Name: development of efficient oleds from solution deposition
Uploaded: 2022-11-04T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Development of Efficient OLEDs from Solution Deposition at JoVE.com

Forfatterne ønsker å anerkjenne "EXCILIGHT" -prosjektet fra EUs Horizon 2020 forsknings- og innovasjonsprogram under Marie Sklodowska-Curie stipendavtale nr. 674990. Dette arbeidet ble også utviklet innenfor rammen av prosjektet i3N, UIDB/50025/2020 &UIDP/50025/2020, finansiert av nasjonale midler gjennom FCT/MEC.

FORSIKTIG: Følgende trinn innebærer bruk av forskjellige løsningsmidler og organiske materialer, så det må utvises riktig forsiktighet ved håndtering. Bruk avtrekksviften og verneutstyr som laboratoriebriller, ansiktsmasker, hansker og laboratoriefrakker. Veiing av materialene skal gjøres nøyaktig ved hjelp av en maskin med høy presisjon. For å sikre renslighet av underlagene, oppløsningsavsetning av tynne filmer og fordampning, anbefales det at alle prosedyrene utføres i et kontrollert miljø eller hanskerom...

Protokollen som brukes her for å fremstille en effektiv OLED i en enkel enhetsstruktur er relativt enkel. Den elektriske mobiliteten moduleres ikke bare av materialsammensetningen til et enhetslag, men avhenger også kritisk av filmmorfologi. Fremstilling av løsningene og et passende valg av løsningsmiddel og konsentrasjon er viktig. Ingen materialaggregering kan forekomme, noe som innebærer fullstendig oppløselighet i nanometrisk skala. Det er også viktig å observere viskositeten til løsningen. En høy viskosite...

