วิธีการสังเคราะห์ MonoDisperse Colloidal Quantum Dots

Lutfan Sinatra, Jun Pan, Osman M. Bakr

Physical Science and Engineering Division, King Abdullah University of Science and Technology, Thuwal, Saudi Arabia

Material Matters, 2017, 12.1

บทนำ

จุดควอนตัมคอลลอยด์ (CQDs) เป็นผลึกเซมิคอนดักเตอร์เพียงไม่กี่นาโนเมตร (Ca. 2 – 12 นาโนเมตร) เคลือบด้วยโมเลกุล ligand/surfactant เพื่อช่วยป้องกันการรวมตัวกัน เนื่องจาก CQD มีอยู่ในระดับนาโนเมตรพวกเขาสามารถนำเสนอคุณสมบัติที่ไม่ซ้ำกันผ่านการจำกัดควอนตัม¹ สามารถบรรลุคุณสมบัติทางไฟฟ้าและออปติคอลที่สามารถปรับได้สูงโดยการปรับรูปร่างขนาดและองค์ประกอบของ QD และในการทำเช่นนั้นช่วยอำนวยความสะดวกในการใช้ QD ในการใช้งานที่หลากหลาย QDS มีแนวโน้มโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์ optoelectronic เช่นไดโอดเปล่งแสง, photovoltaics, photodetectors, เลเซอร์และทรานซิสเตอร์ฟิลด์ผล^{2 – 4}

ตั้งแต่นักวิจัย ได้อธิบายถึงคุณสมบัติที่ขึ้นอยู่กับขนาดของ QD ในช่วงต้นทศวรรษที่ 1980 ความหลากหลายของนาโนคริสตัล QD ที่แตกต่างกันได้เกิดขึ้น ความก้าวหน้าที่สำคัญ 5 และ 6 ได้ถูกสร้างขึ้นในดินแดนของอนุภาคเซมิคอนดักเตอร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของวิธีการสังเคราะห์คอลลอยด์ การพัฒนา CQDs มีแนวโน้มโดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ของอุปกรณ์ optoelectronic solutionprocessable; ตัวอย่างเช่นผู้ที่เกี่ยวข้องกับการเคลือบหมุนการพิมพ์อิงค์เจ็ทการเคลือบใบมีดและการพิมพ์หน้าจอได้ปูทางสำหรับการผลิตอุปกรณ์ที่มีความยืดหยุ่นขนาดใหญ่ที่มีต้นทุนต่ำ⁷

อย่างไรก็ตามการพัฒนาเหล่านี้ไม่ได้เกิดขึ้นโดยปราศจากความท้าทายของพวกเขา ความท้าทายอย่างหนึ่งคือการสังเคราะห์ CQD แบบกระจายตัวแบบโมโนแยกย้ายกันและแบบกระจายขนาดแคบ ในช่วง 30 ปีที่ผ่านมาความก้าวหน้าในวิธีการที่ใช้ในการผลิต CQD ได้ส่งผลให้เกิดวิวัฒนาการของวิธีการที่แตกต่างกันในการสังเคราะห์พวกเขาด้วยขนาดที่สม่ำเสมอ Monodisperse CQD มีความสำคัญเนื่องจากมีคุณสมบัติที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งสามารถใช้ในอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่มีคุณภาพสูง  

ในที่นี้เราได้สรุปวิธีการต่างๆมากมายในการสังเคราะห์ CQD โดยมุ่งเน้นไปที่วิวัฒนาการของ CQDs ที่ใช้โมโนแยกย้ายกันไปและนำไปสู่ CQDs โดยเฉพาะอย่างยิ่ง CdSe, CdTe, PBS และ Perovskite QDs เนื่องจากการใช้งานที่กว้างขวางและคุณสมบัติที่มีประสิทธิภาพ เราหารือเกี่ยวกับวิธีการต่างๆสำหรับการสังเคราะห์ชุดของ QD monodisperse รวมทั้งร้อนฉีด, ความร้อนขึ้น, คลัสเตอร์, และไมโครเวฟช่วยวิธีการสังเคราะห์. นอกจากนี้เรายังประเมินการสังเคราะห์การไหลช่วยอย่างต่อเนื่องเป็นวิธีการในการผลิต CQD ในขนาดการผลิตขนาดใหญ่และเปรียบเทียบข้อดีของชุดและวิธีการไหลช่วยอย่างต่อเนื่อง

