北卡羅萊納州立大學(xué)研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種微流體系統(tǒng)，用于合成鈣鈦礦量子點(diǎn)，覆蓋整個可見光光譜。該系統(tǒng)大大降低了制造成本，可以根據(jù)需要調(diào)整為任何顏色，并允許實(shí)時過程監(jiān)控，以確保質(zhì)量控制。

在過去的20年里，膠體半導(dǎo)體納米晶體，即量子點(diǎn)(QDs)，已經(jīng)成為從生物傳感和成像到LED顯示器和太陽能收集等應(yīng)用領(lǐng)域的新材料。新系統(tǒng)可用于連續(xù)生產(chǎn)高質(zhì)量的QDs，用于這些應(yīng)用。北卡羅來納州化學(xué)和生物分子工程助理教授米拉德?阿博爾哈薩尼(Milad Abolhasani)表示：

博科園-科學(xué)科普：我們把這個系統(tǒng)稱為納米晶體(NC)工廠，它建立在我們在之前發(fā)布的納米微流體平臺之上。不僅可以使用連續(xù)制造方法創(chuàng)建任何顏色的QDs，而且NC工廠系統(tǒng)是高度模塊化。這意味著，與持續(xù)的過程監(jiān)控相結(jié)合，該系統(tǒng)允許根據(jù)需要進(jìn)行修改，以消除批量到批次的變化，這可能是傳統(tǒng)QD制造技術(shù)的一個重要問題。此外，在這項研究工作中開發(fā)的化學(xué)物質(zhì)可以使鈣鈦礦QD處理在室溫下進(jìn)行。量子點(diǎn)熒光顏色是由納米晶體的化學(xué)成分、大小和加工方法決定。

在納米硼體系中采用的QD合成策，能在室溫下合成以溴化銫鉛為原料的綠色鈣鈦礦QDs。NC工廠從溴化銫鉛鈣鈦礦量子點(diǎn)開始，然后引入各種鹵化物鹽，以精確地調(diào)整它們在整個可見光光譜中的熒光顏色。這些鹽中的陰離子用碘原子(移動到光譜的紅色端)或氯原子(移動到藍(lán)色端)取代了綠點(diǎn)中的溴原子。阿博爾哈薩尼說：由于數(shù)控工廠可以精確控制化學(xué)成分和加工參數(shù)，它可以連續(xù)生產(chǎn)任何顏色的鈣鈦礦量子點(diǎn)，質(zhì)量最高。數(shù)控工廠系統(tǒng)由三個“即插即用”模塊組成，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，研究人員開發(fā)了一個預(yù)混合模塊來加速鹵化物鹽和量子點(diǎn)的混合。

該系統(tǒng)還包括一個速度傳感器，允許用戶準(zhǔn)確監(jiān)測反應(yīng)時間。然后利用納米o(hù)bo過程監(jiān)測模塊對合成的量子點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測。從科學(xué)的角度來看，NC工廠系統(tǒng)讓我們發(fā)現(xiàn)這個鹵化物交換過程分三個階段進(jìn)行，這對于更好地理解反應(yīng)機(jī)制非常重要。但該系統(tǒng)也會影響與量子點(diǎn)應(yīng)用和制造相關(guān)的實(shí)際問題。例如，鈣鈦礦量子點(diǎn)的效率對太陽能產(chǎn)業(yè)很有吸引力，但它們?nèi)匀惶嘿F，無法大規(guī)模應(yīng)用。其中超過60%的成本來自制造業(yè)勞動力。阿博爾哈薩尼說：數(shù)控工廠系統(tǒng)需要的勞動力要少得多，才能持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，估計，這個系統(tǒng)可以把整個制造成本降低至少50%。

它應(yīng)該降低量子點(diǎn)的制造成本，至少應(yīng)該保留量子點(diǎn)的質(zhì)量。已經(jīng)為這個系統(tǒng)提交了一項專利，并正在與行業(yè)合作伙伴合作，將這項技術(shù)商業(yè)化。研究發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》上。共同的第一作者是Kameel Abdel-Latif和Robert Epps，他們是NC州立大學(xué)化學(xué)和生物分子工程的博士生。這篇論文的作者之一是北卡羅來納大學(xué)的本科生科爾(Corwin Kerr)；克里斯托弗·帕帕(Christopher Papa)是北卡羅來納州的一名化學(xué)博士生；還有Felix Castellano，北卡羅來納大學(xué)化學(xué)教授，晚安創(chuàng)新杰出講座教授。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自: 北卡羅來納州立大學(xué)/Matt Shipman

參考期刊文獻(xiàn):《Advanced Functional Materials》

DOI: 10.1002/adfm.201900712

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