Økningen i organisk elektronikk som brukes i dagliglivet har blitt en uovertruffen realitet. Blant flere organiske elektroniske applikasjoner er OLED kanskje den mest attraktive. Bildekvaliteten, oppløsningen og fargerenheten har gjort OLED-er til et primært valg for skjermer. Videre har muligheten til å oppnå stort områdeutslipp i ekstremt tynne, fleksible, lette og enkle fargejusterbare OLED-er applikasjoner innen belysning. Noen teknologiske problemer knyttet til fabrikasjonsprosessen i store områdeemittere har imidlertid utsatt videre anvendelse.
Med den første OLED som arbeider med lave påførte spenninger1, har nye paradigmer for solid state-belysning blitt designet, men med lav ekstern kvanteeffektivitet (EQE). OLED EQE oppnås ved forholdet mellom utsendte fotoner (lys) og injiserte elektriske bærere (elektrisk strøm). Et enkelt teoretisk estimat for maksimal forventet EQE er lik ηut x ηint 2. Den interne effektiviteten (ηint) kan tilnærmes med ηint  = γ x <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61071/61071eq01.jpg" style="margin: auto;"> x Φ PL, hvor γ tilsvarer ladningsbalansefaktoren, ΦPL er fotoluminescenskvanteutbyttet (PLQY), og <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61071/61071eq01.jpg" style="margin: auto;"> er effektiviteten av emissiv exciton (elektronhullspar) generasjon. Til slutt, ηut er utkoblingseffektiviteten2. Hvis utkobling ikke vurderes, er oppmerksomheten fokusert på tre emner: (1) hvor effektivt materialet er i å skape excitons som strålingsrekombinerer, (2) hvor effektive de emissive lagene er, og (3) hvor effektiv enhetsstrukturen er for å fremme et velbalansert elektrisk system3.
En rent fluorescerende organisk emitter har bare 25% intern kvanteeffektivitet (IQE). I henhold til spinnregler er strålingsovergangen fra en triplett til en singlet (T→S) forbudt4. Derfor bidrar 75% av eksiterte elektriske bærere ikke til utslipp av fotoner5. Dette problemet ble først overvunnet ved hjelp av overgangsmetaller i organisk emitterfosforescensOLED 6,7,8,9,10, hvor IQE angivelig var nær 100%11,12,13,14,15,16 . Dette skyldes spin-orbit-koblingen mellom den organiske forbindelsen og det tunge overgangsmetallet. Ulempen i slike emittere er deres høye kostnader og dårlig stabilitet. Nylig har rapporter om kjemisk syntese av en ren organisk forbindelse med lav energiseparasjon mellom de eksiterte triplett- og singlettilstandene (∆EST) av Adachi17,18 gitt opphav til et nytt rammeverk. Selv om det ikke er nytt19, har den vellykkede ansettelsen av TADF-prosessen i OLED-er gjort det mulig å oppnå høy effektivitet uten å bruke overgangsmetallkomplekser.
I slike metallfrie organiske emittere er det stor sannsynlighet for at de eksiterte bærerne i en trillingtilstand befolker til singlettilstanden; Derfor kan IQE oppnå en teoretisk grense på 100%5,20,21,22. Disse TADF-materialene gir excitons som kan radiativt rekombinere. Imidlertid krever disse emitterne spredning i en matrisevert for å unngå utslipp som slukker 3,20,21,23,24 i et vert-gjest-konsept. I tillegg avhenger effektiviteten av hvordan verten (organisk matrise) er bevilget til gjestematerialet (TADF)25. Det er også nødvendig å idealisere enhetsstrukturen (dvs. tynne lag, materialer og tykkelse) for å oppnå en elektrisk balansert enhet (likevekt mellom hull og elektroner for å unngå tap)26. Å oppnå det beste host-guest-systemet for en elektrisk balansert enhet er grunnleggende for å øke EQE. I TADF-baserte systemer er dette ikke enkelt, på grunn av endringene i de elektriske bæremobilitetene i EML som ikke er lett innstilt.
Med TADF-emittere er EQE-verdier større enn 20% enkle å oppnå26,27,28,29. Imidlertid består enhetsstrukturen vanligvis av tre til fem organiske lag (hulltransport / blokkering og elektrontransport / blokkeringslag, henholdsvis HTL / HBL og ETL / EBL). I tillegg er den produsert ved hjelp av en termisk fordampningsprosess som er høy i pris, teknologisk kompleks og nesten bare for visningsapplikasjoner. Avhengig av HOMO (høyeste okkuperte molekylorbital) og LUMO (laveste ubebodde molekylorbital) nivåer, elektrisk mobilitet av bærere og tykkelse, kan hvert lag injisere, transportere og blokkere elektriske bærere og garantere rekombinasjon i det emissive laget (EML).
Å redusere enhetens kompleksitet (f.eks. en enkel tolagsstruktur) resulterer vanligvis i en merkbar reduksjon av EQE, noen ganger til mindre enn 5%. Dette skjer på grunn av forskjellig elektron- og hullmobilitet i EML, og enheten blir elektrisk ubalansert. Således, i stedet for den høye effektiviteten av exciton etablering, effektiviteten av utslipp i EML blir lav. Videre skjer en merkbar avrulling med en sterk reduksjon av EQE etter hvert som lysstyrken øker, på grunn av den høye konsentrasjonen av excitoner ved høy påført spenning og lang eksitert levetid 24,30,31. Å overvinne slike problemer krever en sterk evne til å manipulere elektriske egenskaper til det emissive laget. For en enkel OLED-arkitektur ved hjelp av løsningsavsatte metoder, kan elektriske egenskaper til EML justeres av løsningsforberedelses- og avsetningsparametrene32.
Løsningsavsetningsmetoder for organiske enheter har tidligere blitt brukt31. OLED-fabrikasjon, sammenlignet med den termiske fordampningsprosessen, er av stor interesse på grunn av deres forenklede struktur, lave kostnader og produksjon av store områder. Med høy suksess i overgangsmetallkomplekser OLED, er hovedmålet å øke utslippsområdet, men holde enhetsstrukturen så enkel som mulig33. Metoder som roll-to-roll (R2R)34,35,36, blekkskrivere37,38,39 og slot-die 40 har blitt brukt med hell i flerlagsfabrikasjon av OLED, som er en mulig industriell tilnærming.
