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摄影之旅：ITMO新物理研究所的混合纳米光子学和光电子学实验室正在做什么

当每个人都在家里时，该谈论我们墙壁上正在研究的项目和技术，并讨论设备：手套箱，真空室和试剂。

注意：猫下有很多照片。

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实验室做什么


混合纳米光子学和光电子学实验室已经在ITMO工程中心成立了三年。它开发基于混合钙钛矿的产品。这是在可见光范围内具有高吸光率的材料。例如，几百微米厚的硅吸收的辐射量与钙钛矿一微米一样多。由于其独特的物理特性，它已在发光电化学电池（发光电化学电池，LEC ）， 太阳能电池和纳米激光的生产中得到应用。

仍然在实验室的基础上，对学生进行教学。基本上，ITMO物理工程物理的学士和硕士都在这里，但也有来自其他系甚至大学的学生-SCAMT学院，学术和电工大学。初中学生从事项目活动。他们在团队中获得经验，并具有自我教育的动力。

大学生在准备资格工作的框架内进行研究。最有才华的孩子有机会继续物理和技术学院的研究生学习。监事之一是Anvar Zakhidov在达拉斯有一个实验室。它生产碳纳米管，另一种有前途的材料。借助其帮助，可以生产出具有良好亮度特性的透明LED或级联LED。它们的发射器位于彼此下方，而不是并排放置。这种方法减小了显示器的尺寸。

仪器设备


实验室中的主要工具是手套箱。这些是密​​封容器，用于在受控环境中处理物质和试剂。在下面的照片中-MBraun安装，其腔室中充满了纯氮气。这是一种惰性气体，因此它不会与钙钛矿发生相互作用，并且还会排出反应室内的氧气和水蒸气。使用氩气可以达到类似的效果，但在圣彼得堡更昂贵且更难获得。



使用盒子需要一定的技能。必须确保将样品正确地引入腔室中，否则就有可能浪费设备的氮气资源。因此，每位新员工都要接受培训。





其中一个杂物箱保留用于钙钛矿解决方案。这些是用DMSO的盐和溶剂稀释的钙钛矿（二甲基亚砜）和DMF（二甲基甲酰胺）。它们存储在小试管中。


钙钛矿溶液将


试管签名并保存在塑料容器

中，从溶液中获得钙钛矿薄膜。将该物质喷涂在特殊的玻璃上，该玻璃安装在离心机筒中并且不加捻。在某些时候，向其中添加抗溶剂。结果，材料沉淀，形成膜。



不同的钙钛矿具有独特的性质。因此，实验室专家正在不断地实践其应用技术。



成品胶卷必须存放在惰性包装箱中。但是，由于它们在研究过程中会短暂运动，因此可以使用普通的培养皿。



同样，混合纳米光子学和光电学实验室也从事钙钛矿的合成。为此，有所有必要的试剂和盐。



通过改变溶液中盐的体积，可以将钙钛矿的禁区从1.5 eV “移动” 到3 eV。此功能使您可以收集吸收不同波长的光的级联太阳能电池。足以制造几种具有各种特性的钙钛矿，并用它们构成多层设备。



在一个手套箱中有一个热喷涂室，用于生产二极管产品。由于在使用纳米光子学时纯度是非常重要的参数，因此它处于真空状态。燃烧室本身是一个密封的容器，带有四个受控的炉子-坩埚，在其中装载了喷射的物质。两个坩埚用于金属，两个坩埚用于金属有机化合物。

在操作过程中，将腔室抽至平均真空度（约2.10 -6个大气压），并将坩埚加热到所装载物料的蒸发温度。然后这些对冲上去，通过掩模沉积在样品上（钙钛矿膜）。



面罩可让您选择喷涂膜的几乎任何设计。这些可以是用于连接设备的金属电极，也可以是阻挡碳层，这样相邻的层就不会互相影响。面罩本身用螺钉固定在模板框架上。相机一次可以喷涂四个尺寸为25x25 mm的模块（在下图中，它们是黄色标记）。


