纳米晶体“工厂”将彻底改变量子点制造。

北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种微流体系统，用于合成整个可见光光谱中的钙钛矿量子点。该系统大大降低了生产成本，可根据需要调整到任何颜色，并允许实时过程监控，以确保质量控制。

在过去的二十年中，胶体半导体纳米晶体，即量子点（qds），已经成为一种新型材料，应用范围从生物传感和成像到LED显示屏和太阳能收集。新系统可用于连续制造高质量的量子点，用于这些应用中。

“我们把这个系统称为纳米晶体（NC）工厂，它建立在我们于2017年推出的纳米机器人微流体平台上，”NC州立大学化学和生物分子工程助理教授、一篇论文的作者Milad Abolhasani说。

Abolhasani说：“我们不仅可以用连续的制造方法制造任何颜色的QD，而且数控工厂系统是高度模块化的。”“这意味着，再加上持续的过程监控，系统允许根据需要进行修改，以消除批量到批量的变化，这对于传统的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量子点处理在室温下进行。”

量子点的荧光颜色是纳米晶体的化学成分、尺寸和加工方法的结果。纳米机器人系统中使用的原始量子点合成策略允许在室温下合成使用铯-溴化铅制成的绿色钙钛矿量子点。NC工厂从铯-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调整其荧光颜色。这些盐中的阴离子用碘原子（向光谱的红色端移动）或氯原子（向蓝色移动）取代绿色发光点中的溴原子。

Abolhasani说：“因为NC工厂可以精确控制化学成分和加工参数，所以它可以用来连续生产任何颜色的钙钛矿量子点，质量最高。”

数控工厂系统由三个“即插即用”模块组成。为了提高产品质量，研究人员开发了一种预混合模块，以加速卤化物盐和量子点的混合。该系统还包括一个速度传感器，允许用户准确监测反应时间。然后利用纳米机器人过程监测模块对合成的量子点进行现场监测。

Abolhasani说：“从科学的角度来看，NC工厂系统允许我们发现这种卤化物交换过程分三个阶段进行。”“这对于更好地理解反应机理非常重要。但该系统也会影响与量子点应用和制造相关的实际问题。”

例如，钙钛矿量子点以其效率对太阳能产业具有吸引力，但其价格仍然太高，无法大规模应用。其中60%以上的成本来自制造业劳动力。

Abolhasani说：“数控工厂系统持续运行所需的劳动力要少得多。”“我们估计该系统可以将总体制造成本降低至少50%。它应该为任何应用降低量子点的制造成本，如果不能提高量子点的质量，至少应该保存。

Abolhasani说：“我们已经提交了该系统的专利，并正与行业合作者合作将该技术商业化。”

“模块化微流控平台实现无机钙钛矿量子点的简易室温阴离子交换反应”发表在《高级功能材料》杂志上。合著者是Kameel Abdel Latif和Robert Epps，他们是北卡罗来纳州化学和生物分子工程的博士生。本文由北卡罗来纳州的本科生科尔文·克尔、北卡罗来纳州化学博士生克里斯托弗·帕帕和北卡罗来纳州杰出化学主席费利克斯·卡斯特拉诺共同撰写。