Til tross for løsningsavsetningsmetoder for organiske lag som fungerer som et godt valg for forenkling av enhetsarkitektur, kan ikke alle ønskede materialer enkelt deponeres. To typer materialer brukes: små molekyler og polymerer. I løsningsavsetningsmetoder har små molekyler noen ulemper, for eksempel dårlig tynnfilmuniformitet, krystallisering og stabilitet. Dermed brukes polymerer mest på grunn av evnen til å danne ensartede tynne filmer med lav overflateruhet og på store, fleksible underlag. Videre bør materialene ha god oppløselighet i riktig løsningsmiddel (hovedsakelig organiske som kloroform, klorbenzen, diklorbenzen, etc.), vann eller alkoholderivater.
Foruten problemet med oppløselighet, er det nødvendig å garantere at et løsningsmiddel som brukes i ett lag, ikke skal fungere som ett for det foregående laget. Dette tillater en flerlagsstruktur avsatt av den våte prosessen; det er imidlertid begrensninger41. Den mest typiske enhetsstrukturen bruker noen løsningsavsatte lag (dvs. den emissive) og et termisk fordampet lag (ETL). I tillegg er tynnfilmhomogenitet og morfologi sterkt avhengig av avsetningsmetodene og parametrene. Elektrisk ladningstransport gjennom disse lagene er fullstendig styrt av en slik morfologi. Ikke desto mindre bør en avveining mellom den ønskede endelige enheten og kompatibiliteten i fabrikasjonsprosessen etableres med omhu. Justering av avsetningsparametrene er en nøkkel til suksess, til tross for at det er tidkrevende arbeid. For eksempel er spinnbelegget ikke en enkel teknikk. Selv om det virker enkelt, er det flere aspekter ved tynnfilmdannelse fra en løsning på toppen av et spinnende substrat som krever oppmerksomhet.
I tillegg til optimalisering av filmtykkelse, manipulering av spinnhastighet og tid (tykkelse er et eksponentielt forfall av begge parametrene), må eksperimentørens handlinger også justeres for å oppnå gode resultater. Korrekte parametere avhenger også av løsningens viskositet, avsetningsområde og fuktbarhet/kontaktvinkel på oppløsningen på underlaget. Det er ingen unike sett med parametere. Kun grunnleggende forutsetninger med konkrete justeringer av løsningen/substratet gir ønskede resultater. Videre kan de elektriske egenskapene som avhenger av laget molekylær konformasjon og morfologi optimaliseres for ønskede resultater, etter protokollen beskrevet her. Når den er fullført, er prosessen enkel og gjennomførbar.
Likevel fører reduksjon av enhetens strukturkompleksitet til en maksimal EQE-reduksjon; Selv om et kompromiss kan oppnås når det gjelder effektivitet vs. lysstyrke. Ettersom et slikt kompromiss tillater praktiske anvendelser, kan overskuddet av en enkel, stor områdekompatibel og billig prosess bli en realitet. Denne artikkelen beskriver disse kravene og hvordan du utvikler en oppskrift for å håndtere de nødvendige problemene.
Protokollen fokuserer på en grønn TADF-emitter 2PXZ-OXD [2,5-bis(4-(10H-fenoksazin-10-yl)fenyl)-1,3,4-oksadiazol]42 som gjest i en vertsmatrise sammensatt av PVK [poly(N-vinylkarbazol)] og OXD-7 [1,3-Bis[2-(4-tert-butylfenyl)-1,3,4-oksadiazo-5-yl]benzen], som tilsvarer EML. Et elektrontransportlag (ETL) av TmPyPb [1,3,5-Tri(m-pyridin-3-ylfenyl)benzen] brukes. Både anodens og katodens arbeidsfunksjoner er optimalisert. Anoden består av ITO (indium tinnoksid) med en høy ledende polymer PEDOT: PSS [poly (3,4-etylendioksytiofen) -poly (styrenesulfonat)], og katoden består av et dobbeltlag av aluminium og LiF (litiumfluorid).
Til slutt avsettes både PEDOT: PSS og EML (PVK: OXD-7: 2PXZ-OXD) ved spinnbelegg, mens TmPyPb, LiF og Al fordampes termisk. Med tanke på den ledende metalllignende naturen til PEDOT: PSS, er enheten et typisk "to organiske lag" i den enkleste strukturen som er mulig. I EML, TADF gjest (10% vekt) er spredt i verten (90% vekt) består av PVK0,6 + OXD-70,4.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:999px;" width="998">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">2PXZ-OXD (2,5-bis(4-(10H-phenoxazin-10-yl)phenyl)-1,3,4-oxadiazole)</td>
			<td style="width:207px;">Lumtec ltd</td>
			<td style="width:119px;">1447998-13-1</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">Aluminum (99.999%)</td>
			<td style="width:207px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:119px;">7429-90-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">Acetone (99.9%)</td>
			<td style="width:207px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">67-64-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">Hellmanex</td>
			<td style="width:207px;">Ossila</td>
			<td style="width:119px;">7778-53-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">Isopropyl alcohol</td>
			<td style="width:207px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">67-63-0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">ITO patterned substrates</td>
			<td style="width:207px;">Ossila</td>
			<td style="width:119px;">65997-17-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">Lithium Fluoride (99.99%)</td>
			<td style="width:207px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">7789-24-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">OXD-7 (1,3-Bis[2-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene)</td>
			<td style="width:207px;">Ossila</td>
			<td style="width:119px;">138372-67-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">PEDOT: PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)</td>
			<td style="width:207px;">Ossila</td>
			<td style="width:119px;">155090-83-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">PVK (Polyvinlycarbazole) (average Mn 25,000-50,000)</td>
			<td style="width:207px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">25067-59-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">TmPyPb (1,3,5-Tri(m-pyridin-3-ylphenyl)benzene)</td>
			<td style="width:207px;">Ossila</td>
			<td style="width:119px;">138372-67-5</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

