Summary
Burada ayrıntılı işlem ve derleme kolloidal yarı iletken nanocrystal immobilizasyonu sistematik karakterizasyonu için modüler mikrosıvısal tarama platformun iletişim kurallarıdır. Tam ayarlanabilir sistem düzenlemeler ile yüksek verimli spectra koleksiyonu 4 büyüklük reaksiyon zamanı ölçekler bir kütle transferi kontrol örnekleme alanı içinde genelinde yürütülen.
Abstract
Kolloidal yarı iletken nanocrystals, kuantum (QDs), nokta olarak bilinen ışık gibi ticari elektronik malzemelerin hızla büyüyen bir sınıf diyotlar (LED'ler) ve fotovoltaik (PVs) yayan vardır. Bu malzeme grubu arasında önemli gelişme ve potansiyeli yüksek ücret taşıyıcı mobilities ve yaşam süreleri nedeniyle yüksek verimlilik, düşük maliyetli PV fabrikasyon doğru inorganik/organik perovskites gösterdi. Perovskite QDs büyük ölçekli PV ve LED uygulamaları için fırsatlar rağmen onların büyüme yolları temel ve kapsamlı anlayış eksikliği onların uyum içinde sürekli nanomanufacturing stratejileri inhibe. Geleneksel şişesi tabanlı tarama yaklaşımlar genellikle pahalı, emek yoğun ve etkili bir şekilde geniş parametre alanı ve sentez çeşitli kolloidal QD tepkiler ilgili karakterize için imprecise. Bu çalışmada, tam özerk mikrosıvısal platformu sistematik olarak nanocrystals sürekli akışı biçiminde kolloidal sentezi ile ilgili büyük parametre alanı incelemek için geliştirilmiştir. 3-port akışı hücre ve modüler reaktör uzantısı birimleri çeviri bir roman uygulanması yoluyla, sistem hızla Floresans ve soğurma spektrumları 3-196 cm arasında değişen reaktör uzunlukları arasında toplayabiliriz. Ayarlanabilir reaktör uzunluğu sadece ikamet süresi hızı bağımlı kütle aktarımı üzerinden decouples, aynı zamanda önemli ölçüde örneklendirme oranı ve kimyasal tüketimi nedeniyle 40 benzersiz spectra içinde tek bir karakterizasyonu geliştirir denge sistemi. Örnekleme hızları günde en çok 30.000 benzersiz spectra ulaşabilirsiniz ve koşulları 4 büyüklük 100 ms - 17 dk arasında değişen kez konutunda kapsar. Bu sistemin daha fazla uygulamaları oranı ve hassas malzeme keşif ve gelecekte tarama çalışmaları önemli ölçüde artıracak. Bu raporda Detaylı sistem malzeme ve derleme iletişim kuralları ile otomatik örnekleme yazılım ve çevrimdışı veri işleme genel bir açıklaması vardır.
Introduction
Yarı iletken nanocrystals, özellikle kuantum nokta, gelişiyle önemli gelişmeler elektronik malzeme araştırma ve üretim tahrik vardır. Örneğin, kuantum nokta1 zaten piyasada bulunan "QLED" uygulamaya LED görüntüler. Son zamanlarda yarı iletkenler bu sınıf arasında perovskites önemli ilgi ve araştırma yüksek verimlilik ve düşük maliyetli PV teknolojileri doğru yol açtı. 2009 yılında perovskite tabanlı PV ilk gösteri beri2 laboratuar ölçekli güç dönüşüm verimliliği perovskite tabanlı güneş hücreleri tarafından herhangi bir PV teknoloji tarihinin eşsiz bir oranda artmıştır. 3 , 4 perovskite tabanlı PVs sürüş ilgi ek olarak son yöntemler perovskite nanocrystals facile kolloidal sentezi açıklayan-si olmak mahluk için düşük maliyetli çözüm fazlı işlenmesi perovskite QDs fırsat ticari elektronik. 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14
