis of highly luminescent alkylammonium lead halide perovskite nanocrystals.</a> Nanoscale. 8 (12), 6278-6283 (2016).</li>
<li>Sun, S., Yuan, D., Xu, Y., Wang, A., Deng, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ligand-mediated+synthesis+of+shape-controlled+cesium+lead+halide+perovskite+nanocrystals+via+reprecipitation+process+at+room+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Ligand-mediated synthesis of shape-controlled cesium lead halide perovskite nanocrystals via reprecipitation process at room temperature.</a> ACS Nano. 10 (3), 3648-3657 (2016).</li>
<li>Jellicoe, T. C., Richter, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+optical+properties+of+lead-free+cesium+tin+halide+perovskite+nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Synthesis and optical properties of lead-free cesium tin halide perovskite nanocrystals.</a> Journal of the American Chemical Society. 138 (9), 2941-2944 (2016).</li>
<li>Tong, Y., Bladt, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+luminescent+cesium+lead+halide+perovskite+nanocrystals+with+tunable+composition+and+thickness+by+ultrasonication%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Highly luminescent cesium lead halide perovskite nanocrystals with tunable composition and thickness by ultrasonication.</a> Angewandte Chemie International Edition. 55 (44), 13887-13892 (2016).</li>
<li>Zhang, D., Eaton, S. W., Yu, Y., Dou, L., Yang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solution-phase+synthesis+of+cesium+lead+halide+perovskite+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Solution-phase synthesis of cesium lead halide perovskite nanowires.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (29), 9230-9233 (2015).</li>
<li>Lignos, I., Stavrakis, S., Nedelcu, G., Protesescu, L., deMello, A. J., Kovalenko, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+cesium+lead+halide+perovskite+nanocrystals+in+a+droplet-based+microfluidic+platform%3A+fast+parametric+space+mapping%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Synthesis of cesium lead halide perovskite nanocrystals in a droplet-based microfluidic platform: fast parametric space mapping.</a> Nano Letters. 16 (3), 1869-1877 (2016).</li>
<li>Wei, S., Yang, Y., Kang, X., Wang, L., Huang, L., Pan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Room-temperature+and+gram-scale+synthesis+of+CsPbX3+%28X+%3D+Cl%2C+Br%2C+I%29+perovskite+nanocrystals+with+50-85%25+photoluminescence+quantum+yields%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">Room-temperature and gram-scale synthesis of CsPbX3 (X = Cl, Br, I) perovskite nanocrystals with 50-85% photoluminescence quantum yields.</a> Chemical Communications. 52 (45), 7265-7268 (2016).</li>
<li>Protesescu, L., Yakunin, S., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl5048779">Nanocrystals of cesium lead halide perovskites (CsPbX 3 , X = Cl, Br, and I): novel optoelectronic materials showing bright emission with wide color gamut.</a> Nano Letters. 15 (6), 3692-3696 (2015).</li>
<li>Epps, R. W., Felton, K. C., Coley, C. W., Abolhasani, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+microfluidic+platform+for+systematic+studies+of+colloidal+perovskite+nanocrystals%3A+towards+continuous+nano-manufacturing%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Automated microfluidic platform for systematic studies of colloidal perovskite nanocrystals: towards continuous nano-manufacturing.</a> Lab Chip. 23 (17), 4040-4047 (2017).</li>
<li>Lignos, I., Protesescu, L., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cm500774p">Facile droplet-based microfluidic synthesis of monodisperse IV-VI semiconductor nanocrystals with coupled in-line NIR fluorescence detection.</a> Chemistry of Materials. 26 (9), 2975-2982 (2014).</li>
<li>Park, J., Saffari, A., Kumar, S., Günther, A., Kumacheva, E. <a target="_blank" href="https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-matsci-070909-104514">Microfluidic synthesis of polymer and inorganic particulate materials.</a> Annual Review of Materials Research. 40 (1), 415-443 (2010).</li>
<li>Phillips, T. W., Lignos, I. G., Maceiczyk, R. M., deMello, A. J., deMello, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanocrystal+synthesis+in+microfluidic+reactors%3A+where+next%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Nanocrystal synthesis in microfluidic reactors: where next.</a> Lab on a Chip. 14 (17), 3172-3180 (2014).</li>
<li>Lignos, I., Stavrakis, S., Kilaj, A., deMello, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Millisecond-timescale+monitoring+of+PBS+nanoparticle+nucleation+and+growth+using+droplet-based+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Millisecond-timescale monitoring of PBS nanoparticle nucleation and growth using droplet-based microfluidics.</a> Small. 11 (32), 4009-4017 (2015).</li>
<li>Abolhasani, M., Coley, C. W., Xie, L., Chen, O., Bawendi, M. G., Jensen, K. F. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.5b02821">Oscillatory microprocessor for growth and in situ. characterization of semiconductor nanocrystals.</a> Chemistry of Materials. 27 (17), 6131-6138 (2015).</li>
<li>Chen, D. L., Gerdts, C. J., Ismagilov, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+microfluidics+to+observe+the+effect+of+mixing+on+nucleation+of+protein+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Using microfluidics to observe the effect of mixing on nucleation of protein crystals.</a> Journal of the American Chemical Society. 127 (27), 9672-9673 (2005).</li>
</ol>