development of efficient oleds from solution deposition

Bruken av svært effektive organiske emittere basert på termisk aktivert forsinket fluorescens (TADF) -konseptet er interessant på grunn av deres 100% interne kvanteeffektivitet. Her presenteres en løsningsavsetningsmetode for fremstilling av effektive organiske lysemitterende dioder (OLED) basert på en TADF-emitter i en enkel enhetsstruktur. Denne raske, rimelige og effektive prosessen kan brukes for alle OLED-emissive lag som følger vert-gjest-konseptet. De grunnleggende trinnene er beskrevet sammen med nødvendig informasjon for videre reproduksjon. Målet er å etablere en generell protokoll som enkelt kan tilpasses de viktigste organiske emitterne som for tiden er under utredning og utvikling.

Figur 5 viser de viktigste resultatene for den fabrikkerte enheten. Påkoblingsspenningen var ekstremt lav (~ 3 V), noe som er et interessant resultat for en to-organisk lags enhet. Maksimal lysstyrke var rundt 8,000 cd / m2 uten å bruke en integrerende sfære. Maksimumsverdiene for ηc, ηp og EQE var henholdsvis rundt 16 cd/A, 10 lm/W og 8 %. Selv om resultatene ikke er de beste tallene for fortjeneste for denne TADF-emitteren, var de de beste funnet i en ...

Watch this Scientific Journal Video about Development of Efficient OLEDs from Solution Deposition at JoVE.com

Development of Efficient OLEDs from Solution Deposition

Her presenteres en protokoll for fremstilling av effektive, enkle, løsningsavsatte organiske lysemitterende dioder med lav avrulling.

Utvikling av effektive OLED-er fra løsningsdeponering

The use of highly efficient organic emitters based on the thermally activated delayed fluorescence (TADF) concept is interesting due to their 100% ...

