纳米晶体“工厂”可以彻底改变量子点制造业
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北卡罗来纳州立大学研究人员开发了一种微流体系统，用于在整个可见光的整个光谱上合成钙钛矿量子点。系统大大降低了制造成本，可以按需调整到任何颜色，并允许实时过程监控以确保质量控制。
在过去二十年中，称为量子点（QDS）的胶体半导体纳米晶体已作为新颖的应用，用于从生物传感和成像到LED显示器和太阳能收集的应用。新系统可用于连续制造高质量的QD，以用于这些应用。
“我们称该系统称为纳米晶（NC）工厂，它建立在Nanorobo Microfluidic Platform我们在2017年亮相，“在NC州的化学和生物分子工程助理教授米拉德·阿巴坎尼（NC州）和工作作者的作品。
“我们不仅可以使用连续的制造方法在任何颜色中创建QDS，但NC工厂系统高度模块化，”Abolhasani说。“这意味着，与连续过程监控相结合，系统允许根据需要进行修改以消除批量批次变化，这对于传统的QD制造技术来说是一个重要问题。此外，我们在这项工作中开发的化学允许钙钛矿QD处理在室温下进行。“
QD的荧光颜色是化学成分，尺寸和加工纳米晶体的方式的结果。在纳米波莫系统中使用的原始QD合成策略允许室温合成绿色发射钙钛矿QDS，其使用铯溴化铯制成。NC工厂从铯铅溴化铯钙钛矿量子点开始，但随后介绍各种卤化物盐，精确地调节它们在可见光的整个光谱上的荧光。这些盐中的阴离子用碘原子（朝向光谱的红色末端移动）或氯原子（移动朝向蓝色）中的绿色发射点中的溴原子。
“因为NC工厂可以精确地控制化学成分和加工参数，所以它可用于连续地以最高质量的任何颜色制造Perovskite量子点，”Abolhasani说。
NC工厂系统由三个“即插即用”模块组成。研究人员开发了一种预混合模块，以加快卤化物盐和量子点的混合，以提高产品质量。该系统还包括速度传感器，允许用户准确地监控反应时间。然后使用Nanorobo工艺监测模块原位地监测合成的QD。
“从科学的角度来看，NC工厂系统允许我们发现这种卤化物交换过程在三个阶段进行了三个阶段，”Abolhasani说。“更好地理解反应机制非常重要。但该系统还可以影响与量子点应用和制造相关的实际问题。“
例如，Perovskite量子点对太阳能电力行业具有吸引力的效率，但它们仍然太昂贵，无法在大规模上采用。和超过60％的成本归因于制造业劳动力。
“NC工厂系统需要更少的劳动力运作，”阿巴拉萨尼说。“我们估计系统可以将整体制造成本降至至少50％。它应降低任何应用的QD的制造成本，并且至少应保持 - 如果没有改善 - 量子点的质量。
“我们已经提交了该系统的专利，并与行业合作者合作以商业化技术，”阿巴拉萨尼说。
本文，“容纳室温阴离子交换反应，由模块化微流体平台实现无机钙钛矿量子点，“发表在期刊上先进的功能材料。CO-First作者是Kameel Abdel-Latif和Robert Epps，他是博士学位。NC状态的化学和生物分子工程中的学生。本文由核武结构的本科生Corwin Kerr进行共同撰写;克里斯托弗帕帕，博士学位。在NC州化学的学生;和Felix Castellano，晚安创新在NC州的化学椅子。
该研究是以支持UNC的大会研究机会倡议补助金和科学研究的空军办公室的支持，并在拨款号FA9550-18-1-0331中完成。该工作还借助NC州的分析仪表设施的协助，该工程由国家科学基金会提供支持，该工程在授予ECCS-1542015授予国家科学基金会。
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编辑注：研究摘要跟随。
“嵌合室温度阴离子交换反应由模块化微流体平台实现的无机钙钛矿量子点”
作者：Kameel Abdel-Latif，Robert W. Epps，Corwin B. Kerr，Christopher M.Papa，Felix N. Castellano和北卡罗来纳州立大学米拉德阿阿巴拉萨尼
发表：3月15日，先进的功能材料
迪伊：10.1002 / adfm.201900712
抽象的：为了生产下一代光电装置的材料，已经探讨了钙钛矿量子点的合成后卤化物交换反应，以实现增强的带隙可调性。然而，通过其庞大的相关参数空间和复杂的反应网络抑制了对多丝状卤化物交换反应的全面了解。在这项工作中，我们提供了一个容易室温策略，用于快速卤化无机钙钛矿量子点。通过使用模块化微流体平台，Qdexer（量子点交换器）将反应动力学与前体混合率分离反应动力学来提供对卤化物交换反应的全面了解。我们说明了配体组合物和卤化物盐来源对卤化物交换反应的速率和程度的影响。我们的流体平台提供了一种独特的时间和物质高效的方法，用于研究溶液相处理的胶体纳米晶体，超出这里研究的胶体纳米晶体，并可以加速下一代材料的发现和优化的能源技术。
