纳米晶体改进了用于过程监控应用的量子点制造

北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种微流控系统，用于在可见光的整个光谱上合成钙钛矿量子点。该系统旨在降低制造成本，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。

胶体半导体纳米晶体，被称为量子点(QDs)，已被应用于从生物传感和成像到LED显示器和太阳能收集等各个领域。新系统可用于为这些应用连续制造高质量的量子点。

“我们把这个系统称为纳米晶体(NC)工厂，它建立在我们在2017年发布的NanoRobo微流体平台上，”北卡罗莱纳州立大学化学和生物分子工程助理教授Milad Abolhasani说，他也是一篇关于该工作的论文的通讯作者。

Abolhasani说:“我们不仅可以使用连续制造方法制造任何颜色的量子点，而且NC工厂系统是高度模块化的。”“这意味着，再加上连续的过程监控，该系统可以根据需要进行修改，以消除批与批之间的差异，这对传统的QD制造技术来说是一个重大问题。此外，我们在这项工作中开发的化学物质允许钙钛矿QD处理在室温下进行。”

量子点的荧光颜色是由化学成分、大小和纳米晶体的加工方式决定的。最初的量子点合成策略允许在室温下合成绿色发射钙钛矿量子点，这些量子点是使用铯溴化铅制成的。该过程从铯溴化铅钙钛矿量子点开始，然后引入各种卤化物盐，在整个可见光光谱中精确地调整它们的荧光颜色。这些盐中的阴离子用碘原子(向光谱的红端移动)或氯原子(向光谱的蓝端移动)取代了发出绿色光的点中的溴原子;见图片)。

Abolhasani说:“因为NC工厂可以精确地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，具有最高的质量。”

数控工厂系统由三个即插即用模块组成。研究人员开发了一个预混合模块，以加快卤化物盐和量子点的混合，以提高产品质量。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过程监测模块对合成的量子点进行原位监测。

Abolhasani说:“从科学的角度来看，NC工厂系统使我们发现卤化物交换过程分为三个阶段。”“这对于更好地理解反应机制非常重要。但该系统也可以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对太阳能行业很有吸引力，但它们仍然过于昂贵，无法大规模采用。超过一半的成本来自制造业劳动力。

“NC工厂系统将需要更少的劳动力来持续运行，”Abolhasani说。“我们估计，该系统可以将总体制造成本降低至少50%。它应该降低任何应用的量子点的制造成本，至少应该保持——如果不是提高——量子点的质量。”

马特·希普曼，研究沟通主管，北卡罗莱纳州立大学．由制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．

在线额外

请按此处阅读研究论文”模块化微流控平台支持无机钙钛矿量子点的室温阴离子交换反应。”

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