Fokuser på en effektiv måte, det nye viktige feltet innen utskriftselektronikk, spesielt for OS, åpner muligheter for virkelig Prosessen er optimalisert for boltmaskinkonseptet. Enkelheten til OS-smøring i en god avveining mellom enkel enhetsarkitektur og nyttig effektivitet som er, og nå, et stort teknologisk problem. Hovedproblemene i tillegg til riktig valg av vertsforståelsesmålinger, sammensetning, konsentrasjon, løsningsmiddel og så videre, kan fokuseres i tre aspekter, spinnkoding av posisjonen, løsningsmiddelforberedelse og den elektriske balansen mellom den elektriske ladningen.smøring, via løsning vedvarende prosess, synes å være enkel, fordi det er høy i enheten fibre av fortjeneste. Noen kritiske aspekter under fabrikasjon må være 35. Begynn med å forberede vertsmatrisen.Tilsett 15 milligram OXD7 i et lite hetteglass. Tilsett deretter fem milligram PVK. Tilsett deretter 10 milligram 2PXZOXDTADF emitter til et annet lite hetteglass.Tilsett to milliliter klorbenzen til hetteglasset med vertsmatrisen og en milliliter til hetteglasset med TADF-materialet. Den endelige konsentrasjonen av klorbenzen i begge hetteglassene skal være 10 milligram per milliliter. Rør løsningene med små rensede magnetiske rørstenger i minst tre timer til materialene er fullstendig oppløst.Forsikre deg om at hetteglassene er trygt dekket med respektive hetter og tett forseglet med organisk kjemisk sikker film for å unngå fordampning av løsningsmidler. Sekvensielt rengjør premønstret indisk tinnoksid eller ITO-substrater i et ultralydbad som inneholder 1% hellmanex-løsning i vann ved 95 grader Celsius, deretter aceton ved romtemperatur, og deretter til propanol ved romtemperatur i 15 minutter per bad. Håndter underlagene med pinsett som bare berører dem i hjørnet.Prøv substratet med nitrogenfluks for å fjerne eventuelle rengjøringsmiddelrester. Utsett deretter substratene for UV-ozonbehandling i fem minutter med ITO-filmen vendt oppover. Filtrer PEDOT:PSS med et 0,45 mikrometer polyvinylidenfluoridfilter og fyll en mikropipette med 100 mikroliter av løsningen.Plasser underlaget forsiktig på spinntortrucken og aktiver vakuumsystemet for å fikse det. Roter ITO med forsiden opp og sentrer underlagsområdet så mye som mulig. Sett parametrene for spinnbelegget til 3.000 RPM i 30 sekunder.Angi et innledende trinn på to til tre sekunder ved lav rotasjon. Hold mikropipetten vinkelrett på underlaget, slipp PEDOT:PSS midt på underlaget og start spinnkoderen. Etter at spinnkodingen er fullført, slå av vakuumet og fjern underlaget med en pinsett.Bruk den lille bomullspinnen dynket i vann for å fjerne overflødig avsatt film rundt katoden og hjørneområdene på underlaget, slik at det sentrale pikselområdet forblir uberørt. Inkuber underlaget i en ovn eller på en kokeplate ved 120 grader Celsius i 15 minutter for å fjerne PEDOT: PSS-løsningsmidlet, overfør det deretter til et hanskerom og la det avkjøles ved romtemperatur. For å klargjøre løsningen for det oppslukende laget, kombiner 1,8 ml av vertsløsningen og 0,2 ml TADF-løsningen i et rent hetteglass.Filtrer løsningen med et 0,1 mikrometer PTFE-filter, og la det røre i 15 minutter ved romtemperatur. Følg den tidligere beskrevne prosedyren for å deponere den andre løsningen med spinnkoderen som spinner ved 2.000 RPM i 60 sekunder. Bruk en bomullspinne dynket i klorbenzen for å fjerne overflødig av den andre filmen.La underlaget stå på en kokeplate inne i hanskerommet ved 70 grader Celsius i 30 minutter for å fjerne overflødig klorbenzen helt. La den deretter avkjøles ved romtemperatur. Sett underlaget inn i prøveholderen med ønsket fordampningsmaske og sørg for at filmene vender nedover.Inkluder de nødvendige diglene og fyll dem med passende materialer. Plasser substratholderen med prøvene i fordamperprøveholderen. Lukk kammeret og pump det ned, og sørg for å følge produsentens instruksjoner for det spesifikke fordampersystemet.Fordamp en 40 nanometer film av TNPYPB, deretter en to nanometer film av litiumfluorid og til slutt en 100 nanometer film av aluminium. Kjennetegn på de fabrikkerte lysdiodene er vist her. Påkoblingsspenningen var ekstremt lav, rundt 3 volt, et interessant resultat for en to-organisk lags enhet.Maksimal lysstyrke var rundt 8.000 candelas per kvadratmeter uten å bruke en integrert sfære. Maksimumsverdiene for nåværende effektivitet, energieffektivitet og ekstern kvanteeffektivitet var henholdsvis rundt 16 candelas per ampere, 10 lumen per watt og 8%. Den gode avveiningen mellom enhetens struktur enkelhet og pålitelighet effektiv bør hevdes best mulig informasjon uten feil i alle Spesielt viktig kan metallkonseptet utvides til forskjellige typer parametere, for eksempel organiske og uorganiske materialer.Selv om vi spesielle spesifisiteter, er hovedideen

development-of-efficient-oleds-from-solution-deposition

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition of metal oxides with tunable morphology, structure, density and stoichiometry by a proper control of the plasma plume expansion dynamics. Such versatility can be exploited to produce nanostructured films from compact and dense to nanoporous characterized by a hierarchical assembly of nano-sized clusters. In particular we describe the detailed methodology to fabricate two types of Al-doped ZnO (AZO) films as transparent electrodes in photovoltaic devices: 1) at low O2 pressure, compact films with electrical conductivity and optical transparency close to the state of the art transparent conducting oxides (TCO) can be deposited at room temperature, to be compatible with thermally sensitive materials such as polymers used in organic photovoltaics (OPVs); 2) highly light scattering hierarchical structures resembling a forest of nano-trees are produced at higher pressures. Such structures show high Haze factor (&gt;80%) and may be exploited to enhance the light trapping capability. The method here described for AZO films can be applied to other metal oxides relevant for technological applications such as TiO2, Al2O3, WO3 and Ag4O4.

We describe the experimental method to deposit nanostructured oxide thin films by nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas. By using this method Al-doped ZnO (AZO) films, from compact to hierarchically structured as nano-tree forests, can be deposited.

