Synthese und Inline-Prozessierung von Nanopartikeln

Die gezielte, wissensbasierte Strukturierung von Nanopartikeln und Nanopartikel-Ensembles in Form von Komposit- und Kern-Schale-Systemen steht im Fokus dieses Teilprojektes. Die Möglichkeiten der Gasphasensynthese sollen dazu genutzt werden, Struktureigenschaften mit Materialeigenschaften zu kombinieren und somit neuartige Materialien zu erzeugen. Dieses Teilprojekt untersucht Möglichkeiten zur Synthese von anorganischen Materialien, die – durch Strukturierung und Kombination unterschiedlicher Stoffe – gezielt neue Eigenschaften ermöglichen. Schwerpunkt sind Syntheseverfahren, die durch hohe Temperaturen und Temperaturgradienten in der Lage sind, im Wesentlichen sphärische, nicht-aggregierte Nanopartikel zu erzeugen und diese in einem unmittelbar nachgeschalteten Prozessschritt direkt in der Gasphase weiter zu prozessieren Dazu soll eine direkte Beschichtung von Primärpartikeln als auch von Aggregaten genutzt werden, um sowohl Partikeleigenschaften zu „konservieren“ als auch eine weitere Inline-Strukturierung zu ermöglichen. Wesentliches Instrument gezielten Steuerung sind die Variation des Temperatur–Zeit-Profils und der Verweilzeit der Materialien in der Reaktionszone. Diese Arbeiten werden durch fluiddynamische Berechnungen aus TP9 (Kempf) und durch Untersuchungen der homogenen und heterogenen Zerfallskinetik von Prekursoren (TP1, Schulz|Fikri|Somnitz) unterstützt.

Basis des Projektes ist die Nutzung der bereits im Rahmen bisheriger Arbeiten gewonnenen Erkenntnisse zur Synthese von Silizium-, Eisen- und Eisenoxid-Nanomaterialien. Ziel ist es, aus diesen Materialien durch direkte Inline-Verarbeitung größere, dreidimensionale Strukturen mit einstellbarer Morphologie und Zusammensetzung herzustellen und die daraus resultierenden Erkenntnisse und Designregeln zur Strukturierung und für die Auslegung, die Prozesstechnik und den Betrieb der Technikumsreaktoren in TP6 (Schnurre|Wiggers) zu nutzen. Neben der Prozessierung und Strukturierung soll auch die Erzeugung von Materialkombinationen wie Komposite und Kern-Schale-Strukturen untersucht werden. Dabei sollen die Kernmaterialien so beschichtet werden, dass die Oberfläche ihrerseits sowohl eine Funktion bezüglich der spezifischen Eigenschaften der eingebetteten Partikel als auch bezüglich der weiteren Inline-Strukturierung übernimmt. So können beispielsweise Oberflächenschichten mit geringerem Schmelzpunkt als die Partikelkerne die weitere Strukturierung unterstützen. Neben der Beschichtung mit Polymeren eignen sich auch Glasbildner, die nicht durch Diffusionsprozesse sondern durch viskoses Fließen versintern. Die Untersuchungen dazu erfolgen in enger Kooperation mit dem TP5 (Kruis). Eine wichtige Voraussetzung für die Untersuchung der Detailprozesse ist es, die Syntheseanlagen so zu betreiben, dass Partikelentstehung, -wachstum und -beschichtung zeitlich und räumlich aufgelöst erfasst werden können, was in enger Zusammenarbeit mit TP7 (Dreier|Schulz) erfolgt.

Projektleitung:

Dr. Hartmut Wiggers
Universität Duisburg-Essen
Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Tel.: +49 203 379-8087
E-Mail: hartmut.wiggers@uni-due.de
https://www.uni-due.de/ivg/rf/