วิธีการฉีดแบบร้อน

วิธีการในปัจจุบันในการสังเคราะห์ CQD แบบ monodispersse ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการทำงานของ Lamer และ Dinegar ซึ่งอธิบายว่าการผลิตคอลลอยด์ monodisperse ขึ้นอยู่กับนิวเคลียสอย่างรวดเร็วตามด้วยการเติบโตที่ควบคุมได้ของนิวเคลียสที่มีอยู่ (รูปที่ 1)^8,9 ใช้วิธีการนี้, Alivisatos และ Bawendi et al. แนะนำวิธีการ“ฉีดร้อน”ในการสังเคราะห์ซีดีแบบแยกส่วน, CdSe, และ CdTe QDs^10,11 จนถึงทุกวันนี้วิธีการฉีดแบบร้อนยังคงเป็นวิธีการที่พบมากที่สุดซึ่งมีการสังเคราะห์นาโนคริสตัลโมโนแยกย้ายกันไป มันเกี่ยวข้องกับการผลิตนิวเคลียสที่เป็นเนื้อเดียวกันผ่านการฉีดอย่างรวดเร็วของรีเอเจนต์ organometallic ลงในตัวทำละลายที่ร้อน สารละลายปฏิกิริยาที่ใช้ในระหว่างกระบวนการนี้ยังมีโมเลกุล/เอ็นลดแรงตึงผิวเพื่อป้องกันไม่ให้ QDs จับตัวเป็นกลุ่ม เอ็นที่มักใช้ได้แก่ alkylphosphine และ alkylphosphine oxides (เช่น trioctylphosphine, Prod หมายเลข 71816 5 และ trioctylphosphine ออกไซด์ Prod ฉบับที่ 223301) กรดคาร์บอกซิลิกโซ่ยาว (เช่นกรดโอเลอิกผลิตภัณฑ์ ไม่ O1008)และอามีนแบบโซ่ยาว (เช่น oleylamine)² เมื่อเกิดนิวเคลียสขึ้นจะสังเกตเห็นการเติบโตที่ควบคุมการกระจายแบบเป็นเนื้อเดียวกันทั่วทั้งโซลูชันซึ่ง QD ที่มีขนาดใหญ่จะเติบโตช้ากว่า QD ที่มีขนาดเล็กลงส่งผลให้เกิดผลการโฟกัสขนาด เมื่อการเติบโตดำเนินไปการทำให้สุกของ Ostwald จะเกิดขึ้นซึ่ง QD ที่มีขนาดใหญ่จะเติบโตอย่างต่อเนื่องในขณะที่ QD ที่มีขนาดเล็กจะละลายเนื่องจากมีโอกาสทางเคมีสูงขึ้น⁴ จนกว่าจุดอิ่มตัว (รูปที่ 1A) ขนาดอนุภาคเฉลี่ยจะเพิ่มขึ้นและความเข้มข้นของอนุภาคจะลดลง วิธีการฉีดแบบร้อนมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากมีการควบคุมระดับสูงเกี่ยวกับขนาดของอนุภาคและการกระจายขนาดโดยอนุญาตให้มีนิวเคลียสอย่างรวดเร็วแยกออกจากระยะการเจริญเติบโต ด้วยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวและเวลาในการตอบสนองทำให้สามารถรับ QD ที่มีขนาดต่างๆได้ นอกจากนี้วิธีการนี้ยังได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในการสังเคราะห์นาโนคริสตัล QD ประเภทต่างๆ

รูปที่ 1 ก) แผนภาพของนิวเคลียสและระยะการเจริญเติบโตสำหรับการเตรียมความพร้อมของนาโนคริสตัล monodisperse ในกรอบของแบบจำลอง Lamer ข) การนำเสนอของอุปกรณ์สังเคราะห์ที่เรียบง่ายที่ใช้ในการเตรียมความพร้อมนาโนคริสตัลโมโนแยกย้ายกัน แก้ไขโดยได้รับอนุญาตจากการทบทวนประจำปีของวัสดุวิทยาศาสตร์ปริมาณ 30 ลิขสิทธิ์ ความคิดเห็นประจำปี.