Fabrikasjon av Nano-konstruert transparent gjennomføre Oksider av pulset laser Nedfall

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Mechanical Expansion of Steel Tubing as a Solution to Leaky Wellbores

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe (casing), and protects metal components from corrosive fluids. These are essential for uncompromised wellbore integrity. Cements can undergo multiple forms of failure, such as debonding at the cement/rock and cement/metal interfaces, fracturing, and defects within the cement matrix. Failures and defects within the cement will ultimately lead to fluid migration, resulting in inter-zonal fluid migration and premature well abandonment. Currently, there are over 1.8 million operating wells worldwide and over one third of these wells have leak related problems defined as Sustained Casing Pressure (SCP)1. 
The focus of this research was to develop an experimental setup at bench-scale to explore the effect of mechanical manipulation of wellbore casing-cement composite samples as a potential technology for the remediation of gas leaks. 
The experimental methodology utilized in this study enabled formation of an impermeable seal at the pipe/cement interface in a simulated wellbore system. Successful nitrogen gas flow-through measurements demonstrated that an existing microannulus was sealed at laboratory experimental conditions and fluid flow prevented by mechanical manipulation of the metal/cement composite sample. Furthermore, this methodology can be applied not only for the remediation of leaky wellbores, but also in plugging and abandonment procedures as well as wellbore completions technology, and potentially preventing negative impacts of wellbores on subsurface and surface environments.

This article reports on a laboratory scale investigation of an existing field procedure and its adaptation for sealing of leaky wellbores. It consists of mechanical expansion of metal pipe, which results in an improved metal/cement bond, ultimate sealing of hydraulic pathways and prevention of gas leaks caused by the presence of a microannular channel.

Mekanisk Utvidelse av stålrør som en løsning til Leaky brønnbaner

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe ...

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent thermal evaporation, and it absorbs visible light strongly. However, for a long time the record power conversion efficiency of SnS solar cells remained below 2%. Recently we demonstrated new certified record efficiencies of 4.36% using SnS deposited by atomic layer deposition, and 3.88% using thermal evaporation. Here the fabrication procedure for these record solar cells is described, and the statistical distribution of the fabrication process is reported. The standard deviation of efficiency measured on a single substrate is typically over 0.5%. All steps including substrate selection and cleaning, Mo sputtering for the rear contact (cathode), SnS deposition, annealing, surface passivation, Zn(O,S) buffer layer selection and deposition, transparent conductor (anode) deposition, and metallization are described. On each substrate we fabricate 11 individual devices, each with active area 0.25 cm2. Further, a system for high throughput measurements of current-voltage curves under simulated solar light, and external quantum efficiency measurement with variable light bias is described. With this system we are able to measure full data sets on all 11 devices in an automated manner and in minimal time. These results illustrate the value of studying large sample sets, rather than focusing narrowly on the highest performing devices. Large data sets help us to distinguish and remedy individual loss mechanisms affecting our devices.

Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

Making Record-effektivitet SnS solceller av termisk fordampning og Atomic Layer Nedfall

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Formation of Thick Dense Yttrium Iron Garnet Films Using Aerosol Deposition

Aerosol deposition (AD) is a thick-film deposition process that can produce layers up to several hundred micrometers thick with densities greater than 95% of the bulk. The primary advantage of AD is that the deposition takes place entirely at ambient temperature; thereby enabling film growth in material systems with disparate melting temperatures. This report describes in detail the processing steps for preparing the powder and for performing AD using the custom-built system. Representative characterization results are presented from scanning electron microscopy, profilometry, and ferromagnetic resonance for films grown in this system. As a representative overview of the capabilities of the system, focus is given to a sample produced following the described protocol and system setup. Results indicate that this system can successfully deposit 11 &#181;m thick yttrium iron garnet films that are &#160;&#62; 90% of the bulk density during a single 5 min deposition run. A discussion of methods to afford better control of the aerosol and particle selection for improved thickness and roughness variations in the film is provided.

This report describes the use of a custom-built system to perform aerosol deposition of thick films of yttrium iron garnet onto sapphire substrates at RT. The deposited films are characterized using scanning electron microscopy, profilometry, and ferromagnetic resonance to give a representative overview of the capabilities of the technique.

Dannelse av tykk tett Yttrium Iron Garnet Films Bruke Aerosol Nedfall

Aerosol deposition (AD) is a thick-film deposition process that can produce layers up to several hundred micrometers thick with densities greater than 95% ...