样品盘

在生产LED（或太阳能电池）时，底部触点由商用ITO（氧化铟锡）制成）-半透明的材料。使用光刻方法，在其中蚀刻四个3mm的条。手套箱的顶部涂有传输层，有源层和阻挡层，然后进行金属接触-喷涂电极。电极也是四个3 mm的条，但垂直于ITO的触点。因此，钙钛矿设备的像素出现在相交处-每个模块上只有16件3x3 mm的尺寸。



另一个加压实验室箱用于表征钙钛矿装置。测量设备安装在内部：两个太阳模拟器，一个紧凑型光谱仪和一个光谱辐射仪。后者是用于评估LED照明的相机-cd / m2，lux。

在那里也建立了一个整合领域。她做的所有事情都与散射辐射计相同，只是精度更高一点，因为她从各个角度“收集”了二极管光。


吉时利2400源表吉时利2400

源表也可供实验室专家使用，它使您能够测量薄膜器件的电流-电压特性。下图显示了一个演示示例-带喷涂顶电极的LED。





在一个腔室中，有一个用于快速确定胶卷可操作性的系统。里面有一个带有In-Ga共晶和鳄鱼的注射器”。 Eutectic允许您直接连接钙钛矿，以免“弄湿”热室中的触点。 “鳄鱼”起到压力接触的作用，以使电流流过LED并点亮它。以这种方式，可以测量电致发光光谱。

设备非常小，您必须使用橡胶手套。拧紧螺母已经很重要了。因此，牢房中有扳手和镊子。



快速测试室还带有一个轮廓仪-它只是一个“手指”，骑在表面上并观察其轮廓。借助它可以确定薄膜的厚度，粗糙度，形态。



另一设备是光学显微镜。这是主要仪器之一，因为已连接了光纤光谱仪。该系统允许您本地记录胶片的光致发光，透射，反射光谱。当学生生长纳米粒子时，他们可以研究其中一种的发光特性。这很重要，因为取决于粒径，光致发光波长偏移和其他特性会发生变化。

其他实验室设施


在一个实验室门的后面隐藏着一个化学室。



仅限其工作服位于其领土上。一切都很严格-违反者从项目中删除。



除了化学室外，实验室还有自己的开放空间。这是一间改建的宴会厅。



最近的修改


混合纳米光子学和光电子学实验室的技术基础得到定期改善。去年购买了坩埚炉。它用于生产高效钙钛矿基太阳能电池中的传输层。高温有助于玻璃基板的热处理，加快金属触点向钙钛矿太阳能电池传输层结构的扩散，并与无机量子点协同工作。

还购买了反应块，用于合成无机纳米粒子以及在钙钛矿LED，纳米激光和微激光中形成活性层。

实验室最近获得了一种用于研究相干辐射的光谐波的产生的系统。这使得研究具有集成纳米光子结构的有机-无机化合物的非线性光学性质成为可能。

还出现了一种精密的辐射计（LRC计），它可以获取钙钛矿薄膜以及基于它们的LED和太阳能电池板的阻抗的频率特性。多亏了他，不仅可以表征光敏层的材料，而且还可以在实践沉积技术时得出有关器件触点质量的结论。


左侧是用于研究相干辐射的光谐波的生成的系统。右：2019年1月混合纳米光子学与光电子学实验室


左侧是一个精密导纳计（LRC计）。右边是坩埚炉，

除了设备，新的研究方向也出现了。其中之一与给定形状和大小的钙钛矿晶体的合成有关。它们使记录有趣的非线性效应并获得功能纳米材料成为可能。因此，在2019年，工程师们开发了最小的光泵浦介电激光器。激光器中的谐振器是立方钙钛矿晶体。其尺寸与材料的长时辐射有关。

实验室中另一个积极发展的领域是“双功能”设备的开发。这些是钙钛矿薄膜，取决于施加的电压，它们可以在太阳能电池模式和LED模式下工作。原型和第一项专利已经获得。将来，此类薄膜将在智能窗户的实现中找到应用-双层玻璃窗户在下午为电池充电，晚上则作为扩展光源使用。


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