เมื่อเร็วๆนี้วิธีการฉีดร้อนได้รับการปรับอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อสังเคราะห์ซีเซียมตะกั่วเฮไลด์เพอร์รอฟสไกต์ (CsPbX3, X = Cl, Br, I) นาโนคริสตัล¹² CsPbX 3 nanocrystals สามารถหาได้โดยการทำปฏิกิริยา cs-oleate ด้วย Pb (II) -halide ในแปดเลขฐานสิบ (Prod. No. 74740) ที่อุณหภูมิสูง (โดยปกติ 140 – 200°C) ภายใต้ N 2 บรรยากาศ ก่อนที่จะฉีดซีเอสโอเลตส่วนผสมของ oleylamine และกรดโอเลอิกที่อัตราส่วน 1: 1 จะถูกเพิ่มเข้าไปในสารละลาย Pb (II) - halide ในแปดเหลี่ยม (ที่ 120°C และ N2 บรรยากาศ) เพื่อทำให้ Pb (II) - halide ละลายและรักษาเสถียรภาพของ nanocrystals ที่ได้รับ เนื่องจากลักษณะของปฏิกิริยาเมตาไธซิสไอออนิกใน CsPbX 3 nanocrystals นิวเคลียสและจลนศาสตร์การเจริญเติบโตนั้นรวดเร็วมากโดยมีการเจริญเติบโตเกิดขึ้นภายในเวลาเพียง 1 – 3 วินาที ดังนั้นขนาดของ CsPbX 3 nanocrystals สามารถปรับได้อย่างสะดวกโดยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิปฏิกิริยาแต่ไม่เปลี่ยนแปลงเวลาปฏิกิริยา CsPbX 3 nanocrystals ที่ผลิตผ่านวิธีการนี้แสดงพลังงาน bandgap tunable ตามขนาดและองค์ประกอบ วิธีนี้สามารถใช้ในการสร้าง CsPbX 3 nanocrystals ที่ครอบคลุมพื้นที่สเปกตรัมที่มองเห็นได้ทั้งหมดโดยมีความกว้างของเส้นปล่อยแสงแคบ (12 – 42 nm) และแสดงผลควอนตัมโฟโตลูมิเนสเซนส์ (PLQY) Ca 50 – 90% (รูปที่ 2)

รูปที่ 2 ก) แผนผังของลูกบาศก์ perovskite ตาข่ายของ CsPbX3 b) ภาพการส่งผ่านกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (TEM) แบบปกติของ CsPbBr3 NCs c) คอลลอยด์ Perovskite CsPbX3 NCs ในโทลูอีนภายใต้แสงยูวี d) ตัวแทน PL spectra ทำซ้ำโดยได้รับอนุญาตจากเอกสารอ้างอิง 12 ลิขสิทธิ์ 2015 สมาคมเคมีอเมริกัน

วิธีการทำความร้อน

วิธีการทำความร้อนเป็นวิธีการแบบไม่ฉีดที่เกี่ยวข้องกับการทำความร้อนอย่างต่อเนื่องให้กับสารตั้งต้นในที่ที่มีเอ็น วิธีการทำความร้อนโดยทั่วไปถือว่าเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการเตรียมนาโนคริสตัลเพราะจะช่วยให้พวกเขาสามารถเตรียมในหม้อเดียวโดยไม่ต้องฉีดขั้นตอน วิธีการสังเคราะห์ความร้อนส่วนใหญ่ส่งผลให้เกิดการกระจายขนาดอนุภาคโพลีแยกย้ายกันไปเนื่องจากเหตุการณ์นิวเคลียสจะแพร่กระจายไปในช่วงเวลาที่เห็นได้ชัด คาโออีทอล พบว่าเป็นไปได้ที่จะได้รับ CQD แบบโมโนแยกย้ายกันด้วยวิธีนี้หากใช้สารตั้งต้นที่มีระดับปฏิกิริยาที่เหมาะสม ในกลยุทธ์ที่คล้ายกันกับวิธีการฉีดร้อนกุญแจสำคัญคือการใช้กระบวนการนิวเคลียสที่เป็นเนื้อเดียวกันผ่านการใช้สารตั้งต้นที่มีปฏิกิริยาสูงเฉพาะเมื่อพวกเขาถึงอุณหภูมิที่แน่นอน โดยทั่วไปแล้วสารตั้งต้นควรแสดงไม่หรือต่ำมากปฏิกิริยาต่ำกว่าอุณหภูมิที่ต้องการเพื่อให้ความโดดเด่นของการเจริญเติบโตในนาโนคริสตัลเป้าหมาย (รูปที่ 3)¹³

