納米晶體“工廠”將徹底改變量子點的製造

北卡羅萊納州立大學研究人員已經開發出一種微流體系統，用於合成鈣鈦礦量子點，覆蓋整個可見光光譜。該系統大大降低了製造成本，可以根據需要調整爲任何顏色，並允許實時過程監控，以確保質量控制。在過去的20年裏，膠體半導體納米晶體，即量子點(QDs)，已經成爲從生物傳感和成像到LED顯示器和太陽能收集等應用領域的新材料。新系統可用於連續生產高質量的QDs，用於這些應用。北卡羅來納州化學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-科學科普：我們把這個系統稱爲納米晶體(NC)工廠，它建立在我們在之前發佈的納米微流體平臺之上。不僅可以使用連續製造方法創建任何顏色的QDs，而且NC工廠系統是高度模塊化。這意味着，與持續的過程監控相結合，該系統允許根據需要進行修改，以消除批量到批次的變化，這可能是傳統QD製造技術的一個重要問題。此外，在這項研究工作中開發的化學物質可以使鈣鈦礦QD處理在室溫下進行。量子點熒光顏色是由納米晶體的化學成分、大小和加工方法決定。

NC州立大學研究人員開發了一種微流體系統來合成鈣鈦礦量子點，該系統大大降低了製造成本，可以根據需要調整成任何顏色，並允許實時過程監控，以確保質量控制。圖片：State University

在納米硼體系中採用的QD合成策，能在室溫下合成以溴化銫鉛爲原料的綠色鈣鈦礦QDs。NC工廠從溴化銫鉛鈣鈦礦量子點開始，然後引入各種鹵化物鹽，以精確地調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(移動到藍色端)取代了綠點中的溴原子。阿博爾哈薩尼說：由於數控工廠可以精確控制化學成分和加工參數，它可以連續生產任何顏色的鈣鈦礦量子點，質量最高。數控工廠系統由三個“即插即用”模塊組成，爲了提高產品質量，研究人員開發了一個預混合模塊來加速鹵化物鹽和量子點的混合。

該系統還包括一個速度傳感器，允許用戶準確監測反應時間。然後利用納米obo過程監測模塊對合成的量子點進行現場監測。從科學的角度來看，NC工廠系統讓我們發現這個鹵化物交換過程分三個階段進行，這對於更好地理解反應機制非常重要。但該系統也會影響與量子點應用和製造相關的實際問題。例如，鈣鈦礦量子點的效率對太陽能產業很有吸引力，但它們仍然太昂貴，無法大規模應用。其中超過60%的成本來自製造業勞動力。阿博爾哈薩尼說：數控工廠系統需要的勞動力要少得多，才能持續運轉，估計，這個系統可以把整個製造成本降低至少50%。

NC州立大學研究人員開發了一種微流體系統，用於合成鈣鈦礦量子點整個可見光光譜。量子點被應用於生物傳感和成像、LED顯示器和太陽能收集等領域，新系統可用於連續製造高質量的量子點，用於這些應用。圖片：Milad Abolhasani, NC State

它應該降低量子點的製造成本，至少應該保留量子點的質量。已經爲這個系統提交了一項專利，並正在與行業合作伙伴合作，將這項技術商業化。研究發表在《先進功能材料》上。共同的第一作者是Kameel Abdel-Latif和Robert Epps，他們是NC州立大學化學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博士生；還有Felix Castellano，北卡羅來納大學化學教授，晚安創新傑出講座教授。