Get best of the week

جولة تصويرية: ماذا يفعلون في مختبر الضوئية النانوية الهجينة والإلكترونيات الضوئية لمعهد الفيزياء الجديد ITMO

عندما يكون الجميع في المنزل ، فقد حان الوقت للتحدث عن المشاريع والتقنيات التي يتم العمل عليها في جدراننا ، وكذلك لمناقشة المعدات: صناديق القفازات ، وغرف الفراغ والكواشف.

انتباه: تحت القط هناك الكثير من الصور.

المزيد من جولات التصوير لمعامل الجامعة:




ماذا يفعل المختبر


مختبر المختبرات الضوئية النانوية والالكترونيات الضوئية موجود منذ ثلاث سنوات في مركز ITMO الهندسي . تطور منتجات تعتمد على البيروفسكايت الهجين . هذه مادة ذات امتصاص عالي للضوء في النطاق المرئي. على سبيل المثال ، تمتص مئات السليكون من الميكرونات السميكة كمية الإشعاع التي تمتصها ميكروفونات البيروفسكايت. ويرجع ذلك إلى الخصائص الفيزيائية فريدة من نوعها، فقد وجدت التطبيق في إنتاج الخلايا التي ينبعث منها ضوء الكهروكيميائية (خلايا الكهروكيميائية التي تشع ضوءا، LEC )، الخلايا الشمسية و nanolasers .

لا يزال على أساس المختبر ، يتم تدريس الطلاب. في الأساس ، يذهب البكالوريوس والماجستير في فيزياء الهندسة الفيزيائية ITMO إلى هناولكن هناك طلاب من كليات أخرى وحتى جامعات - معهد SCAMT والجامعات الأكاديمية والكهروتقنية. يشارك الطلاب المبتدئون في أنشطة المشروع. يكتسبون خبرة في فريق ودافع للتعليم الذاتي.

يقوم الطلاب الجامعيين بإجراء البحوث في إطار إعداد أعمال التأهيل. يحصل الأطفال الأكثر موهبة على فرصة مواصلة دراستهم كطلاب خريجين من كلية الفيزياء والتكنولوجيا. أحد المشرفين هو أنور زاخيدوفالذي لديه مختبر في دالاس. وتنتج أنابيب نانوية كربونية ، وهي مادة واعدة أخرى. بمساعدتها ، من الممكن إنتاج مصابيح LED شفافة ذات خصائص سطوع جيدة أو مؤشرات LED متتالية. تقع البواعث تحت بعضها البعض ، وليس جنبًا إلى جنب. يقلل هذا النهج من حجم الشاشات.

الأجهزة والمعدات


الأداة الرئيسية في المختبر هي صناديق القفازات. هذه عبوات محكمة الإغلاق للعمل مع المواد والكواشف في بيئة خاضعة للرقابة. في الصورة أدناه - تركيب MBraun ، غرفته مليئة بالنيتروجين النقي. هذا غاز خامل ، لذلك لا يتفاعل مع البيروفسكايت ، كما أنه يحل محل الأكسجين وبخار الماء من الغرفة. يمكن تحقيق تأثير مماثل باستخدام الأرجون ، ولكن الحصول عليه في سانت بطرسبرغ أكثر تكلفة وأكثر صعوبة.



يتطلب العمل مع الصناديق مهارات معينة. من الضروري التأكد من إدخال العينات بشكل صحيح في الغرفة ، وإلا فهناك خطر أن يتم إهدار مورد النيتروجين للجهاز ببساطة. لذلك ، يأخذ كل موظف جديد دورة تدريبية.





تم تخصيص أحد صناديق القفازات للعمل مع حلول البيروفسكايت. هذه هي البيروفسكايت المخفف بأملاح ومذيبات DMSO (dimethyl sulfoxide ) و DMF ( dimethylformamide ). يتم تخزينها في أنابيب اختبار صغيرة.


محلول البيروفسكايت


يتم توقيع أنابيب الاختبار وتخزينها في حاويات بلاستيكية ،

ويتم الحصول على أغشية رقيقة من البيروفسكايت من المحلول. يتم رش المادة على زجاج خاص ، يتم تركيبه في خرطوشة جهاز الطرد المركزي وغير مبرر. في مرحلة ما ، يتم إضافة مضاد مذيب إليه. ونتيجة لذلك ، تترسب المادة ، وتشكل فيلمًا.



البيروفسكايت المختلفة لها خصائص فريدة. لذلك ، يمارس أخصائيو المختبرات باستمرار تقنية تطبيقهم.



يجب تخزين الأفلام النهائية في صندوق خامل. ولكن لحركتهم قصيرة المدى أثناء البحث ، يجوز استخدام أطباق بتري العادية.



