Pesquisadores da North Carolina State University desenvolveram um sistema microfluídico para sintetizar pontos quânticos de perovskita em todo o espectro de luz visível. O sistema reduz drasticamente os custos de fabricação, pode ser ajustado sob demanda para qualquer cor e permite o monitoramento do processo em tempo real para garantir o controle de qualidade.

Nas últimas duas décadas, nanocristais semicondutores coloidais, conhecido como pontos quânticos (QDs), surgiram como novos materiais para aplicações que variam de sensoriamento biológico e imagem a telas LED e captação de energia solar. O novo sistema pode ser usado para fabricar continuamente QDs de alta qualidade para uso nessas aplicações.

"Chamamos este sistema de Fábrica de Nanocristais (NC), e se baseia na plataforma microfluídica NanoRobo que lançamos em 2017, "diz Milad Abolhasani, professor assistente de engenharia química e biomolecular na NC State e autor correspondente de um artigo sobre o trabalho.

"Não só podemos criar os QDs em qualquer cor usando uma abordagem de manufatura contínua, mas o sistema NC Factory é altamente modular, "Abolhasani diz." Isso significa que, juntamente com o monitoramento contínuo do processo, o sistema permite que as modificações sejam feitas conforme necessário para eliminar a variação de lote para lote que pode ser um problema significativo para as técnicas convencionais de fabricação de QD. Adicionalmente, a química que desenvolvemos neste trabalho permite que o processamento QD da perovskita ocorra à temperatura ambiente. "

A cor da fluorescência dos QDs é resultado da composição química, o tamanho, e a forma como os nanocristais são processados. A estratégia de síntese QD original utilizada no sistema NanoRobo permitiu a síntese à temperatura ambiente de QDs de perovskita emissora de verde, que são feitos com brometo de césio e chumbo. NC Factory começa com pontos quânticos de perovskita de brometo de chumbo de césio, mas, em seguida, introduz vários sais de haleto para ajustar com precisão sua cor de fluorescência em todo o espectro de luz visível. Os ânions nesses sais substituem os átomos de bromo nos pontos emissores de verde por átomos de iodo (para se mover em direção à extremidade vermelha do espectro) ou átomos de cloro (para se mover em direção ao azul).

"Como a Fábrica NC pode controlar com precisão a composição química e os parâmetros de processamento, pode ser usado para fabricar continuamente pontos quânticos de perovskita em qualquer cor com a mais alta qualidade, "Abolhasani diz.

O sistema NC Factory consiste em três módulos "plug and play". Os pesquisadores desenvolveram um módulo de pré-mistura para agilizar a mistura de sais de haleto e pontos quânticos, a fim de melhorar a qualidade do produto. O sistema também incorpora um sensor de velocidade que permite aos usuários monitorar os tempos de reação com precisão. Os QDs sintetizados são então monitorados in situ usando o módulo de monitoramento de processo NanoRobo.

"Do ponto de vista científico, o sistema NC Factory permitiu-nos descobrir que este processo de troca de haleto ocorre em três fases, "Diz Abolhasani." Isso é muito importante para entender melhor o mecanismo de reação. Mas o sistema também pode impactar questões práticas relacionadas a aplicações e manufatura de pontos quânticos. "

Por exemplo, os pontos quânticos perovskita são atraentes para a indústria de energia solar por sua eficiência, mas ainda são muito caros para serem adotados em grande escala. E mais de 60% desse custo é atribuído à mão-de-obra industrial.

"O sistema NC Factory exigiria muito menos mão de obra para operar continuamente, "Abolhasani diz." Estimamos que o sistema poderia cortar os custos gerais de fabricação em pelo menos 50 por cento. Deve reduzir os custos de fabricação de QDs para qualquer aplicação e deve pelo menos preservar - se não melhorar - a qualidade dos pontos quânticos.

"Apresentamos uma patente para o sistema, e estão trabalhando com colaboradores da indústria para comercializar a tecnologia, "Abolhasani diz.

O papel, "Reações fáceis de troca aniônica à temperatura ambiente de pontos quânticos de perovskita inorgânica habilitadas por uma plataforma microfluídica modular, "é publicado no jornal Materiais Funcionais Avançados . Os co-primeiros autores são Kameel Abdel-Latif e Robert Epps, quem são Ph.D. estudantes de engenharia química e biomolecular na NC State. O artigo foi coautor de Corwin Kerr, um estudante de graduação na NC State; Christopher Papa, um Ph.D. estudante de química na NC State; e Felix Castellano, a Cadeira Distinta de Química da Goodnight Innovation na NC State.