รูปที่ 3 วงจรของวิธีการทำความร้อน¹⁴

ตัวอย่างเช่นมันเป็นไปได้ที่จะสังเคราะห์ monodispersse cdSe qd nanocrystals ในแปดฐานผ่านการใช้แคดเมียม myristate ซึ่งสลายตัวที่ประมาณ 226°C และผงซีลีเนียม (Prod. ฉบับที่ 229865) ซึ่งสลายตัวที่ประมาณ 221°C เป็นสารตั้งต้นที่มีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิการเจริญเติบโต 240°C นอกจากนี้ผงซีลีเนียมสามารถละลายได้เฉพาะในแปดเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 190 องศาเซลเซียส ดังนั้นการวิจัยก่อนหน้านี้พบว่านิวเคลียสปรากฏขึ้นเมื่ออุณหภูมิถึงประมาณ 210°C และลักษณะนี้ต่อมาตามด้วยการเจริญเติบโตอย่างต่อเนื่อง จากนั้นความเข้มข้นของอนุภาคจะเพิ่มขึ้นเป็นระดับสูงสุดก่อนที่จะลดลงในภายหลัง วิธีการนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการสังเคราะห์ monodispersse (ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานน้อยกว่า 5 เปอร์เซ็นต์ของขนาด) และ CQD คุณภาพสูงที่มี PLQY อยู่ระหว่าง 30 – 40% นอกจากนี้ยังสามารถใช้วิธีการที่คล้ายกันในการสังเคราะห์ CdTe nanocrystals ผ่านการใช้สารตั้งต้นของแคดเมียมออกเทคไดฟอสเฟตและ tributylphosphine telluride

วิธีการแบบคลัสเตอร์ช่วย

วิธีการแบบคลัสเตอร์ช่วยใช้คลัสเตอร์หรืออนุภาคเมล็ดในระบบปฏิกิริยาที่มีความสม่ำเสมอมาก พวกนี้ทำหน้าที่เป็นนิวเคลียสและทำให้เกิดการเติบโตที่ควบคุมได้ของนาโนคริสตัล โดยทั่วไปปฏิกิริยาจะเริ่มต้นโดยการรวมความเข้มข้นที่รู้จักกันของกลุ่ม organometallic ขนาดเล็กที่มีตัวทำละลายประสานงานในการปรากฏตัวของสารตั้งต้นเซมิคอนดักเตอร์ (รูปที่ 4A) ก่อนที่จะเพิ่มอุณหภูมิอย่างช้าๆ การเพาะปฏิกิริยานี้ส่งผลให้เกิดกลุ่มที่พัฒนาขึ้นเป็นไซต์นิวเคลียส QD

รูปที่ 4 ก) แผนผังของวิธีการแบบกลุ่มเมล็ดพันธุ์สำหรับการสังเคราะห์จุดควอนตัม b) กราฟิกของความเข้มข้นของจุดควอนตัมที่ได้รับเป็นฟังก์ชั่นของความเข้มข้นของคลัสเตอร์¹⁵

SNEE และคณะ รายงานการใช้แนวทางแบบแยกกลุ่มเพื่อสังเคราะห์ CdSe QD โดยใช้ (NMe₄)₄[Cd10Se₄(SPh)_{2 ] และ [Na(H 2 O)6 ] 16 [Cu 4 (SPh) 3 ]}คลัสเตอร์¹⁵ พวกเขาใช้กระบวนการสังเคราะห์ทั่วไปซึ่งมีการนำกลุ่มในปริมาณที่แน่นอนเข้ามาในส่วนผสมที่ประกอบด้วยแปดเหลี่ยม (7 มล.) และ oleylamine (1 มล.) กับสารตั้งต้นแคดเมียมและซีลีเนียม (แคดเมียมอะซิโตเลต, Prod หมายเลข 51758 5 และ Diphenylphosphine selenide Prod หมายเลข 80244 1 หรือ tri-noctylphosphine selenide) ต่อมาส่วนผสมถูกกวนเป็นเวลา 24 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 50°C ภายใต้ N 2 บรรยากาศ การศึกษาพบว่าการปรากฏตัวของเมล็ดคลัสเตอร์ส่งผลกระทบโดยตรงต่อความเข้มข้นและขนาดของ QD ดังที่ แสดงในรูปที่ 4 B ความเข้มข้นของ QD ที่ได้เกือบจะเท่ากับจำนวนของเมล็ดคลัสเตอร์ (ภายใน 10%) ยิ่งไปกว่านั้นจำนวนของ QD ที่ผลิตด้วยวิธีนี้สูงกว่าที่ได้รับผ่านกระบวนการฉีดแบบเร็วมาตรฐานประมาณ 20 เท่าซึ่งใช้สารตั้งต้นในปริมาณเท่ากัน นอกจากนี้การเพิ่มความเข้มข้นของเมล็ดพันธุ์คลัสเตอร์ยังลดขนาดของ QD เนื่องจากจำนวนที่เพิ่มขึ้นของนิวเคลียส QD ที่แข่งขันกันสำหรับจำนวนจำกัดของสารตั้งต้นที่มีอยู่ วิธีการนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวิธีการที่หลากหลายในการควบคุมความเข้มข้นของ QD และนอกจากนี้ยังผลิต QD จำนวนมากในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาเดียวที่อุณหภูมิต่ำกว่า

