北卡罗莱纳州立大学研究人员已经开发出一种微流体系统，用于合成钙钛矿量子点，覆盖整个可见光光谱。该系统大大降低了制造成本，可以根据需要调整为任何颜色，并允许实时过程监控，以确保质量控制。在过去的20年里，胶体半导体纳米晶体，即量子点(QDs)，已经成为从生物传感和成像到LED显示器和太阳能收集等应用领域的新材料。新系统可用于连续生产高质量的QDs，用于这些应用。北卡罗来纳州化学和生物分子工程助理教授米拉德·阿博尔哈萨尼(Milad Abolhasani)表示：
博科园-科学科普：我们把这个系统称为纳米晶体(NC)工厂，它建立在我们在之前发布的纳米微流体平台之上。不仅可以使用连续制造方法创建任何颜色的QDs，而且NC工厂系统是高度模块化。这意味着，与持续的过程监控相结合，该系统允许根据需要进行修改，以消除批量到批次的变化，这可能是传统QD制造技术的一个重要问题。此外，在这项研究工作中开发的化学物质可以使钙钛矿QD处理在室温下进行。量子点荧光颜色是由纳米晶体的化学成分、大小和加工方法决定。
NC州立大学研究人员开发了一种微流体系统来合成钙钛矿量子点，该系统大大降低了制造成本，可以根据需要调整成任何颜色，并允许实时过程监控，以确保质量控制。图片：State University
在纳米硼体系中采用的QD合成策，能在室温下合成以溴化铯铅为原料的绿色钙钛矿QDs。NC工厂从溴化铯铅钙钛矿量子点开始，然后引入各种卤化物盐，以精确地调整它们在整个可见光光谱中的荧光颜色。
这些盐中的阴离子用碘原子(移动到光谱的红色端)或氯原子(移动到蓝色端)取代了绿点中的溴原子。阿博尔哈萨尼说：由于数控工厂可以精确控制化学成分和加工参数，它可以连续生产任何颜色的钙钛矿量子点，质量最高。数控工厂系统由三个“即插即用”模块组成，为了提高产品质量，研究人员开发了一个预混合模块来加速卤化物盐和量子点的混合。
该系统还包括一个速度传感器，允许用户准确监测反应时间。然后利用纳米obo过程监测模块对合成的量子点进行现场监测。从科学的角度来看，NC工厂系统让我们发现这个卤化物交换过程分三个阶段进行，这对于更好地理解反应机制非常重要。但该系统也会影响与量子点应用和制造相关的实际问题。例如，钙钛矿量子点的效率对太阳能产业很有吸引力，但它们仍然太昂贵，无法大规模应用。其中超过60%的成本来自制造业劳动力。阿博尔哈萨尼说：数控工厂系统需要的劳动力要少得多，才能持续运转，估计，这个系统可以把整个制造成本降低至少50%。
NC州立大学研究人员开发了一种微流体系统，用于合成钙钛矿量子点整个可见光光谱。量子点被应用于生物传感和成像、LED显示器和太阳能收集等领域，新系统可用于连续制造高质量的量子点，用于这些应用。图片：Milad Abolhasani, NC State
它应该降低量子点的制造成本，至少应该保留量子点的质量。已经为这个系统提交了一项专利，并正在与行业合作伙伴合作，将这项技术商业化。研究发表在《先进功能材料》上。共同的第一作者是Kameel Abdel-Latif和Robert Epps，他们是NC州立大学化学和生物分子工程的博士生。这篇论文的作者之一是北卡罗来纳大学的本科生科尔(Corwin Kerr)；克里斯托弗·帕帕(Christopher Papa)是北卡罗来纳州的一名化学博士生；还有Felix Castellano，北卡罗来纳大学化学教授，晚安创新杰出讲座教授。
博科园-科学科普｜研究/来自: 北卡罗来纳州立大学/Matt Shipman
参考期刊《Advanced Functional Materials》
DOI: 10.1002/adfm.201900712
博科园-传递宇宙科学之美