North Carolina State University heeft ingediend een voorlopige patent (#62/558,155) op de besproken microfluidic platform.

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 ...

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 ongeëvenaarde door alle PV-technologie in de geschiedenis. 3 , 4 naast de drijvende belangstelling perovskiet gebaseerde PVs, een verscheidenheid van recente methoden met een beschrijving van de facile colloïdale synthese van perovskiet nanokristallen hebben de gelegenheid geschapen voor goedkope, oplossing-fase verwerking van perovskiet QDs in commerciële elektronica. 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14
In het streven naar grootschalige nanoproductie van colloïdale perovskiet QDs, een beter fundamenteel begrip van de nanocrystal groei trajecten en een effectieve controle van de reactie voorwaarden moeten eerst worden ontwikkeld. Echter hebben traditioneel bestaande studies van deze processen vertrouwd op flask gebaseerde benaderingen. Batch synthese strategieën presenteren een aantal inherente beperkingen in termen van materiële karakterisering en productie, maar het belangrijkst is, kolf gebaseerde technieken zijn uiterst inefficiënt bij bevolkingsonderzoek tijd en voorloper consumptie, en tonen kolf massaoverdracht grootte-afhankelijke eigenschappen die de synthese consistentie remmen. 15 effectief studeren de trajecten van de groei van colloïdale halfgeleider nanokristallen over de grote verscheidenheid van gerapporteerde syntheses procedures en binnen de brede relevante monster-ruimte, een meer efficiënte techniek van de screening is vereist. In de afgelopen twee decennia, een reeks microfluidic strategieën hebben ontwikkeld voor studies van colloïdale nanokristallen leveraging de aanzienlijk lagere chemische consumptie, de toegankelijkheid van high-throughput screeningmethoden en het potentieel voor een proces controle uitvoering in continue synthese systemen. 12 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20
In dit werk rapporteren we het ontwerp en de ontwikkeling van een geautomatiseerd microfluidic-platform voor de high-throughput in situ studies van colloïdale halfgeleider nanokristallen. Een roman vertalen stroom cel, een zeer modulair ontwerp en de integratie van off-the-shelf buisvormige reactoren en fluidic verbindingen vormen een unieke en flexibele herconfigureerbare platform met directe toepassingen in de ontdekking, screening en optimalisatie van colloïdale nanokristallen. Inspelend op het translationeel vermogen van onze detectie-techniek (dat wil zeggen, een drie-poort stroom cel) voor de eerste keer, wij laten zien dat de systematische ontkoppeling van mengen en reactie tijdschalen, terwijl het tegelijkertijd het verbeteren van de bemonstering efficiëntie en collectie tarieven over traditionele stationaire flow cel benaderingen. Het gebruik van dit platform kan de hoge gegevensdoorvoer en nauwkeurige band-gap engineering van colloïdale nanocrystal syntheses richting continu nanoproductie strategieën.

