Des chercheurs ont développé une technique qui permet aux utilisateurs de collecter 100 fois plus d'informations spectrographiques par jour à partir de dispositifs microfluidiques, par rapport à la norme industrielle précédente. La nouvelle technologie a déjà conduit à une nouvelle découverte :la vitesse de mélange des ingrédients pour les points quantiques utilisés dans les LED modifie la couleur de la lumière qu'elles émettent, même lorsque toutes les autres variables sont identiques.

"Les nanocristaux semi-conducteurs sont des structures importantes utilisées dans une variété d'applications, allant des écrans LED aux cellules solaires. Mais produire des structures nanocristallines par synthèse chimique est délicat, parce que ce qui fonctionne bien à petite échelle ne peut pas être directement mis à l'échelle - la physique ne fonctionne pas, " dit Milad Abolhasani, professeur adjoint de génie chimique et biomoléculaire à la North Carolina State University et auteur correspondant d'un article sur le travail.

"Ce défi a conduit à un intérêt pour les approches de nanofabrication en continu qui reposent sur une synthèse microfluidique contrôlée avec précision, " dit Abolhasani. " Mais tester toutes les variables pertinentes pour trouver la meilleure combinaison pour la fabrication d'une structure donnée prend un temps extrêmement long en raison des limitations des technologies de surveillance existantes - nous avons donc décidé de construire une toute nouvelle plate-forme. "

Actuellement, les technologies de surveillance microfluidique sont fixées en place, et surveiller soit l'absorption soit la fluorescence. Les données de fluorescence vous indiquent quelle est la bande interdite d'émission du cristal - ou quelle couleur de lumière il émet - ce qui est important pour les applications LED. Les données d'absorption vous indiquent la taille et la concentration du cristal, ce qui est pertinent pour toutes les applications, ainsi que sa bande interdite d'absorption - ce qui est important pour les applications de cellules solaires.

Pour surveiller à la fois la fluorescence et l'absorption, vous auriez besoin de deux points de surveillance distincts. Et, étant fixé en place, les gens accéléreraient ou ralentiraient le débit dans le canal microfluidique pour contrôler le temps de réaction de la synthèse chimique :plus le débit est rapide, moins un échantillon a de temps de réaction avant d'atteindre le point de contrôle. Travaillant 24 heures sur 24, cette approche permettrait à un laboratoire de collecter environ 300 échantillons de données en 24 heures.

Abolhasani et son équipe ont développé une technologie microfluidique automatisée appelée NanoRobo, dans lequel un module de surveillance spectrographique qui collecte à la fois des données de fluorescence et d'absorption peut se déplacer le long du canal microfluidique, collecter des données en cours de route. Le système est capable de collecter 30, 000 échantillons de données en 24 heures – accélérer la découverte, dépistage, et l'optimisation des nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux, tels que les points quantiques pérovskites, de deux ordres de grandeur.

Et, en raison de la capacité de traduction du nouveau module de surveillance, le système peut étudier le temps de réaction en se déplaçant le long du canal microfluidique, plutôt que de changer le débit - qui, les chercheurs ont découvert, fait une grande différence.

Parce que NanoRobo a permis aux chercheurs de surveiller pour la première fois le temps de réaction et le débit en tant que variables distinctes, Abolhasani a été le premier à noter que la vitesse des échantillons dans le canal microfluidique affectait la taille et la couleur d'émission des nanocristaux résultants. Même si tous les ingrédients étaient les mêmes, et toutes les autres conditions étaient identiques, les échantillons qui se déplaçaient – ​​et se mélangeaient – ​​à un rythme plus rapide produisaient des nanocristaux plus petits. Et cela affecte la couleur de la lumière émise par ces cristaux.

"Ce n'est qu'une façon de plus d'ajuster la longueur d'onde d'émission des nanocristaux de pérovskite pour une utilisation dans les appareils à LED, " dit Abolhasani.

NC State a déposé un brevet provisoire couvrant NanoRobo et est ouvert à l'exploration des applications commerciales potentielles de la technologie.

Le papier, "Plateforme microfluidique automatisée d'études systématiques de nanocristaux de pérovskite colloïdale :vers une nano-fabrication continue, " est publié dans la revue Laboratoire sur puce .