Des chercheurs de NC State ont développé un système microfluidique pour synthétiser des points quantiques de pérovskite qui réduit considérablement les coûts de fabrication, peut être réglé à la demande sur n'importe quelle couleur et permet une surveillance du processus en temps réel pour assurer le contrôle de la qualité. Crédit :Milad Abolhasani, Université d'État de Caroline du Nord
Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont développé un système microfluidique pour synthétiser des points quantiques pérovskites dans tout le spectre de la lumière visible. Le système réduit considérablement les coûts de fabrication, peut être réglé à la demande sur n'importe quelle couleur et permet une surveillance du processus en temps réel pour assurer le contrôle de la qualité.
Au cours des deux dernières décennies, nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux, connu sous le nom de points quantiques (QDs), ont émergé en tant que nouveaux matériaux pour des applications allant de la détection et de l'imagerie biologiques aux écrans LED et à la récupération d'énergie solaire. Le nouveau système peut être utilisé pour fabriquer en continu des QD de haute qualité à utiliser dans ces applications.
« Nous appelons ce système l'usine de nanocristaux (NC), et il s'appuie sur la plateforme microfluidique NanoRobo que nous avons dévoilée en 2017, " dit Milad Abolhasani, professeur adjoint de génie chimique et biomoléculaire à l'État de Caroline du Nord et auteur correspondant d'un article sur le travail.
"Non seulement nous pouvons créer les QD dans n'importe quelle couleur en utilisant une approche de fabrication continue, mais le système NC Factory est très modulaire, " Abolhasani dit. " Cela signifie que, couplé à une surveillance continue des processus, le système permet d'apporter des modifications au besoin pour éliminer la variation de lot à lot qui peut être un problème important pour les techniques de fabrication QD conventionnelles. En outre, la chimie que nous avons développée dans ce travail permet au traitement de la pérovskite QD d'avoir lieu à température ambiante."
La couleur de fluorescence des QD est le résultat de la composition chimique, la taille, et la façon dont les nanocristaux sont traités. La stratégie originale de synthèse QD utilisée dans le système NanoRobo a permis la synthèse à température ambiante de QD de pérovskite émettant du vert, qui sont fabriqués à partir de bromure de plomb césium. NC Factory commence avec des points quantiques de pérovskite au bromure de plomb et de césium, mais introduit ensuite divers sels d'halogénure pour régler avec précision leur couleur de fluorescence sur tout le spectre de la lumière visible. Les anions de ces sels remplacent les atomes de brome dans les points verts par des atomes d'iode (pour se déplacer vers l'extrémité rouge du spectre) ou des atomes de chlore (pour se déplacer vers le bleu).
"Parce que l'usine NC peut contrôler avec précision à la fois la composition chimique et les paramètres de traitement, il peut être utilisé pour fabriquer en continu des points quantiques pérovskites dans n'importe quelle couleur avec la plus haute qualité, " dit Abolhasani.
Des chercheurs de NC State ont développé un système microfluidique pour synthétiser des points quantiques pérovskites dans tout le spectre de la lumière visible. Les points quantiques sont utilisés dans des applications allant de la détection et de l'imagerie biologiques aux écrans LED et à la récupération d'énergie solaire. Le nouveau système peut être utilisé pour fabriquer en continu des points quantiques de haute qualité à utiliser dans ces applications. Crédit :Milad Abolhasani, État NC
Le système NC Factory se compose de trois modules "plug and play". Les chercheurs ont développé un module de pré-mélange pour accélérer le mélange des sels d'halogénure et des points quantiques, afin d'améliorer la qualité des produits. Le système intègre également un capteur de vitesse qui permet aux utilisateurs de surveiller avec précision les temps de réaction. Les QD synthétisés sont ensuite surveillés in situ à l'aide du module de surveillance de processus NanoRobo.
« D'un point de vue scientifique, le système NC Factory nous a permis de découvrir que ce processus d'échange d'halogénures se déroule en trois étapes, " Abolhasani dit. "C'est très important pour mieux comprendre le mécanisme de réaction. Mais le système peut également avoir un impact sur les problèmes pratiques liés aux applications et à la fabrication des points quantiques. »
Par exemple, Les points quantiques pérovskites sont attrayants pour l'industrie de l'énergie solaire pour leur efficacité, mais ils sont encore trop chers pour être adoptés à grande échelle. Et plus de 60 pour cent de ce coût est attribué à la main-d'œuvre de fabrication.
« Le système NC Factory nécessiterait beaucoup moins de main-d'œuvre pour fonctionner en continu, " Abolhasani dit. "Nous estimons que le système pourrait réduire les coûts de fabrication globaux d'au moins 50 pour cent. Il devrait réduire les coûts de fabrication des QD pour toute application et devrait au moins préserver, voire améliorer, la qualité des points quantiques.
"Nous avons déposé un brevet pour le système, et travaillent avec des collaborateurs de l'industrie pour commercialiser la technologie, " dit Abolhasani.
Le papier, "Réactions d'échange d'anions à température ambiante faciles de points quantiques de pérovskite inorganique activées par une plate-forme microfluidique modulaire, " est publié dans la revue Matériaux fonctionnels avancés . Les co-premiers auteurs sont Kameel Abdel-Latif et Robert Epps, qui sont Ph.D. étudiants en génie chimique et biomoléculaire à NC State. L'article a été co-écrit par Corwin Kerr, un étudiant de premier cycle à NC State; Christophe Papa, un doctorat étudiant en chimie à NC State; et Félix Castellano, la chaire de chimie Goodnight Innovation Distinguished à NC State.