<table><tbody><tr><td>Tolueen</td><td>Fisher Scientific</td><td>AC364410010</td><td>99,85% extra over moleculaire zeef</td></tr><tr><td>Oleaanzuur</td><td>Sigma Aldrich</td><td>364525&nbsp;ALDRICH</td><td>technische kwaliteit 90%</td></tr><tr><td>Cesiumhydroxide (50 wt% in water)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>232041 ALDRICH</td><td>50 wt% in water > 99,9% sporenmetalen</td></tr><tr><td>Lood(II)oxide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>211907 SIGMA-ALDRICH</td><td>> 99,9% sporenmetalen basis</td></tr><tr><td>Tetraoctylammoniumbromide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>294136 ALDRICH</td><td>98%</td></tr><tr><td>1/16" OD, 0,04" ID FEP-buis</td><td>MicroSolv</td><td>48410-40</td><td></td></tr><tr><td>1/16" OD, 0,02" ID ETFE-buis</td><td>MicroSolv</td><td>48510-20</td><td></td></tr><tr><td>0,02" doorgang PEEK-T-stuk</td><td>IDEX Health &amp; Science</td><td>P-712</td><td></td></tr><tr><td>1/4-28 ETFE flensloze ring voor 1/16"</td><td>IDEX Health &amp; Science</td><td>P-200N</td><td></td></tr><tr><td>1/4-28 PEEK flensloze moer voor 1/16"</td><td>IDEX Health &amp; Science</td><td>P-230</td><td></td></tr><tr><td>4-weg PEEK L-klep</td><td>IDEX Health &amp; Science</td><td>V-100L</td><td></td></tr><tr><td>Spuitpomp</td><td>Harvard Apparatus</td><td>70-3007</td><td></td></tr><tr><td>8 mL roestvrijstalen spuit</td><td>Harvard Apparatus</td><td>70-2267</td><td></td></tr><tr><td>25 mL glazen spuit</td><td>Scientific Glass Engineering</td><td>25MDF-LL-GT</td><td></td></tr><tr><td>Optisch breadboard</td><td>ThorLabs</td><td>MB1224</td><td></td></tr><tr><td>300 mm vertaaltafel</td><td>ThorLabs</td><td>LTS300</td><td></td></tr><tr><td>Optische post</td><td>ThorLabs</td><td>TR2-4</td><td>TR2, TR3, of TR4</td></tr><tr><td>Optische posthouder</td><td>ThorLabs</td><td>PH4-6</td><td>PH4 of PH6</td></tr><tr><td>365 nm LED</td><td>ThorLabs</td><td>M365LP1</td><td></td></tr><tr><td>LED-driver</td><td>ThorLabs</td><td>LEDD1B</td><td></td></tr><tr><td>600 micron patchkabel</td><td>Ocean Optics</td><td>QP600-1-SR</td><td></td></tr><tr><td>Deuterium-halogeen lichtbron</td><td>Ocean Optics</td><td>DH-2000-BAL</td><td></td></tr><tr><td>Miniatuurspectrometer</td><td>Ocean Optics</td><td>FLAME-S-XR1-ES</td><td></td></tr><tr><td>Multifunctioneel I/O-apparaat (DAQ)</td><td>National Instruments</td><td>USB-6001</td><td></td></tr><tr><td>Virtuele instrumentsoftware</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 2015 SP1</td><td></td></tr></tbody></table>

een modulaire microfluidic technologie voor systematische studies van colloïdale semiconductor nanokristallen

A Modular Microfluidic Technology for Systematic Studies of Colloidal Semiconductor Nanocrystals

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.

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...

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.

Een modulaire Microfluidic technologie voor systematische Studies van colloïdale Semiconductor nanokristallen

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light ...

Het algemene doel van deze procedure is om een microfluïdische high-throughput screeningplatform te assembleren en te gebruiken voor systematische inline studies van de reactiepaden van colloïdale halfgeleider nanokristallen. Dit platform biedt onderzoekers toegang tot een volledige absorptie- en emissiespectra binnen een parametersruimte die voorheen ontoegankelijk was. Naast het uitgebreide parameterbereik, maakt de hoge bemonsteringssnelheid en lage chemische consumptie het mogelijk om veel meer omstandigheden te testen tegen een fractie van de kosten in vergelijking met fles-gebaseerde screening.Verdere implementatie van dit systeem zal het onderzoekstempo verbeteren en ons daarom dichter bij commerciële schaalproductie van goedkope, hoog-efficiënte quantum dot-gebaseerde fotovoltaïsche cellen brengen. Om te beginnen met het assembleren van het microfluïdische platform, bevestig een lineaire translatietafel in de lengterichting op een aluminium optische breadboard. Bevestig vier optische posthouders rond het spoor op het bord en twee houders op het platform van de tafel.Verbind een optische post met elk van de vier hoeken van de verbindingstafel en plaats vervolgens de optische

a-modular-microfluidic-technology-for-systematic-studies-colloidal

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Tonen we protocollen voor de productie en het automatiseren van elastomeer polydimethylsiloxaan (PDMS) op basis van microklep arrays dat er geen extra energie nodig te sluiten en zijn voorzien van photolithographically gedefinieerd precieze volumes. Een parallel subnanoliter-volume mixer en een geïntegreerd microfluïdische perfusie-systeem worden gepresenteerd.

Microfluïdische Chips Gecontroleerde met elastomeer microklep Arrays

Microfluïdische apparaten kunnen worden gebruikt om complexe natuurlijke processen in real-time en op het juiste fysieke schalen te visualiseren. We hebben een eenvoudige microfluïdische apparaat dat de belangrijkste functies van de natuurlijke poreuze media nabootst voor het bestuderen van de groei en het transport van bacteriën in de ondergrond.