Kolloidal perovskite QDs büyük ölçekli nanomanufacturing doğru çaba, nanocrystal büyüme yolları daha iyi bir temel anlayış ve reaksiyon koşulları etkili denetim ilk geliştirilmelidir. Ancak, bu süreçlerin mevcut çalışmalar geleneksel şişesi tabanlı yaklaşımlar yararlanmıştır. Toplu iş sentezi stratejileri malzeme karakterizasyonu ve üretim açısından içerdiği sınırlamaları çeşitli mevcut, ama en önemlisi, şişesi tabanlı teknikleri zaman ve öncü tüketimi eleme son derece verimsiz olan ve gösteren sentez tutarlılık inhibe şişesi boyut bağımlı kitle aktarma özellikleri. 15 etkili kolloidal yarı iletken nanocrystals büyüme yollar bildirilen immobilizasyonu yordamlar ve geniş ilgili örnek alanı içinde çok çeşitli genelinde, daha etkili bir tarama tekniği gerekli incelemektir. Son iki yılda bir dizi mikrosıvısal stratejileri geliştirilmiştir kolloidal nanocrystals daha az kimyasal tüketimi, yüksek üretilen iş tarama yöntemleri erişilebilirliğini ve için potansiyel yararlanarak çalışmaları için bir sürekli sentez sistemlerinde süreç denetim uygulaması. 12 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20
Bu çalışmada, biz tasarım ve kolloidal yarı iletken nanocrystals yüksek üretilen iş in situ çalışmaları için bir otomatik mikrosıvısal platform geliştirme raporu. Akış hücre, son derece modüler tasarım ve entegrasyonu alıp borulu reaktörler ve akışkan bağlantıları çeviri bir roman formu bulma, tarama ve optimizasyon doğrudan uygulamaları ile benzersiz ve uyarlanabilir reconfigurable platformu Kolloidal nanocrystals. Bizim algılama tekniği (Yani, üç-port akışı hücre), translasyonel yeteneklilik üstünde ilk kez sermaye, biz aynı anda örnekleme arttırırken ayırımı sistematik karıştırma ve reaksiyon zaman ölçekleri göstermek geleneksel sabit akış hücre yaklaşımlar üzerinde verimlilik ve tahsilat oranları. Bu platform kullanımı sürekli nanomanufacturing stratejileri doğru kolloidal nanocrystal immobilizasyonu yüksek üretilen iş ve hassas grubu-gap mühendislik sağlar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. reaktör derleme
Resim 1 . Bir örnek platform Derleme işleminin adım adım illüstrasyon. Paneller (i) ilk yerleşimi çeviri sahne ve optik mesaj sahipleri montaj ekmek geniş, (ii) sahne montaj habercisi tüp montajı üzerinde ayrıntılı bir örnek platform derleme işlemini adım adım bir örnek gösterir ve Akış hücre optik mesaj, (iii) ek özel çapraz akış yolları, (IV) aynı anda ilk örnekleme birimi konumlandırma süre habercisi boru güvenliğini sağlama ortaya çıkarmak için saydamlık altında birleşme için mikrosıvısal hortumunun (v) Her modül, (vi) reaktör boru yol uzantısı birimleri ve (VII) optik Mesajını ve yapısını desteklemek için son örnekleme Birimi güvenliğini sağlama çalıştırmak reaktör boru ile ek örnekleme birimlerinin sonraki bağlantı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Not: olası yapılandırma geniş dizi nedeniyle, tam derleme işleminin mikrosıvısal platformun farklı olabilir; Ancak, genel yöntemleri tüm düzenlemeleri için aynıdır. Aşağıda ve şekil 1 ' deki detaylı platform Derleme işleminin çekiş birimi olan bir iki-öncü, çok fazlı akış biçimi için sonra 14th örnekleme limanıdır.
- Çeviri sahne güvenli ve sahipleri için optik breadboard sonrası. Kavşak montaj sahne ve akış hücre yazılara bağlanmak ve onları platforma tutturmak.
- Reaktör boru tel ve öncü çizgiler özel çapraz birleşim için yem ve kanallardan boru yükseltilmiş aşamasında yem. Her boru kesimi ilgili şırınga pompa veya koleksiyon şişe rahatça ulaşabilirsiniz bir uzunlukta kesilir emin olun.
- İlk örnekleme bağlantı noktası birimi kavşak Sahne Alanı'na bağlamak ve öncü satır kapak borulu bileşenleri ve yerde ilk örnekleme birimi güvenliği yükseltilmiş montaj aşamasına tutturmak.
- Reaktör boru aracılığıyla istenen bileşen çalıştırıp segmentleri montajı yapı geri kalanına bağlayan ek modüler reaktör birimleri ekleyin. Birimleri kavşak istenilen uzunluğa kadar inşa ve düzenleme elde edilir.
Not: Reaktör boru sıkıca her biriminde uygun olmalıdır. Deformasyonlar boru (germe, Kıvırcıklaştırma, vb) içinde optik sinyal gücünü önemli ölçüde etkiler. - Destek yapısı son örnekleme bölümü prizine bağlayın ve destek için breadboard bağlı optik mesaj için güvenli.