Research and Development of High-performance Explosives

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. For newly developed formulations, the process begins with small-scale mixes, thermal testing, and impact and friction sensitivity. Only then do subsequent larger scale formulations proceed to detonation testing, which will be covered in this paper. Recent advances in characterization techniques have led to unparalleled precision in the characterization of early-time evolution of detonations. The new technique of Photonic Doppler Velocimetry (PDV) for the measurement of detonation pressure will be shared and compared with traditional fiber-optic detonation velocity and plate-dent calculation of detonation pressure. In particular, the role of aluminum in explosive formulations will be discussed. Recent developments led to the development of explosive formulations that result in reaction of aluminum very early in the detonation product expansion. This enhanced reaction leads to changes in the detonation velocity and pressure due to reaction of the aluminum with oxygen in the expanding gas products.

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. This paper will share typical development tests associated with the measurement of detonation velocity and detonation pressure.

Forskning og utvikling av høy ytelse Sprengstoff

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance ...

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to neutral gold Au(0) by reducing agents, such as sodium citrate or sodium borohydride. The extension of this method to decorate iron oxide or similar nanoparticles with gold nanoparticles to create multifunctional hybrid Fe2O3-Au nanoparticles is straightforward. This approach yields fairly good control over Au nanoparticle dimensions and loading onto Fe2O3. Additionally, the Au metal size, shape, and loading can easily be tuned by changing experimental parameters (e.g., reactant concentrations, reducing agents, surfactants, etc.). An advantage of this procedure is that the reaction can be done in air or water, and, in principle, is amenable to scaling up. The use of such optically tunable Fe2O3-Au nanoparticles for hyperthermia studies is an attractive option as it capitalizes on plasmonic heating of gold nanoparticles tuned to absorb light strongly in the VIS-NIR region. In addition to its plasmonic effects, nanoscale Au provides a unique surface for interesting chemistries and catalysis. The Fe2O3 material provides additional functionality due to its magnetic property. For example, an external magnetic field could be used to collect and recycle the hybrid Fe2O3-Au nanoparticles after a catalytic experiment, or alternatively, the magnetic Fe2O3 can be used for hyperthermia studies through magnetic heat induction. The photothermal experiment described in this report measures bulk temperature change and nanoparticle solution mass loss as functions of time using infrared thermocouples and a balance, respectively. The ease of sample preparation and the use of readily available equipment are distinct advantages of this technique. A caveat is that these photothermal measurements assess the bulk solution temperature and not the surface of the nanoparticle where the heat is transduced and the temperature is likely to be higher.

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

We describe the synthesis and properties of multifunctional Fe2O3-Au nanoparticles produced by a wet chemical approach and investigate their photothermal properties using laser irradiation. The composite Fe2O3-Au nanoparticles retain the properties of both materials, creating a multifunctional structure with excellent magnetic and plasmonic properties.

Multifunksjonell Hybrid Fe<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; Au Nanopartikler for Effektiv Plasmonic Oppvarming

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to ...

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal inks. For the photoactive absorber layer, colloidal CdTe and CdSe nanocrystals (3-5 nm) are synthesized using an inert hot injection technique and cleaned with precipitations to remove excess starting reagents. Similarly, gold nanocrystals (3-5 nm) are synthesized under ambient conditions and dissolved in organic solvents. In addition, precursor solutions for transparent conductive indium tin oxide (ITO) films are prepared from solutions of indium and tin salts paired with a reactive oxidizer. Layer-by-layer, these solutions are deposited onto a glass substrate following annealing (200-400 &#176;C) to build the nanocrystal solar cell (glass/ITO/CdSe/CdTe/Au). Pre-annealing ligand exchange is required for CdSe and CdTe nanocrystals where films are dipped in NH4Cl:methanol to replace long-chain native ligands with small inorganic Cl- anions. NH4Cl(s) was found to act as a catalyst for the sintering reaction (as a non-toxic alternative to the conventional CdCl2(s) treatment) leading to grain growth (136&#177;39 nm) during heating. The thickness and roughness of the prepared films are characterized with SEM and optical profilometry. FTIR is used to determine the degree of ligand exchange prior to sintering, and XRD is used to verify the crystallinity and phase of each material. UV/Vis spectra show high visible light transmission through the ITO layer and a red shift in the absorbance of the cadmium chalcogenide nanocrystals after thermal annealing. Current-voltage curves of completed devices are measured under simulated one sun illumination. Small differences in deposition techniques and reagents employed during ligand exchange have been shown to have a profound influence on the device properties. Here, we examine the effects of chemical (sintering and ligand exchange agents) and physical treatments (solution concentration, spray-pressure, annealing time and annealing temperature) on photovoltaic device performance.

