北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种微流体系统，用于在整个可见光谱范围内合成钙钛矿量子点。该系统大大降低了制造成本，可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。
在过去的二十年中，胶体半导体纳米晶体(称为量子点(QD))已经成为用于从生物传感和成像到LED显示器和太阳能收集的应用的新型材料。新系统可用于连续制造用于这些应用的高质量QD。
“我们称这个系统为纳米晶体(NC)工厂，它建立在 我们于2017年推出的NanoRobo微流体平台上，”北卡罗莱纳州化学和生物分子工程助理教授Milad Abolhasani说道，该论文的相应作者工作。
“我们不仅可以使用连续制造方法创建任何颜色的QD，而且NC工厂系统是高度模块化的，”Abolhasani说。“这意味着，结合连续过程监控，系统允许根据需要进行修改，以消除批量间差异，这可能是传统QD制造技术的一个重大问题。此外，我们在这项工作中开发的化学成分允许钙钛矿QD处理在室温下进行。“
QD的荧光颜色是化学组成，尺寸和纳米晶体加工方式的结果。NanoRobo系统中使用的原始QD合成策略允许室温合成绿色发光钙钛矿QD，其使用溴化铯铅制成。NC工厂从铯溴化铅钙钛矿量子点开始，然后引入各种卤化物盐，以精确调整其在整个可见光范围内的荧光颜色。这些盐中的阴离子用碘原子(向光谱的红端移动)或氯原子(向蓝色移动)取代绿色发光点中的溴原子。
“因为NC工厂可以精确控制化学成分和加工参数，它可以用来连续制造任何颜色的钙钛矿量子点，并具有最高的质量，”Abolhasani说。
NC Factory系统由三个“即插即用”模块组成。研究人员开发了一种预混合模块，以加快卤化物盐和量子点的混合，从而提高产品质量。该系统还包含一个速度传感器，允许用户准确地监测反应时间。然后使用NanoRobo过程监测模块原位监测合成的QD。
“从科学的角度来看，NC工厂系统使我们发现这种卤化物交换过程分三个阶段进行，”Abolhasani说。“这对于更好地理解反应机制非常重要。但该系统还可能影响与量子点应用和制造相关的实际问题。“
例如，钙钛矿量子点因其效率而对太阳能行业具有吸引力，但它们仍然太昂贵而无法大规模采用。其中 60%以上的成本归功于制造业劳动力。
“NC工厂系统将需要更少的劳动力来连续运行，”Abolhasani说。“我们估计该系统可以将整体制造成本降低至少50%。对于任何应用，它应该降低QD的制造成本，并且至少应该保留 - 如果不是改善 - 量子点的质量。
“我们已经为该系统提交了一项专利，并正在与行业合作者合作，将该技术商业化，”Abolhasani说。