- Bilgisayar kontrollü şırınga pompaları akış sisteminin besleme hatları bağlayın ve bir azot gaz basınçlı (~ 12 psig) koleksiyonu şişe reaktör çıkış besleme.
- 3 fiber optik yama halatlar 3 akışı hücre noktalarına bağlanmak ve ters biter Spektrometre, LED ve döteryum-halojen (DH) ışık kaynağı sırasıyla ekleyebilirsiniz. Kabloların düzgün tam uzunlukta çeviri Sahne Alanı'nın ve akış hücre ile olan bağlarını üzerinde herhangi bir gereksiz yük olmadan ile platform derleme ( Şekil 2' de gösterildiği gibi) tamamlamak için taşımak mümkün olduğundan emin olun.
2. öncü hazırlık
Not: Eleme sistemi tepki çeşitli kolloidal yarı iletken nanocrystals sentezi için uygulanabilir; Ancak, platform geliştirme ve Wei ve ark. adapte doğrulama, bir CsPbBr3 perovskite sentez amacıyla Akış analizleri, daha iyi uyacak şekilde 6 bir vaka çalışması tepki kullanıldı. Öncü hazırlık süreci aşağıda ayrıntılı.
- 15 mL 0,013 M bromür habercisi tetraoctylammonium bromür 109 mg, oleik asit 1 mL ve 14 mL toluen mühürlü bir 20 mL şişe içinde birleştirerek hazırlayın.
- Net bir çözüm elde edilir kadar karışımı oda sıcaklığında karistirin.
- 0.0021 M sezyum-kurşun habercisi ilk tarafından 48 mL hazırlamak sezyum hidroksit 0.6 mmol, 0.6 mmol lead(II) oksit ve mühürlü bir 8-mL flakon oleik asit 3 mL septum ile birleştirerek.
- Havalandırma için bir iğne ile septum işlemek ve çözüm bir yağ banyolu 160 ° C'de ısı ve net çözüm formları (yaklaşık 15 dakika) kadar karistirin.
- Şişe ve iğne bir fırın hareket ve onları 120 ° c için 1 h, ısı sonra havalandırma iğne kaldırmak ve açık hava oda sıcaklığında soğumaya çözüm izin verin.
- 47,5 mL toluen mühürlü bir 50 mL şişe 0.5 mL yüksek konsantrasyon sezyum-kurşun karışımı ekleyin ve karistirin.
- Bromür habercisi yüklemek ve sezyum-kurşun habercisi onların anılan sıraya göre şırınga sulandırmak ve iki öncüleri birlikte (bkz. Adım 3) istenilen koşulları akan tarafından otomatik karakterizasyonu işlemine başlamak.
Not: Temsilcisi sonuçlarıaltında detaylı deneyler için değişken toplam akış oranları hacimsel enjeksiyon oranları 6.4:1 sezyum-bromür adayına ve 1:1 gaz taşıyıcı faz net sıvı için kullanılmıştır.
3. arabirimi işlemi
Not: test edilmesi için akış koşulları bir dizi belirttiği sonra veri toplama tamamını otomatik tepki platformu üzerinden yapılır. Bu ilk giriş dönemde kullanıcı arabirimi işletim için genel yordamları aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
- ( Şekil 3' te gösterilen) kullanıcı arabirimi ön panel görüntülemek üzere otomatik operasyon yazılımını açın.
- Spektrometre ayarları paneline taşıma ve tüm girişleri doldurma başlar.
- Dosya yolu Dosya kök veri için kutusunda klasöre kaydedilmesini istediğiniz veriler için yapıştırın.
- Spektrometre vizealtında Spektrometre için USB bağlantı adresi seçin. Spektrometre USB adresi bilinmiyor konumuna masaüstü kullanıcısının Aygıt Yöneticisi sayfası üzerinden tanımlamak.
- Entegrasyon zaman, spectra örnek ortalama sayısıve emme (Abs) ve floresan (grip) için koşulu kaydetmek için spectra sayısını seçin. Adımda ayrıntılı sentez durumunda 2, set 12 ms bir entegrasyon zaman emilimi ve floresan için 4 ms 10 spectra ortalama.
- Tek fazlı akış karakterize çok fazlı düğmesini ayrılma sonraki adıma geçin. Multi-Phase akışı karakterize, çok fazlı düğmesini seçin ve en az örnek uzunluğu yaklaşık 2 tam gaz-sıvı salınımlar ve örnekleme noktasını geçebilir şekilde ayarlayın. Daha sonra bu örnekleme penceresi içinde almak üzere örneklerin sayısını atayın.