วิธีการที่ใช้ไมโครเวฟช่วย

วิธีการสังเคราะห์นาโนคริสตัลด้วยไมโครเวฟให้การควบคุมกระบวนการที่ยอดเยี่ยมและช่วยให้สามารถเข้าถึงอุณหภูมิที่สูงขึ้นได้อย่างรวดเร็ว วิธีนี้จะสะดวกโดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นขั้นตอนการฉีดไม่จำเป็นในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาและการสังเคราะห์สามารถเกิดขึ้นภายใต้บรรยากาศอากาศ สามารถหลีกเลี่ยงความผันแปรของอัตราความร้อนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์แบทช์แบบดั้งเดิมผ่านการใช้ไมโครเวฟ เมื่อทำการทดลองกับการใช้ไมโครเวฟเพื่อสังเคราะห์นาโนคริสตัลสทรูซและอัล สามารถควบคุมการเจริญเติบโตของ CdTe และ CdSe nanocrystals ผ่านการคัดเลือกความร้อนสารตั้งต้น chalcogenide โดยใช้การฉายรังสีไมโครเวฟซึ่งจะเปิดใช้งานสารตั้งต้นที่มีโพลาไรซ์สูงทันที การกระตุ้นนี้จะตามมาด้วยนิวเคลียสและการพัฒนาของนาโนคริสตัล¹⁶ ในวิธีไมโครเวฟช่วยให้อัตราการเจริญเติบโตสามารถควบคุมได้ผ่านการรวมกันของความเข้มข้นของสารลดแรงตึงและพลังงานไมโครเวฟในขณะที่ขนาดอนุภาคสามารถควบคุมได้โดยการปรับอุณหภูมิปฏิกิริยา วิธีการสังเคราะห์นี้ได้รับการพบว่ามีความหลากหลายและสามารถทำซ้ำได้โดยเฉพาะโดยมีเวลาในการตอบสนองต่ำกว่า 3 นาทีค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานที่มีขนาดเล็กมาก (50% สำหรับ CdSe และร้อยละ 6 สำหรับ CdTe) ในแง่ของขนาดในปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน 12 แบบ และความกว้างของเส้นการยิงแสงประมาณ 27 – 28 nm (CdSe) และ 40 nm (CdTe)

ในการสังเคราะห์ด้วยไมโครเวฟมาตรฐานแคดเมียม stearate ในตัวทำละลาย alkane จะรวมกับผงซีลีเนียมในไตรn-octylphosphine ภายในเรือปฏิกิริยาไมโครเวฟที่อัตราส่วนของแคดเมียมต่อซีลีเนียมที่ 1: 5 Hexadecylamine (Prod. No. 445312) จะถูกเพิ่มลงในส่วนผสมก่อนที่จะใช้ผนังกั้นเพื่อปิดผนึกเรือ ต่อมาเรือจะถูกวางไว้ในไมโครเวฟและให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 240°C โดยมีระยะเวลาการไล่ระดับ 30 วินาทีที่กำลังไฟ 300 W และระยะเวลาการจัดเก็บ 30 วินาทีที่อุณหภูมิ 240°C ปฏิกิริยาจะเย็นลงทันทีที่อุณหภูมิห้อง การศึกษาโดยคัปเป้และคณะ เมื่อเปรียบเทียบวิธีการฉีดแบบร้อนทั่วไปกับวิธีการที่ใช้ไมโครเวฟช่วยและพบว่าคุณภาพของ QD ที่ได้นั้นเหมือนกันสำหรับการทดลองทั้งสองชุด¹⁷