This protocol describes the synthesis and solution deposition of inorganic nanocrystals layer by layer to produce thin film electronics on non-conductive surfaces. Solvent-stabilized inks can produce complete photovoltaic devices on glass substrates via spin and spray coating following post-deposition ligand exchange and sintering.

Fabrikasjon av Fully Løsning Behandlet uorganiske nanocrystal photovoltaic enheter

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

Solution-based electrospray film deposition, which is compatible with continuous, roll-to-roll processing, is applied to chalcogenide glasses. Two chalcogenide compositions are demonstrated: Ge23Sb7S70 and As40S60, which have both been studied extensively for planar mid-infrared (mid-IR) microphotonic devices. In this approach, uniform thickness films are fabricated through the use of computer numerical controlled (CNC) motion. Chalcogenide glass (ChG) is written over the substrate by a single nozzle along a serpentine path. Films were subjected to a series of heat treatments between 100 &#176;C and 200 &#176;C under vacuum to drive off residual solvent and densify the films. Based on transmission Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and surface roughness measurements, both compositions were found to be suitable for the fabrication of planar devices operating in the mid-IR region. Residual solvent removal was found to be much quicker for the As40S60 film as compared to Ge23Sb7S70. Based on the advantages of electrospray, direct printing of a gradient refractive index (GRIN) mid-IR transparent coating is envisioned, given the difference in refractive index of the two compositions in this study.

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

A method of uniform thickness solution-derived chalcogenide glass film deposition is demonstrated using computer numerical controlled motion of a single-nozzle electrospray.

Elektro Nedfall av jevn tykkelse Ge<sub&gt; 23</sub&gt; Sb<sub&gt; 7</sub&gt; S<sub&gt; 70</sub&gt; Og As<sub&gt; 40</sub&gt; S<sub&gt; 60</sub&gt; Chalcogenide Glass Films

Solution-based electrospray film deposition, which is compatible with continuous, roll-to-roll processing, is applied to chalcogenide glasses. Two ...

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical properties. The possibility of doping was investigated by adding monovalent cation halides with similar ionic radii to Pb2+, including Cu+, Na+, and Ag+. A shift in the Fermi level and a remarkable decrease of sub-bandgap optical absorption, along with a lower energetic disorder in the perovskite, was achieved. An order-of-magnitude enhancement in the bulk hole mobility and a significant reduction of transport activation energy within an additive-based perovskite device was attained. The confluence of the aforementioned improved properties in the presence of these cations led to an enhancement in the photovoltaic parameters of the perovskite solar cell. An increase of 70 mV in open circuit voltage for AgI and a 2 mA/cm2 improvement in photocurrent density for NaI- and CuBr-based solar cells were achieved compared to the pristine device. Our work paves the way for further improvements in the optoelectronic quality of CH3NH3PbI3 perovskite and subsequent devices. It highlights a new avenue for investigations on the role of dopant impurities in crystallization and controls the electronic defect density in perovskite structures.

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we present a protocol to adjust the properties of solution-processed CH3NH3PbI3 through the incorporation of monovalent cation additives in order to achieve highly efficient perovskite solar cells.

Monovalent Kasjon Doping av CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; For effektiv Perovskite solceller

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present an advanced method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics. The proposed process addresses several fabrication issues, including large area processing. Specifically, the protocol describes a process for fabricating ultra-thin color films using an electron beam evaporator for oblique angle deposition of germanium (Ge) and gold (Au) on silicon (Si) substrates.&#160; Film porosity produced by the oblique angle deposition induces color changes in the ultra-thin film. The degree of color change depends on factors such as deposition angle and film thickness. Fabricated samples of the ultra-thin color films showed improved color tunability and color purity. In addition, the measured reflectance of the fabricated samples was converted into chromatic values and analyzed in terms of color. Our ultra-thin film fabricating method is expected to be used for various ultra-thin film applications such as flexible color electrodes, thin film solar cells, and optical filters. Also, the process developed here for analyzing the color of the fabricated samples is broadly useful for studying various color structures.

We present a detailed method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics for optical coatings. The oblique angle deposition technique using an electron beam evaporator allows improved color tunability and purity. Fabricated films of Ge and Au on Si substrates were analyzed by reflectance measurements and color information conversion.

Fabrikasjon av ultra tynn farge filmer med svært absorberende Media med skrå vinkel avsetning

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...