Not: Örnekleme zaman-çözünürlüğü bir Multi-Phase içinde akışı Spektrometre ayarları tarafından sınırlı olabilir ve ayarlamaları daha yüksek bir çözünürlük isteyen varsa gerekli olabilir.
- Yapılandırma pompa paneline taşıma ve tüm girişleri doldurma başlar.
- Şırınga 1 COM, şırınga 2 COM ve Çift pompa COM, altında USB iletişim adresleri için tüm pompaları atayın. Adres tanımlama işlemi için 3.2.2 adıma bakın.
- Pompa arabirimde veya şırınga kılavuzları için kullanılan tüm şırıngalar içinde bulunan şırınga iç çapları, ayarlayın. Tüm şırınga uygulama değil yapılandırmaları için gerekli olmayan şırınga çapları varsayılan değerlerinde bırakabilirsiniz.
- Emme başvuru spectra toplama, kabul edilebilir bir boş çözüm belirlemek, ekli bir şırınga yük ve bir orta akış hızı (yaklaşık 300 µL/dak) için ilgili şırınga ilgili ayarla Ref Debi kutusu.
- Sistem yapılandırma paneline taşıma ve tüm girişleri doldurma başlar.
- Sahne Mekanlar optimize edilmiştir ve düzgün sahne pozisyonlaraltında görüntülenir, önceki konumunda düğmesini seçin ve sonraki adıma geçmek. Sahne Mekanlar optimize değil, bir sahne pozisyon pencere boyutu atamak ve .csv vektör ve dosya yolu kutusunu kullanarak yaklaşık sahne pozisyonlar (içinde pozisyon aralığı) bağlayın. Sahne artışı kutusu 0,5 mm ve 8 vasıl belgili tanımlık Başlangıç geçer kutu bırakın.
- Kavşak Merkezi reaktör segmentten son örnekleme noktasına hacmi hesaplar ve bu değeri Sistem birimi kutusuna giriş. Ayrılmak belgili tanımlık en az denge saat 10, s.
- Tüm giriş ve arayüzünün sol üst çalıştırmak düğmesi seçin doğruluğunu bir kez daha denetleyin.
Not: yazılım, bu işlemi başladığında ön panel girişleri değiştirilemez. - Eğer onlar-ecek değil Başvuru spectra penceresinde, başvuru spectra kaydettiyseniz Evet ya da Hayır seçin.
- Koşul akış oranları ayarla penceresinde 30 istenen akış hızı yapılandırmaları test etmek için tüm kullanılmayan şırınga girişleri boş bırakarak seçin.
- Tamam ' ı seçin ve istenen koşulların tümü örneklenmiş kadar çalışmaya sisteminin izin; sistem kendi kendine kapanır. Sistem herhangi bir sebeple durdurulması gerekiyorsa, erken durdur düğmesini seçin ve işlemi kapanacak biçimde sağlar.
Dikkat: İptal kullanarak sol üst düğmesini arayüzü sistem pompaları veya potansiyel olarak ekipman zarar ve/veya UV ışık pozlama ile önemli sağlık risk oluşturan ışık kaynakları, kapatmaya izin vermez.
4. Pathlength düzeltmeler
- Pathlength düzeltme korelasyon her bağlantı noktası için elde etmek için ilk perovskites reaktör boru düzgün doldurulana kadar reaktör segmentine toluen içinde dağınık istikrarlı bir çözüm enjekte et.
- Çalışma akışını, 4 tam geçişleri için Tekdüzen bu çözüm otomatik örnekleme işlemi hücre (bkz. Adım 3 işlemi yordamı için).
- Temel düzeltmeler Floresans ve soğurma spektrumları için geçerlidir, sonra bağlantı noktası yere göre geçer için genel olarak ortalama. 455 dalga boyu Koyulukları referans olarak tüm eğrileri normalize nm ve 485 nm emme ve floresan için sırasıyla (bkz. şekil 4).
- Her limanda hesaplanan normalleştirme faktör tüm sonraki spectra eğrileri orantılı olarak ölçeklemek için kullanın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Örnek spectra: Tartışılan mikrosıvısal platformu kullanmak, kolloidal yarı iletken nanocrystals sentez sıcaklığında çekirdekleşme ve büyüme aşamalarında doğrudan emme ve floresan spectra zaman evrimi izleyerek okudu koşullar karıştırma üniforma altında kurulan nanocrystals. Şekil 5 A üç-port akışı hücre tek bir geçiş içinde elde spectra bir örnek kümesi gösterir. Tek başına emisyon dalga boyu dağıtımları üretim, emme ve emisyon bandgap enerjileri deneysel olarak doğrulanmış etkili kitle yaklaşım modelleri içinde uygun kaliteli LED uygulamaları doğru değerli bilgiler sunarken nanopartikül boyutu dağıtımları immobilizasyonu boyunca sürekli izlenmesi sağlayacak. 14 spectra eşdeğer kümesi değişen akış oranları ve 100 ms - 17 dk kapsayan kez ikamet arasında veri toplamak için izin reaktör uzunlukları elde edilmiştir.