Venster op een Microworld: Eenvoudig Microfluïdische Systemen voor het bestuderen van microbiële transport in poreuze media

In dit werk leggen we de fabricage en het gebruik van een microfluïdische mixer voor het mengen van twee oplossingen in ~ 8 ps. We tonen ook aan het gebruik van deze mixers met spectroscopische detectie met behulp van UV-fluorescentie en fluorescentie resonantie energie overdracht (FRET).

Microfluïdische Mixers voor het bestuderen van eiwitten vouwen

Millifluidic apparaten worden gebruikt voor gecontroleerde synthese van nanomaterialen tijdsopgeloste analyse van reactiemechanismen als continu katalyse.

Millifluidics voor chemische synthese en Tijdopgeloste mechanistische studies

Dit protocol beschrijft een systeemarchitectuur voor het uitvoeren van geautomatiseerde scheidingen van kleine volumes (0,15–1,5 ml) deeltjes met behulp van een microfluïdisch apparaat, en bespreekt methoden om de prestaties en werking van acoustofluïdische apparaten te optimaliseren.

Een microfluïdische platform voor Precision Small-volume monster verwerking en het gebruik ervan te Grootte Aparte Biologische Deeltjes met een akoestische microdevice

We stellen een eenvoudige zelfassemblerende techniek voor van silica colloïdale nanodeeltjes om een nanofluïdische kruising te creëren tussen twee microkanalen in polydimethylsiloxaan (PDMS). Met behulp van deze techniek werd een nanoporeuze parelmembraan met een poriegrootte tot ~45 nm gebouwd binnen een microkanaal en toegepast op elektrokinetische preconcentratie van DNA-monsters.

Het creëren van Sub-50 Nm nanofluidic Knooppunten in PDMS microfluïdische chip via Self-assemblageproces van colloïdale deeltjes

We tonen een microfluïdische platform met een geïntegreerde oppervlakte-elektrode netwerk resistieve pulse sensing (RPS) met code division multiple access (CDMA) combineert, om detectie en afmeting van deeltjes in meerdere microkanalen multiplexen.

Microfluïdische Platform met multiplexverzending elektronische detectie voor ruimtelijke Tracking van Deeltjes

Dit protocol beschrijft in detail hoe te fabriceren en te exploiteren van microfluidic apparaten voor röntgendiffractie gegevensverzameling bij kamertemperatuur. Bovendien, het beschrijft hoe eiwitten kristallisatie controleren door Dynamische lichtverstrooiing en hoe om te verwerken en analyseren diffractie gegevens verkregen.

Microfluidic Chips voor In Situ Crystal röntgendiffractie en In Situ Dynamische lichtverstrooiing voor seriële kristallografie

We presenteren een microfluïdisch systeem voor studies met hoge doorvoer op complexe levensmachines, dat bestaat uit 1500 kweekeenheden, een reeks verbeterde peristaltische pompen en een on-site mengmodulus. De microfluïdische chip maakt de analyse van de zeer complexe en dynamische micromilieuomstandigheden in vivo mogelijk.

Generatie van dynamische omgevingsomstandigheden met behulp van een microfluïdisch apparaat met hoge doorvoer

We presenteren een technologie die capillariteitsondersteunde assemblage in een microfluïdisch platform gebruikt om microgrote objecten die in een vloeistof zijn gesuspendeerd, zoals bacteriën en colloïden, te modelleren in voorgeschreven arrays op een polydimethylsiloxaansubstraat.

Patroonvorming van micro-organismen en microdeeltjes door sequentiële capillariteitsondersteunde assemblage

De fabricage van een dubbellaags apparaat op basis van polydimethylsiloxaan (PDMS) voor de productie van combinatorische bibliotheken in water-in-olie-emulsies (pluggen) wordt hier gepresenteerd. De benodigde hardware en software die nodig zijn om de productie van stekkers te automatiseren, worden gedetailleerd beschreven in het protocol en de productie van een kwantitatieve bibliotheek van fluorescentiestekkers wordt ook gedemonstreerd.

Dubbellaags microfluïdisch apparaat voor de productie van combinatorische pluggen

Leer een microfluidische high-throughput screeningmethode voor systematische studie van colloïdale halfgeleider-nanokristallen. Dit platform biedt toegang tot absorptie- en emissiespectra met lager chemicaliënebruik en kosten.

Een modulaire Microfluidic technologie voor systematische Studies van colloïdale Semiconductor nanokristallen

Meer video's verkennen