Нанокристаллическая фабрика ставит производство квантовых точек на поток
Исследователи разработали микрофлюидную систему синтеза квантовых точек перовскита всего спектра видимого света. Ее можно настраивать для изготовления нанокристаллов любого цвета, а также полностью контролировать процесс в режиме реального времени, что обеспечивает контроль качество и позволяет значительно сократить производственные издержки.
За последние 20 лет коллоидные полупроводниковые нанокристаллы, называемые квантовыми точками (КТ), получили широкое распространение в светодиодных дисплеях, устройствах сбора солнечной энергии, биозондировании и других сферах. Команда ученых из Университета штата Северная Каролина создала полностью автоматизированную систему их непрерывного производства, работающую в условиях комнатной температуры.
Сами инженеры называют свою микрофлюидную платформу фабрикой нанокристаллов. Система состоит из трех модулей, отвечающих за предварительное смешивание галогенидных солей и квантовых точек, управление скоростью реакций и мониторинга процесса. Возможность точного контроля химического состава и параметров обработки позволяет добиться изготовления качественных КТ перовскита любого цвета.
Изначально синтезируются нанокристаллы из бромида цезия-свинца с зеленым излучением, а затем добавляются различные галогенидные соли для точной настройки их флуоресцентных характеристик по всему спектру видимого света. Отрицательно заряженные ионы вводимых солей заменяют атомы брома на йод (движение к красному краю) или на хлор (к синему).
По словам ученых, разработанная технология обеспечит рост эффективности производства и практического применения полученных продуктов. В качестве примера они указывают на привлекательность квантовых точек из перовскита для солнечной энергетики. Несмотря на высокие показатели эффективности, их производство до сих пор остается слишком дорогим для глобального использования. Причем более 60% расходов связано с производством.
По предварительным оценкам, созданная микрофлюидная платформа позволит сократить общепроизводственные затраты как минимум вдвое. При этом непрерывный контроль качества позволит оперативно вносить корректировки по мере необходимости, чтобы исключить отклонения в различных партиях.
Команда уже отправила патентную заявку и занимается поиском партнеров, которые помогут коммерциализировать разработанную технологию синтеза.
Направление является очень перспективным, поскольку недавно ученые из Стэнфордского университета установили, что эффективности излучения КТ может превышать 99,9% даже при использовании дешевых полупроводников.