Kinetically akort nanocrystals: Multi-Phase akışı sıvı kesimleri içinde oluşan axisymmetric devridaim desenleri hızı bağımlı toplu aktarım denetimi sağlar. 21 (bkz şekil 5B) perovskite QDs için nanocrystal büyüme yolları Kinetik ayar bir çalışma hızı bağımlı karıştırma zaman ikamet süresi için gösterdi. Gelişmiş modüler platformumuz, ilk kez kurulan nanocrystals son optik özelliklerini aşamasındaki karıştırma zaman etkisi sistematik bir çalışma sağlar. Tüm diğer parametreler sabit, en yüksek emisyon dalga boyu 25 büyük bir fark korurken reaktif slug hız değişimleri ile bir eşdeğer ikamet süresi nm'de görülmektedir. Kolloidal sisteminin daha fazla değerlendirme emisyon dalga boyu gözlemlenen farkı, kez, istikrarlı, kinetically akort nanocrystals sonuçlanan uzun ikamet devam edildi resimli. 15
Resim 2 . Tam otomatik tepki platformu eleme toplandı. Bu rakam tam olarak birleştirilmiş bir otomatik tepki platformu ile bir tek reaktör uzantısı birim 14inci ve 15inci arasında eleme örnekleme noktasını gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3 . Otomatik platform işlemi için kullanıcı arabirimi. Bu panel kontrol ve şırınga akış oranları, Spektrometre ölçüm koşulları, gibi parametreleri ayarlama ve kolloidal yarı iletken çok çeşitli genelinde karakterizasyonu için konum örnekleme sağlar kullanıcı arabirimi gösterir nanocrystal immobilizasyonu. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4 . Pathlength düzeltme işlemlerinde. Bu panel bağlantı noktası kullanaraktarafından pathlength düzeltme işlemlerinde gösterir. soğurma spektrumları 20'den fazla örnekleme liman Bile toplanan. spectra normalleştirilmiş 455 Absorbans ile ilgili nm kolloidal CsPbBr3 perovskites bir çözüm üzerinde dağınık toluen ve C. ilgili photoluminescence (PL) spectra D. 485 nm sinyal yoğunluğu için normalleştirilmiş. Epps vd. uyarlanmıştır 15 Kimya Royal Society izniyle. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5. Örnek spectra ve Kinetik ayar gösterimi. Bu paneller Agöster. emme (A) ve (I) floresan spectra yaklaşık 0.2 cm/s ve Bortalama slug hızda hareket bir sistemde çok fazlı, reaktif CsPbBr3 perovskite akışı hücre tek bir geçiş içinde toplanır. ikamet süresi bir fonksiyonu olarak en yüksek Floresans dalga boyu (λP) çizilen 0.6 için 130 mm arasında değişen 11 farklı ortalama slug hızları için/s residence adlı gösterilen örnek Floresans spectra ile zaman ve uyuşuklar hızları 200 s ve 1.0 mm/s (üst) , 0,9 s ve 75 mm/s (orta) ve 0,9 s ve 130 mm/s (altta). Epps vd. uyarlanmıştır 15 Kimya Royal Society izniyle. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 6 . Süreç akış şeması genel yazılım kontrollü veri toplama işlemi için. Bu başlatma işlemi donanım, özyinelemeli örnekleme ilerlemeler ve platform son kapanmasının içerir. Epps vd. uyarlanmıştır 15 Kimya Royal Society izniyle. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 7 . Otomasyon yazılım süreç akış şeması için bağlantı noktası konumu atama yöntemi. Algoritma ilk LED Sinyal Şiddeti Spektrometre okuma yoluyla bir en uygun bağlantı noktası algılama ve ardından akış hücre, geçişleri sabitleme belirtilen bir dizi çalışır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 8 . Örnek Multi-Phase spectra yalıtım. Bu paneller örnek Multi-Phase spectra yalıtım agöster. Floresans 500 nm ve B. Absorbans 380 nm perovskites bir