أيضًا ، يعمل مختبر علم النانو الضوئية الهجين والإلكترونيات الضوئية في تخليق البيروفسكايت. لهذا ، هناك جميع الكواشف والأملاح اللازمة.



من خلال تغيير أحجام الأملاح في المحلول ، من الممكن "تحريك" المنطقة المحرمة من البيروفسكايت من 1.5 فولت إلى 3 فولت. تسمح لك هذه الميزة بجمع الخلايا الشمسية المتتالية التي تمتص الضوء بأطوال موجية مختلفة. يكفي إنشاء العديد من البيروفسكايت بخصائص مختلفة وتشكيل جهاز متعدد الطبقات منها.



يوجد في أحد صناديق القفازات غرفة رش حرارية لإنتاج منتجات الصمام الثنائي. إنها تحت الفراغ ، لأن النقاء معلمة مهمة جدًا عند العمل مع الضوئيات النانوية. الغرفة نفسها عبارة عن وعاء مغلق مع أربعة مواقد خاضعة للرقابة - البوتقات ، حيث يتم تحميل المادة التي تم رشها. اثنان من البوتقات للمعادن واثنان للمركبات المعدنية العضوية.

أثناء التشغيل ، يتم ضخ الغرفة إلى فراغ متوسط ​​- حوالي 2.10 -6 أجواء - ويتم تسخين البوتقة إلى درجة حرارة التبخر للمواد المحملة. ثم تسرع هذه الأزواج ، حيث يتم إيداعها من خلال القناع على العينة (فيلم البيروفسكايت).



يسمح لك القناع باختيار أي تصميم تقريبًا للفيلم المرشوش. يمكن أن تكون هذه أقطابًا معدنية لتوصيل الجهاز ، بالإضافة إلى طبقات الكربون الحاجز بحيث لا تتفاعل الطبقات المجاورة مع بعضها البعض. يتم توصيل الأقنعة نفسها بإطار الاستنسل بمسامير. في وقت واحد ، يمكن للكاميرا رش أربع وحدات بحجم 25x25 مم (في الشكل أدناه ، هذه علامات صفراء ).


عينة قرص

في إنتاج LED (أو خلية شمسية) ، يتم إجراء الاتصال السفلي من ITO التجاري ( أكسيد القصدير الإنديوم)) - مادة شفافة. باستخدام طريقة الطباعة الحجرية الضوئية ، يتم حفر أربعة شرائط يبلغ طول كل منها 3 مم. يتم تطبيق صناديق القفازات مع طبقات النقل والطبقة النشطة والحاجز في الأعلى ، ثم تلامس المعادن - يتم رش الأقطاب الكهربائية. الأقطاب الكهربائية هي أيضًا أربعة شرائط من 3 مم ، ولكنها متعامدة مع جهات اتصال ITO. وبالتالي ، تظهر بكسلات أجهزة البيروفسكايت عند التقاطع - فقط ستة عشر قطعة بحجم 3x3 مم في كل وحدة.



يستخدم صندوق مختبر مضغوط آخر لتمييز أجهزة البيروفسكايت. يتم تركيب معدات القياس في الداخل: جهاز محاكاة للطاقة الشمسية ، مطياف مدمج ومقياس طيف. هذا الأخير عبارة عن كاميرا لتقييم إضاءة المصابيح - cd / m2 ، lux.

كما تم إنشاء مجال متكامل هناك. إنها تفعل كل شيء مثل مقياس spraktroradiometer ، فقط بشكل أكثر دقة ، لأنها "تجمع" ضوء الصمام الثنائي من جميع الجوانب.


مقياس مصدر كيثلي 2400 جهاز قياس مصدر كيثلي 2400

تحت تصرف المتخصصين في المختبر ، ويسمح لك بقياس خصائص الجهد الحالي لأجهزة الأغشية الرقيقة تظهر الصورة أدناه عينة تجريبية - LED مع قطب كهربائي أعلى رش.





يوجد في إحدى الغرف نظام لتحديد صريح لقابلية تشغيل الفيلم. داخل هناك حقنة مع و-جا سهل الانصهار و التماسيح". يسمح لك Eutectic بالاتصال مباشرة مع البيروفسكايت حتى لا "تراب" جهات الاتصال في الغرفة الحرارية. يلعب "التمساح" دور اتصال الضغط لتمرير التيار من خلال الصمام وإضاءة. بهذه الطريقة ، يمكن قياس طيف التلألؤ الكهربائي.

الأجهزة صغيرة جدًا ، وعليك العمل بقفازات مطاطية. تشديد الجوز فيها أمر مهم بالفعل. لذلك ، هناك مفاتيح وملاقط في الخلايا.



