Forschung: Synthese

GEGENSTAND UNSERER FORSCHUNG
Syntheseprozesse von Nanomaterialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften.

ZIEL
Verständnis der Entstehungs- und Wachstumsprozesse und auf dieser Basis gezielte Herstellung von Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Dieses Wissen nutzen wir, um geeignete Prozesse bis in den industriellen Einsatz zu entwickeln.

HIGHLIGHTS

  • Anlagen im Technikumsmaßstab synthetisieren bis zu 1 kg/h
  • Laborreaktoren mit umfangreicher In-situ- und Online-Messtechnik
  • Produktmorphologie variabel: z. B. kleine und separate Partikel oder große, weitverzweigte Aggregate
  • Herstellung hochreiner Nanopartikel per Laserablation – ohne Aufwand für viele Materialien möglich

GASPHASENSYNTHESE

Mithilfe der Gasphasensynthese lassen sich hochreine Materialien in kontinuierlichen Prozessen erzeugen – ideale Voraussetzung für eine Skalierung in den Produktionsmaßstab. Unser Schwerpunkt liegt auf verdampfbaren Vorläufersubstanzen, wir arbeiten aber auch mit flüssigen oder festen Prekursoren, die unmittelbar vor oder in den Reaktoren (Flammen-, Plasma- und Heißwandreaktoren) in die Gasphase überführt werden. Gleichzeitig wird die energetisch hoch effiziente direkte Plasmaverdampfung mittels Lichtbogen verfolgt, da hier keine Prekursoren sondern elementares Material wie z. B. Metalle verwendet werden.

Die Anlagen im Technikumsmaßstab ermöglichen die Synthese von Nanomaterialien variabler Zusammensetzung, Größe und Morphologie in technisch relevanten Mengen von bis zu 1 kg/h. Unsere Verfahrenstechnik erlaubt es, einen sehr weiten Materialbereich abzudecken. Der Schwerpunkt unserer Synthese liegt auf Halbleitermaterialien, Oxiden und mehrphasigen Kompositen.

Über unsere umfangreiche In-situ und Online-Diagnostik erfassen wir kontinuierlich Prozess- und Produktdaten zur Analyse der Prozesse. Wir können die Materialien bereits in der Gasphase gezielt modifizieren und beispielsweise Oberflächeneigenschaften einstellen oder Aggregatstrukturen bestimmen. Ausgewählte Produkte überführen wir anschließend in die Flüssigphase, um sie handhabbar und direkt nutzbar zu machen, z. B. für Druckprozesse. In spezifischen Laboranlagen gewinnen wir Informationen über die Synthese unter idealisierten Bedingungen. In Kombination mit Ergebnissen aus der Simulation der Prozesse entwickeln wir daraus skalierfähige Verfahren. Die hieraus entstandenen Anlagen im Pilotmaßstab bilden ein System, das technisch genutzten Anlagen deutlich näher ist als idealisierte Laborsysteme.

Die Kombination unserer Synthese im Technikumsmaßstab mit den uns zur Verfügung stehenden Analyse- und Charakterisierungssystemen ist weltweit einmalig. Daher erwarten wir für verfahrenstechnische Prozesse grundlegende Erkenntnisse, deren Reichweite weit über die unmittelbare Anwendung im NETZ hinausgeht.

Die intensive Forschung zur Synthese von Metalloxiden, Metallen, Silizium- und Kohlenstoff-Spezies in der Gasphase findet bereits seit Ende der 1990er-Jahre an der UDE statt. Dabei verwenden wir auch kostengünstige Herstellungsverfahren, die sich problemlos in den Industriemaßstab hochskalieren lassen. Unsere kontrollierten Syntheseverfahren erlauben viele Materialvarianten, die sich so nur in Gasphasenprozessen realisieren lassen.

LASERABLATION IN DER FLÜSSIGPHASE

Bei der Laserablation in der Flüssigphase wird per Laserpuls Material aus der Oberfläche eines Targets verdampft. Diese Form der Synthese funktioniert im Gegensatz zu anderen Flüssigprozessen ligandenfrei, denn es sind keine Stabilisatoren nötig und auch eine aufwändige Aufreinigung des Produkts entfällt. So stellen wir hochreine Partikel mit ligandenfreier Oberfläche her, die z. B. für die Anwendung in der Katalyse ideal geeignet sind.

BETEILIGTE ARBEITSGRUPPEN

 

Ansprechpartner

Apl. Prof. Dr.
Hartmut Wiggers

Tel.: +49 203 37-98087
E-Mail: hartmut.wiggers@uni-due.de
Website: http://www.uni-due.de/ivg/rf/