çözüm için zaman içinde tolüen içinde dağınık. Yeşil bölge ideal örnekleme zamanları aralığını gösterir. Paneli C. emme slug hız ile ilişkisini Multi-Phase örnekleme yöntemleri karşılaştırma spectra (fluoresein çözüm) gösterir. "Det" Tak algılama algoritması uygulandı ve "Avg" örnekleri bile zaman aralıklarında çekilen ve ortalama gösterir gösterir. Tak algılama yöntemi daha yüksek hız sistemi basit ortalama daha yavaş hareket üretilen sümüklü böcek eşdeğer spectra için uygulanan unutmayın. Epps vd. uyarlanmıştır 15 Kimya Royal Society izniyle. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 9 . Gösteri sahne alanı üzerinde ölçüm istikrar geçer. Bu bir ölçüm istikrar kullanaraksahne geçişleri arasında gösterilmiştir. emme sinyal yoğunluğu 500 nm ve B. Floresan yoğunluğu, 380 nm bir toluen başvuru üzerinde bağlantı noktası konumuna göre normalleştirilmiş ve akış hücre, 30'dan fazla tam geçişleri ortalama olarak. Hata çubukları % 95 güven aralığı gösterir ve değer ± % 1 okuma ortalama sapma. Epps vd. uyarlanmıştır 15 Kimya Royal Society izniyle. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Otomatik örnekleme sistemi: Tarama platformu özerk Operasyon Merkezi kontrol sonlu durum makinesi ile yapılır. Hareketi bu devletler arasında sırayla örnekleme koşulları değişen bir dizi genelinde operasyon için izin birden çok özyinelemeli kesimi ile oluşur. Genel sistem denetimleri 3 çekirdek sahne ayrılabilir. İlk olarak, sistem her USB kontrollü bileşen aracılığıyla iletişim kurar, otomatik olarak dosya yolları kaydetme tanımlar ve ilk kullanıcı girişi için ister bir başlatma adım ile başlar. Program daha sonra her girilen tepki koşul için örnekleme sürecinde istenen veri toplanan tüm kadar çalıştırır. Son olarak, bir fesih işlemi komut dosyası işlemi sonlandırmadan önce tüm donanım başlangıç pozisyonuna döndürür. Bu bilgisayar yazılımı içinde genel hareket şekil 6' detaylı.
Bağlantı noktası algılama: Ana otomasyon çerçevesi içinde etkili ve verimli reaksiyon karakterizasyonu etkinleştirmek birkaç kritik ulaşılmasına vardır. İlk olarak, Şekil 7 örnekleme bağlantı noktası pozisyonlar için çeviri sahne tanımlandığı "Başlatma" segment bir bölümünü gösterir. Bağlantı noktası algılama işlevi ilk akışı hücre hareketi 8 tam geçiş için reaktör boyunca taklit ederek reaktör segment stabilize. O zaman örnekleme floresan yoğunluğu karşısında 1-mm pencere tahmini konum etrafında ve maksimum yoğunluk konumunu seçerek en uygun bağlantı noktası konumu algılar. Bu konum her bağlantı noktası için kaydedilir ve sonraki örnekleme işlemler sırasında sahne pozisyonlar kullanılır.
Işık kaynağı geçiş: 3-port akışı hücre içinde örnekleme verimli Absorbans ve floresan spectra sistemi geçiş otomatik bir ışık kaynağı ile yapılmaktadır. Örnek konumlar, DH lamba ve LED arasında hareket toggled kapalı zaman örnekleme bağlantı noktası ulaştıktan sonra her iki Absorbans 15-ms Tümleştirme teker ve floresan 4-ms Tümleştirme teker için 10 spectra içinde olduğu kadar az 400 Bayan toplanabilir. İstenen örnekleme bağlantı noktası ulaşan, üzerine DH lamba üzerinde tetiklenir ve Absorbans örnekleme koşulları örnek toplama tarafından takip Spektrometre, ayarlanır. LED üzerinde geçiş yapılan iken DH lamba sonra kapalı, toggled. Örnekleme işlemi Floresans koşulları için yinelenir ve her iki ışıklar sonra kapatılır.
