Los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado un sistema de microfluidos para sintetizar puntos cuánticos de perovskita en todo el espectro de luz visible. El sistema reduce drásticamente los costes de fabricación, se puede ajustar bajo demanda a cualquier color y permite el monitoreo del proceso en tiempo real para garantizar el control de calidad.

Durante las últimas dos décadas, nanocristales semiconductores coloidales, conocidos como puntos cuánticos (QD), han surgido como materiales novedosos para aplicaciones que van desde la detección e imágenes biológicas hasta las pantallas LED y la recolección de energía solar. El nuevo sistema se puede utilizar para fabricar continuamente QD de alta calidad para su uso en estas aplicaciones.

"A este sistema lo llamamos Fábrica de nanocristales (NC), y se basa en la plataforma de microfluidos NanoRobo que presentamos en 2017, "dice Milad Abolhasani, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en NC State y autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo.

"No solo podemos crear los QD en cualquier color utilizando un enfoque de fabricación continua, pero el sistema NC Factory es muy modular, "Abolhasani dice." Esto significa que, junto con la supervisión continua del proceso, el sistema permite realizar modificaciones según sea necesario para eliminar la variación de un lote a otro que puede ser un problema importante para las técnicas de fabricación QD convencionales. Adicionalmente, la química que hemos desarrollado en este trabajo permite que el procesamiento de perovskita QD tenga lugar a temperatura ambiente ".

El color de fluorescencia de los QD es el resultado de la composición química, el tamaño, y la forma en que se procesan los nanocristales. La estrategia de síntesis QD original utilizada en el sistema NanoRobo permitió la síntesis a temperatura ambiente de QD de perovskita emisoras de verde, que se fabrican con bromuro de plomo y cesio. NC Factory comienza con puntos cuánticos de perovskita de bromuro de plomo y cesio, pero luego introduce varias sales de haluro para sintonizar con precisión su color de fluorescencia en todo el espectro de luz visible. Los aniones en estas sales reemplazan los átomos de bromo en los puntos emisores de verde con átomos de yodo (para moverse hacia el extremo rojo del espectro) o átomos de cloro (para moverse hacia el azul).

"Debido a que NC Factory puede controlar con precisión tanto la composición química como los parámetros de procesamiento, se puede utilizar para fabricar continuamente puntos cuánticos de perovskita en cualquier color con la más alta calidad, "Abolhasani dice.

El sistema NC Factory consta de tres módulos "plug and play". Los investigadores desarrollaron un módulo de premezcla para acelerar la mezcla de sales de haluro y puntos cuánticos. para mejorar la calidad del producto. El sistema también incorpora un sensor de velocidad que permite a los usuarios monitorear los tiempos de reacción con precisión. Luego, los QD sintetizados se monitorean in situ utilizando el módulo de monitoreo de procesos de NanoRobo.

"Desde un punto de vista científico, El sistema NC Factory nos permitió descubrir que este proceso de intercambio de haluros se lleva a cabo en tres etapas, "Dice Abolhasani." Eso es muy importante para comprender mejor el mecanismo de reacción. Pero el sistema también puede afectar los problemas prácticos relacionados con las aplicaciones y la fabricación de puntos cuánticos ".

Por ejemplo, Los puntos cuánticos de perovskita son atractivos para la industria de la energía solar por su eficiencia. pero todavía son demasiado costosos para ser adoptados a gran escala. Y más del 60 por ciento de ese costo se atribuye a la mano de obra manufacturera.

"El sistema NC Factory requeriría mucha menos mano de obra para funcionar de forma continua, "Dice Abolhasani." Estimamos que el sistema podría reducir los costos generales de fabricación en al menos un 50 por ciento. Debería reducir los costes de fabricación de los QD para cualquier aplicación y al menos debería preservar, si no mejorar, la calidad de los puntos cuánticos.

"Hemos presentado una patente para el sistema, y estamos trabajando con colaboradores de la industria para comercializar la tecnología, "Abolhasani dice.

El papel, "Reacciones fáciles de intercambio aniónico a temperatura ambiente de puntos cuánticos de perovskita inorgánica habilitadas por una plataforma de microfluidos modular, "se publica en la revista Materiales funcionales avanzados . Los co-primeros autores son Kameel Abdel-Latif y Robert Epps, que son Ph.D. estudiantes de ingeniería química y biomolecular en NC State. Corwin Kerr es coautor del artículo, un estudiante de pregrado en NC State; Christopher Papa, un doctorado estudiante de química en NC State; y Felix Castellano, la Cátedra Distinguida de Química Goodnight Innovation en NC State.