วิธีการไหลแบบต่อเนื่อง

วิธีการไหลอย่างต่อเนื่องมีข้อดีบางอย่างที่แตกต่างกันมากกว่าการสังเคราะห์แบทช์โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันมีเส้นทางที่ทำงานได้มากขึ้นในการผลิตมวล เมื่อใช้วิธีการตอบสนองการไหลอย่างต่อเนื่องเป็นไปได้ที่จะทำให้อัตโนมัติและควบคุมพารามิเตอร์ปฏิกิริยาบรรลุกระบวนการที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการเพิ่มประสิทธิภาพเพิ่มประสิทธิภาพที่มีสารตั้งต้นผสมและเพิ่มความสามารถในการปรับขนาด การพัฒนาล่าสุดในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในวิธีการไหลอย่างต่อเนื่องได้ส่งมอบการปรับปรุงที่สำคัญในแง่ของระบบอัตโนมัติของปฏิกิริยาทางเคมีขนาดใหญ่ วิธีการไหลแบบแบ่งส่วนสองเฟส (ก๊าซ - ของเหลวหรือของเหลว - ของเหลว) แก้ปัญหาการผสมสารตั้งต้นและการกระจายเวลาที่อยู่อาศัยในวงกว้างที่มีอยู่ในการออกแบบการไหลแบบลามินาร์แบบเฟสเดียว (รูปที่ 5A) การไหลแบบแบ่งส่วนสองเฟสยังมีการผสมสารตั้งต้นและความร้อนที่เหมาะสมและการถ่ายโอนมวลในปริมาณที่น้อยกว่า (หยดแยก) ของปฏิกิริยาทางเคมีซึ่งได้รับการแสดงให้เห็นว่าส่งผลให้วัสดุนาโนที่แยกตัวได้มากขึ้นซึ่งมีคุณภาพสูงขึ้น^18,19

รูปที่ 5 ก) แผนผังของการผสมในการสังเคราะห์การไหลของก๊าซและของเหลวแบบแยกส่วนและเฟสเดียว ทำซ้ำโดยได้รับอนุญาตจากเอกสารอ้างอิง 18 ลิขสิทธิ์ 2005 บริษัทไวลีย์ b) การตั้งค่าเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลต่อเนื่องแบบสองขั้นตอนที่แยกนิวเคลียสและระยะการเจริญเติบโต²⁰

ตัวอย่างเช่น PBS CQD สามารถสังเคราะห์ผ่านการใช้ระบบเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลต่อเนื่องแบบสองขั้นตอนร่วมกับวิธีการไหลแบบแบ่งส่วนสองเฟส (ของเหลว) เมื่อใช้ระบบสองขั้นตอนนิวเคลียสและการเจริญเติบโตจะเกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์สองเครื่องแยกกันทำให้สามารถใช้อุณหภูมิที่แตกต่างกันและให้การควบคุมกระบวนการนิวเคลียสได้มากขึ้นตามที่แสดงใน รูปที่ 5 B²⁰ การแบ่งส่วน TWOPHASE ทำได้โดยการเพิ่มของเหลวเฉื่อยที่ไม่สามารถละลายได้ (ฟลูออไรด์™ FC-2011, 70 ผลิตภัณฑ์ ไม่ F9880)เข้าสู่สารตั้งต้นแต่ละตัวภายใต้เงื่อนไขการกวน สารตั้งต้น A ประกอบด้วยตะกั่วโอเลตในแปดส่วนและสารตั้งต้น B ประกอบด้วย bis (trimethylsilyl) ซัลไฟด์ (Prod No. 283134) ในแปดส่วน สารตั้งต้นทั้งสองจะถูกปั๊มเข้าไปในเครื่องผสมภายใต้ แรงดัน N 2 สูงเกินไป จากนั้นพวกเขาจะก้าวไปสู่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่อุณหภูมิของนิวเคลียส (TN) และต่อมาเครื่องปฏิกรณ์การเจริญเติบโตที่อุณหภูมิของการเจริญเติบโต (T G) ปฏิกิริยายังสามารถควบคุมได้โดยการจัดการเวลาที่อยู่อาศัยทั้งหมด (tR) ของปฏิกิริยาภายในเครื่องปฏิกรณ์แต่ละเครื่อง ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์ (TN, TG, TR) ในระบบแบบสองขั้นตอนทำให้สามารถสังเคราะห์ PBS CQD คุณภาพสูงได้ด้วยคุณภาพที่คล้ายคลึงกับที่ผลิตผ่านวิธี Hotinjection แต่มีความสามารถในการปรับขนาดการผลิตที่มากขึ้น ผลผลิตโดยทั่วไปคือ 2.4 – 2.5 กรัม/ชม