Slug algılama: Multi-Phase akış sistemleri, verimli örnek koleksiyon hareketli mermi hızı bağlıdır örnekleme teknikleri bir arada gerektirir. Burada bir algılama algoritması basit ortalama daha az etkili olur eşik slug hızı yaklaşık 11 mm/s ortaya bulundu. Söz konusu olduğunda daha düşük hız sistemleri, tek spectra örnekleme yapılmaktadır düzgün aralıklarla 2 sıvı sümüklü böcek (yaklaşık 1 cm) tahmini uzunluğu boyunca. Bu örnekleme sürecinde elde edilen spectra içinde mermi sıvı toplu merkezinde 10 en iyi spectra beş maddelik bir yerel varyans belirli bir dalga boyu zamanla - 400 kullanarak izole nm Floresans ve 380 nm içinde gösterildiği gibi Absorbans için- Şekil 8. Daha yüksek sıvı hız sistemleri içinde ancak, tek bir hareket sülük kullanılabilir örnekleme pencerenin Spektrometre etkili örnekleme oranı aşan. Bu durumda, birlikte ortalama 10 spectra Tekdüzen aralıklarında toplanan yeterli bulundu.
Sistem Özellikleri: Birden çok 87 cm uzatma birimleri uygulanması yoluyla bağlantı noktaları örnekleme reaktör boru uzunlukları 3-196 cm değişen konumlandırılmış. Değişen akış oranları ve akış hücreli hareketi ile birlikte in situ spektral karakterizasyonu, ikamet 100 ms - 30.000 spectra günlük olarak yüksek örnekleme oranı ile 17 dakika arasında değişen kez sağlar. Ayrıca, her emme veya floresan spektrum spectra başına sadece 2 µL örnekleme ve 20 µL spectra (--dan baþlamak kapatma) genel ücret zaman gerektiren özellikle düşük kimyasal yakıt tüketimi ile elde edildi. Bu yüksek örnekleme hızı ve verimliliği tek bir denge sistemi aracılığıyla çeviri akışı hücre içinde 40 benzersiz spectra koleksiyonu bağlanabilir. Reaktör sabitleme, bağlantı noktası hizalama ve pathlength düzeltme işlemleri uyguladıktan sonra platform akışı hücre (Şekil 9), 30'dan fazla tam geçişleri için doğru olduğu gösterilmiştir. Kendi ışık kaynağı sinyal yoğunluklarda toluen başvuru üzerinde karakterizasyonu her bağlantı noktası için belirli bir dalga boyu sayar hatada Floresans ve emme sinyalleri tüm 30 geçişlerinde genelinde % 1'lik kaldı bulundu. Bu istikrar reaktör Ölçüm sisteminde geniş malzeme keşif, tarama ve en iyi duruma getirme çalışmaları ile en az el ile müdahale, daha tutarlı veri toplama öncüleri, aynı toplu iş sonuçlanan gerçekleştirilebilmesi etkin.
Örnekleme alan uzatıldı: Akışkan hızı ve ikamet zaman arasındaki ilişkiyi çalışmalar eleme varolan sentezinde kez şaşırmış. Bir sabit akış hücre uygulama karakterizasyonu için örneğin, net akışkan hızları ayarlayarak değişken ikamet kez elde edilir. Ancak, nanocrystal büyüme Kinetik ayar daha önce tartıılan değerlendirilmesi tarafından detaylı olarak bu yöntem tepki karakterizasyonu olasıdır kolloidal yarı iletken immobilizasyonu hızlı çekirdekleşme ile çok çeşitli çalışmalar için yetersiz ve büyüme Kinetik. İkamet süresi sıvı hız üzerinden taşınabilir örnekleme sistemi uygulayarak ayırımı örnekleme alanı daha önce keşfedilmeyi değil bir şekilde genişler. Böylece, Gelişmiş modüler teknoloji bulma ve keşif çalışmaları önemli ölçüde geliştirilmiş hassasiyet ve sentez koşulları üzerinde kontrol ile kolloidal Nanomalzemeler yeni nesil sağlar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi geçici patent (#62/558,155) ele mikrosıvısal platformda şikayetçi oldu.
Acknowledgments
Yazarlar Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi tarafından sağlanan mali destek minnetle kabul etmiş oluyorsunuz. Milad Abolhasani ve Robert W. Epps minnetle UNC araştırma fırsatları girişimi (UNC-YG) hibe mali desteği kabul edersiniz.
Materials
| 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 |
References
- Tan, Z. -K., Moghaddam, R. S., et al. Bright light-emitting diodes based on organometal halide perovskite. Nature Nanotechnology. 9 (9), 687-692 (2014).
- Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. Journal of the American Chemical Society. 131 (17), 6050-6051 (2009).
- Huang, H., Bodnarchuk, M. I., Kershaw, S. V., Kovalenko, M. V., Rogach, A. L. Lead halide perovskite nanocrystals in the research spotlight: stability and defect tolerance. ACS Energy Letters. 2 (9), 2071-2083 (2017).
