Onderzoekers hebben een techniek ontwikkeld waarmee gebruikers 100 keer meer spectrografische informatie per dag kunnen verzamelen van microfluïdische apparaten, in vergelijking met de vorige industriestandaard. De nieuwe technologie heeft al geleid tot een nieuwe ontdekking:de snelheid van het mengen van ingrediënten voor kwantumstippen die in leds worden gebruikt, verandert de kleur van het licht dat ze uitstralen, zelfs als alle andere variabelen identiek zijn.

"Halfgeleidernanokristallen zijn belangrijke structuren die in verschillende toepassingen worden gebruikt, variërend van LED-displays tot zonnecellen. Maar het produceren van nanokristallijne structuren met behulp van chemische synthese is lastig, want wat op kleine schaal goed werkt, kan niet direct worden opgeschaald - de fysica werkt niet, " zegt Milad Abolhasani, een assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering aan de North Carolina State University en corresponderende auteur van een paper over het werk.

"Deze uitdaging heeft geleid tot een interesse in continue nanofabricagebenaderingen die afhankelijk zijn van nauwkeurig gecontroleerde op microfluïdische gebaseerde synthese, " zegt Abolhasani. "Maar het testen van alle relevante variabelen om de beste combinatie te vinden voor het vervaardigen van een bepaalde structuur duurt extreem lang vanwege de beperkingen van de bestaande monitoringtechnologieën - dus hebben we besloten om een ​​volledig nieuw platform te bouwen."

Momenteel, microfluïdische bewakingstechnologieën zijn vastgezet, en monitor ofwel absorptie of fluorescentie. Fluorescentiegegevens vertellen u wat de emissiebandgap van het kristal is - of welke kleur licht het uitstraalt - wat belangrijk is voor LED-toepassingen. Absorptiegegevens vertellen u de grootte en concentratie van het kristal, die relevant is voor alle toepassingen, evenals zijn absorptiebandgap - wat belangrijk is voor zonneceltoepassingen.

Om zowel fluorescentie als absorptie te monitoren heb je twee aparte meetpunten nodig. En, op zijn plaats worden vastgezet, mensen zouden de stroomsnelheid in het microfluïdische kanaal versnellen of vertragen om de reactietijd van de chemische synthese te regelen:hoe sneller de stroomsnelheid, hoe minder reactietijd een monster heeft voordat het het meetpunt bereikt. De klok rond werken, met deze aanpak zou een laboratorium in 24 uur ongeveer 300 gegevensmonsters kunnen verzamelen.

Abolhasani en zijn team ontwikkelden een geautomatiseerde microfluïdische technologie genaamd NanoRobo, waarin een spectrografische monitoringmodule die zowel fluorescerende als absorptiegegevens verzamelt langs het microfluïdische kanaal kan bewegen, onderweg gegevens verzamelen. Het systeem kan 30, 000 datasamples in 24 uur – versnelt de ontdekking, screening, en optimalisatie van colloïdale halfgeleider nanokristallen, zoals perovskiet-kwantumdots, met twee ordes van grootte.

En, vanwege het translationele vermogen van de nieuwe monitoringmodule, het systeem kan de reactietijd bestuderen door langs het microfluïdische kanaal te bewegen, in plaats van het debiet te veranderen - wat, ontdekten de onderzoekers, maakt een groot verschil.

Omdat onderzoekers met NanoRobo voor het eerst reactietijd en stroomsnelheid als afzonderlijke variabelen konden volgen, Abolhasani was de eerste die opmerkte dat de snelheid van de monsters in het microfluïdische kanaal de grootte en emissiekleur van de resulterende nanokristallen beïnvloedde. Zelfs als alle ingrediënten hetzelfde waren, en alle andere voorwaarden waren identiek, monsters die sneller bewogen - en vermengden - produceerden kleinere nanokristallen. En dat beïnvloedt de kleur van het licht dat die kristallen uitstralen.

"Dit is nog maar een manier om de emissiegolflengte van perovskiet-nanokristallen af ​​te stemmen voor gebruik in LED-apparaten, ' zegt Abolhasani.

NC State heeft een voorlopig patent aangevraagd voor NanoRobo en staat open voor het verkennen van mogelijke markttoepassingen voor de technologie.

De krant, "Geautomatiseerd microfluïdisch platform voor systematische studies van colloïdale perovskiet-nanokristallen:naar continue nano-productie, " is gepubliceerd in het tijdschrift Lab op een chip .