บทสรุป

ด้วยความก้าวหน้าของวิธีการสังเคราะห์จึงสามารถสังเคราะห์ CQD แบบ MonoDisperse โดยใช้วิธีการที่หลากหลายได้ หลายวิธีเหล่านี้พยายามที่จะบรรลุผลลัพธ์ที่คล้ายกันในการที่พวกเขาใช้กลไกที่เทียบเคียงได้เพื่อให้ได้นิวเคลียสที่เป็นเนื้อเดียวกันและการเจริญเติบโตที่ควบคุมของโมโนแยกย้ายกัน CQD นาโนคริสตัล วิธีการฉีดแบบร้อนในปัจจุบันเป็นกลยุทธ์สังเคราะห์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการสังเคราะห์ CQD แบบ MonoDisperse อย่างไรก็ตามวิธีการอื่นๆเช่นการเพิ่มความร้อน, การช่วยเหลือคลัสเตอร์, ไมโครเวฟช่วยและการไหลอย่างต่อเนื่องสามารถให้ข้อดีและความคล่องตัวที่เพียงพอในแง่ของประสิทธิภาพของกระบวนการ วิธีการทำความร้อนโดยทั่วไปจะช่วยให้สามารถเตรียมนาโนคริสตัลในหม้อเดียวได้โดยไม่ต้องมีขั้นตอนการฉีด วิธีการสังเคราะห์นาโนคริสตัลด้วยไมโครเวฟมีความคล้ายคลึงกับวิธีการสร้างความร้อนแต่ช่วยให้สามารถเข้าถึงอุณหภูมิที่สูงขึ้นได้อย่างรวดเร็วทำให้การสังเคราะห์เสร็จสมบูรณ์ภายในไม่กี่นาที วิธีการแบบคลัสเตอร์ช่วยให้สามารถควบคุมความเข้มข้นของ QD และช่วยให้สามารถผลิตได้เป็นจำนวนมากแต่ต้องมีการออกแบบที่รอบคอบของกลุ่มเมล็ดพันธุ์ที่เหมาะสม วิธีการแบบต่อเนื่องช่วยแสดงถึงวิธีการอัตโนมัติในการผลิตนาโนคริสตัล CQD คุณภาพสูงในระดับการผลิต ในการผลิต QD มีวิธีการและเครื่องมือสังเคราะห์มากมาย เกณฑ์การคัดเลือกสำหรับแต่ละวิธีการขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและข้อกำหนดด้านอุณหภูมิของระบบวัสดุรวมถึงขนาดการผลิตเป้าหมาย

ข้อมูลอ้างอิง

1. Kim JY, Voznyy O, Zhitomirsky D, Sargent EH. 2013. 25th Anniversary Article: Colloidal Quantum Dot Materials and Devices: A Quarter-Century of Advances. Adv. Mater.. 25(36):4986-5010. https://doi.org/10.1002/adma.201301947

2. Talapin DV, Lee J, Kovalenko MV, Shevchenko EV. 2010. Prospects of Colloidal Nanocrystals for Electronic and Optoelectronic Applications. Chem. Rev.. 110(1):389-458. https://doi.org/10.1021/cr900137k

3. Pan J, Sarmah SP, Murali B, Dursun I, Peng W, Parida MR, Liu J, Sinatra L, Alyami N, Zhao C, et al. 2015. Air-Stable Surface-Passivated Perovskite Quantum Dots for Ultra-Robust, Single- and Two-Photon-Induced Amplified Spontaneous Emission. J. Phys. Chem. Lett.. 6(24):5027-5033. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5b02460

4. Carey GH, Abdelhady AL, Ning Z, Thon SM, Bakr OM, Sargent EH. 2015. Colloidal Quantum Dot Solar Cells. Chem. Rev.. 115(23):12732-12763. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00063

5. Ekimov A, Onushchenko A. 1981. Quantum size effect in three-dimensional microscopic semiconductor crystals. Jetp Lett. 34(6)345-349.