- Grätzel, M. The light and shade of perovskite solar cells. Nature Materials. 13, 838 (2014).
- Schmidt, L. C., Pertegás, A., et al. Nontemplate synthesis of CH3NH3PbBr3 perovskite nanoparticles. Journal of the American Chemical Society. 136 (3), 850-853 (2014).
- Wei, S., Yang, Y., Kang, X., Wang, L., Huang, L., Pan, D. Room-temperature and gram-scale synthesis of CsPbX3 (X = Cl, Br, I) perovskite nanocrystals with 50-85% photoluminescence quantum yields. Chemical Communications. 52 (45), 7265-7268 (2016).
- Vybornyi, O., Yakunin, S. V., Kovalenko, M. Polar-solvent-free colloidal synthesis of highly luminescent alkylammonium lead halide perovskite nanocrystals. Nanoscale. 8 (12), 6278-6283 (2016).
- Sun, S., Yuan, D., Xu, Y., Wang, A., Deng, Z. Ligand-mediated synthesis of shape-controlled cesium lead halide perovskite nanocrystals via reprecipitation process at room temperature. ACS Nano. 10 (3), 3648-3657 (2016).
- Jellicoe, T. C., Richter, J. M., et al. Synthesis and optical properties of lead-free cesium tin halide perovskite nanocrystals. Journal of the American Chemical Society. 138 (9), 2941-2944 (2016).
- Tong, Y., Bladt, E., et al. Highly luminescent cesium lead halide perovskite nanocrystals with tunable composition and thickness by ultrasonication. Angewandte Chemie International Edition. 55 (44), 13887-13892 (2016).
- Zhang, D., Eaton, S. W., Yu, Y., Dou, L., Yang, P. Solution-phase synthesis of cesium lead halide perovskite nanowires. Journal of the American Chemical Society. 137 (29), 9230-9233 (2015).
- Lignos, I., Stavrakis, S., Nedelcu, G., Protesescu, L., deMello, A. J., Kovalenko, M. V. Synthesis of cesium lead halide perovskite nanocrystals in a droplet-based microfluidic platform: fast parametric space mapping. Nano Letters. 16 (3), 1869-1877 (2016).
- Wei, S., Yang, Y., Kang, X., Wang, L., Huang, L., Pan, D. Room-temperature and gram-scale synthesis of CsPbX3 (X = Cl, Br, I) perovskite nanocrystals with 50-85% photoluminescence quantum yields. Chemical Communications. 52 (45), 7265-7268 (2016).
- Protesescu, L., Yakunin, S., et al. Nanocrystals of cesium lead halide perovskites (CsPbX 3 , X = Cl, Br, and I): novel optoelectronic materials showing bright emission with wide color gamut. Nano Letters. 15 (6), 3692-3696 (2015).
- Epps, R. W., Felton, K. C., Coley, C. W., Abolhasani, M. Automated microfluidic platform for systematic studies of colloidal perovskite nanocrystals: towards continuous nano-manufacturing. Lab Chip. 23 (17), 4040-4047 (2017).
- Lignos, I., Protesescu, L., et al. Facile droplet-based microfluidic synthesis of monodisperse IV-VI semiconductor nanocrystals with coupled in-line NIR fluorescence detection. Chemistry of Materials. 26 (9), 2975-2982 (2014).
- Park, J., Saffari, A., Kumar, S., Günther, A., Kumacheva, E. Microfluidic synthesis of polymer and inorganic particulate materials. Annual Review of Materials Research. 40 (1), 415-443 (2010).
- Phillips, T. W., Lignos, I. G., Maceiczyk, R. M., deMello, A. J., deMello, J. C. Nanocrystal synthesis in microfluidic reactors: where next. Lab on a Chip. 14 (17), 3172-3180 (2014).
- Lignos, I., Stavrakis, S., Kilaj, A., deMello, A. J. Millisecond-timescale monitoring of PBS nanoparticle nucleation and growth using droplet-based microfluidics. Small. 11 (32), 4009-4017 (2015).
- Abolhasani, M., Coley, C. W., Xie, L., Chen, O., Bawendi, M. G., Jensen, K. F. Oscillatory microprocessor for growth and in situ. characterization of semiconductor nanocrystals. Chemistry of Materials. 27 (17), 6131-6138 (2015).
- Chen, D. L., Gerdts, C. J., Ismagilov, R. F. Using microfluidics to observe the effect of mixing on nucleation of protein crystals. Journal of the American Chemical Society. 127 (27), 9672-9673 (2005).