تحتوي غرفة الاختبار السريع أيضًا على مقياس لملف التعريف - إنها مجرد "إصبع" يركب على السطح وينظر إلى ملفه الشخصي. بمساعدتها في تحديد سمك الفيلم ، خشونة ، مورفولوجيا.



جهاز آخر هو المجهر الضوئي. هذه إحدى الأدوات الرئيسية لأن مقياس الطيف الليفي متصل بها. يسمح لك النظام بتسجيل طيف اللمعان الضوئي ، الإرسال ، الانعكاس من الفيلم محليًا. عندما ينمو الطلاب الجسيمات النانوية ، يمكنهم دراسة خصائص التوهج لأحدهم. هذا مهم لأنه ، اعتمادًا على حجم الجسيمات ، يتغير طول موجة اللمعان الضوئي وتتغير الخصائص الأخرى.

مرافق المختبر الأخرى


غرفة كيميائية مخفية خلف أحد أبواب المختبر.



تقع على أراضيها ويسمح فقط في وزرة. كل شيء صارم مع هذا - تتم إزالة المخالفين من المشاريع.



بالإضافة إلى الغرفة الكيميائية ، يمتلك المختبر مساحة مفتوحة خاصة به. هذه الغرفة هي قاعة محولة.



التعديلات الأخيرة


يتم تحسين القاعدة التكنولوجية لمختبر الإلكترونيات الضوئية النانوية الهجينة والإلكترونيات الضوئية بانتظام. تم شراء فرن بوتقة العام الماضي. يتم استخدامه لإنتاج طبقات النقل في الخلايا الشمسية القائمة على البيروفسكايت عالية الكفاءة. تساعد درجات الحرارة المرتفعة على معالجة الركائز الزجاجية بالحرارة ، وتسريع انتشار الملامسات المعدنية في بنية طبقات النقل لخلايا البيروفسكايت الشمسية ، والعمل مع النقاط الكمومية غير العضوية.

تم شراء كتلة تفاعل أيضًا لتجميع الجسيمات النانوية غير العضوية وتشكيل طبقات نشطة في مصابيح LED من البيروفسكايت ، وأجهزة النانو والمايكرو.

حصل المختبر مؤخرًا على نظام لدراسة توليد التوافقيات البصرية للإشعاع المتماسك. يجعل من الممكن دراسة الخصائص البصرية غير الخطية على أساس المركبات العضوية غير العضوية مع الهياكل النانوية الضوئية المتكاملة.

وقد ظهر أيضًا مقياس دقيق للتحصين (مقياس LRC) ، مما يسمح بالحصول على خصائص التردد لمقاومة أفلام البيروفسكايت ، وكذلك مصابيح LED والألواح الشمسية القائمة عليها. بفضله ، من الممكن ليس فقط توصيف مادة الطبقة النشطة ضوئيًا ، ولكن أيضًا استخلاص استنتاجات حول جودة اتصالات الأجهزة عند ممارسة تقنية ترسبها.


يوجد على اليسار نظام لدراسة توليد التوافقيات البصرية للإشعاع المتماسك. على اليمين: مختبر الضوئيات النانوية الهجينة والإلكترونيات الضوئية في يناير 2019


على اليسار متر دقيق للتحصين (متر LRC). على الجانب الأيمن يوجد فرن بوتقة ،

بالإضافة إلى المعدات ، ظهرت اتجاهات بحثية جديدة. واحد منهم مرتبط بتوليف بلورات البيروفسكايت ذات الشكل والحجم. إنها تجعل من الممكن تسجيل تأثيرات غير خطية مثيرة للاهتمام والحصول على مواد نانوية وظيفية. لذلك ، في عام 2019 ، طور المهندسون أصغر ليزر عازل للضخ البصري. كان الرنان في الليزر عبارة عن بلورة مكعبة من البيروفسكايت. ويرتبط حجمها بإشعاع المواد المنتصر منذ فترة طويلة.

مجال تطوير آخر نشط في المختبر هو تطوير الأجهزة "ثنائية الوظائف". هذه هي أغشية رقيقة من البيروفسكايت ، والتي ، اعتمادًا على الجهد المطبق ، يمكن أن تعمل في وضع البطارية الشمسية وفي وضع LED. تم تلقي النماذج الأولية وبراءات الاختراع الأولى. في المستقبل ، ستجد مثل هذه الأفلام تطبيقًا في تنفيذ النوافذ الذكية - عندما تقوم نافذة زجاجية مزدوجة بشحن البطارية في فترة ما بعد الظهر ، وفي المساء تعمل كمصدر ضوء ممتد.


مشاركات جديدة من Habrablog لدينا:


More articles:


All Articles