6. Bodnarchuk MI, Kovalenko MV. Engineering colloidal quantum dots.1-29. https://doi.org/10.1017/cbo9781139022750.002

7. Kagan CR, Lifshitz E, Sargent EH, Talapin DV. 2016. Building devices from colloidal quantum dots. Science. 353(6302):aac5523-aac5523. https://doi.org/10.1126/science.aac5523

8. LaMer VK, Dinegar RH. 1950. Theory, Production and Mechanism of Formation of Monodispersed Hydrosols. J. Am. Chem. Soc.. 72(11):4847-4854. https://doi.org/10.1021/ja01167a001

9. Murray CB, Kagan CR, Bawendi MG. 2000. Synthesis and Characterization of Monodisperse Nanocrystals and Close-Packed Nanocrystal Assemblies. Annu. Rev. Mater. Sci.. 30(1):545-610. https://doi.org/10.1146/annurev.matsci.30.1.545

10. Peng X, Wickham J, Alivisatos AP. 1998. Kinetics of II-VI and III-V Colloidal Semiconductor Nanocrystal Growth:  ?Focusing? of Size Distributions. J. Am. Chem. Soc.. 120(21):5343-5344. https://doi.org/10.1021/ja9805425

11. Murray CB, Norris DJ, Bawendi MG. 1993. Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E = sulfur, selenium, tellurium) semiconductor nanocrystallites. J. Am. Chem. Soc.. 115(19):8706-8715. https://doi.org/10.1021/ja00072a025

12. Protesescu L, Yakunin S, Bodnarchuk MI, Krieg F, Caputo R, Hendon CH, Yang RX, Walsh A, Kovalenko MV. 2015. Nanocrystals of Cesium Lead Halide Perovskites (CsPbX3, X = Cl, Br, and I): Novel Optoelectronic Materials Showing Bright Emission with Wide Color Gamut. Nano Lett.. 15(6):3692-3696. https://doi.org/10.1021/nl5048779

13. Yang YA, Wu H, Williams KR, Cao YC. 2005. Synthesis of CdSe and CdTe Nanocrystals without Precursor Injection. Angew. Chem. Int. Ed.. 44(41):6712-6715. https://doi.org/10.1002/anie.200502279

14. Kwon SG, Piao Y, Park J, Angappane S, Jo Y, Hwang N, Park J, Hyeon T. 2007. Kinetics of Monodisperse Iron Oxide Nanocrystal Formation by ?Heating-Up? Process. J. Am. Chem. Soc.. 129(41):12571-12584. https://doi.org/10.1021/ja074633q

15. Jawaid AM, Chattopadhyay S, Wink DJ, Page LE, Snee PT. 2013. Cluster-Seeded Synthesis of Doped CdSe:Cu4 Quantum Dots. ACS Nano. 7(4):3190-3197. https://doi.org/10.1021/nn305697q

16. Washington II AL, Strouse GF. 2008. Microwave Synthesis of CdSe and CdTe Nanocrystals in Nonabsorbing Alkanes. J. Am. Chem. Soc.. 130(28):8916-8922. https://doi.org/10.1021/ja711115r

17. Moghaddam MM, Baghbanzadeh M, Keilbach A, Kappe CO. 2012. Microwave-assisted synthesis of CdSe quantum dots: can the electromagnetic field influence the formation and quality of the resulting nanocrystals?. Nanoscale. 4(23):7435. https://doi.org/10.1039/c2nr32441e

18. Yen BKH, Günther A, Schmidt MA, Jensen KF, Bawendi MG. 2005. A Microfabricated Gas-Liquid Segmented Flow Reactor for High-Temperature Synthesis: The Case of CdSe Quantum Dots. Angew. Chem.. 117(34):5583-5587. https://doi.org/10.1002/ange.200500792

19. Mehenni H, Sinatra L, Mahfouz R, Katsiev K, Bakr OM. 2013. Rapid continuous flow synthesis of high-quality silver nanocubes and nanospheres. RSC Adv.. 3(44):22397. https://doi.org/10.1039/c3ra43295e

20. Pan J, El-Ballouli AO, Rollny L, Voznyy O, Burlakov VM, Goriely A, Sargent EH, Bakr OM. 2013. Automated Synthesis of Photovoltaic-Quality Colloidal Quantum Dots Using Separate Nucleation and Growth Stages. ACS Nano. 7(11):10158-10166. https://doi.org/10.1021/nn404397d