Kinetik der Strukturbildung von komplexen Nanopartikeln in Modellströmungsreaktoren

Nanopartikel weisen meistens eine komplexe Struktur auf, wie z. B. Kern-Schale oder strukturierte Partikelaggregate, dies ermöglicht es, neuartige Materialeigenschaften und Eigenschaftskombinationen zu realisieren. Die zugrundeliegenden Vorgänge bei der Partikelbildung und -agglomeration sind oft schwer zu interpretieren, da die zu untersuchende Nanopartikel im Aerosol in ihrer Größe, Form und Aggregatstruktur sehr unterschiedlich sind, die Interaktions-, Beschichtungs- oder Sinterprozesse von diesen Eigenschaften stark abhängen und gleichzeitig die resultierenden Änderungen und Prozesse oft nicht eindeutig zu erfassen sind.

Dieses Teilprojekt setzt an, diese grundlegenden Vorgänge besser definiert zu untersuchen, indem hochdefinierte Kern-Nanopartikel als sphärische Einzelpartikel oder als Aggregat durch Größenfraktionierung und im-Flug-Sinterung als Aerosol bereitgestellt werden. Danach wird in einem Strömungsreaktor eine thermische Umwandlung initiiert, dies ist entweder ein Sinterungsvorgang wodurch der Primärpartikeldurchmesser vergrößert wird oder ein Beschichtungsvorgang. Mittels Online-Messtechniken wie SMPS, CPMA, DAPS und ELPI werden die resultierenden Änderungen in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen und Materialsystemen analysiert und die Vorgänge modellhaft beschrieben. Diese Messtechnik wird weiterhin modifiziert und an den Niederdruckreaktoren eingesetzt, um die Partikelstruktur als Funktion der Reaktionsbedingungen aufzuklären. Mit herkömmlichen partikeldynamischen Modellen können die entstehenden Strukturen nicht beschrieben werden, da diese nicht Partikelstruktur oder Materialverteilung, sondern nur das Partikelvolumen abbilden. Daher werden in diesem Projekt Monte-Carlo-Simulationstechniken eingesetzt, die in der Lage sind, multivariate Eigenschaften der Partikel und Partikelaggregate zu beschreiben.

Ziel dieses Teilprojektes ist die Vorgänge bei der Strukturbildung komplexer Partikelsysteme in der Gasphase aufzuklären, zu quantifizieren und zu modellieren. Es werden Materialsysteme untersucht, die für TP3 und TP4 relevant sind: Fe- und Si-Partikel und deren Oxidationsprodukte.

Projektleitung:

Apl. Prof. Dr.-Ing. F. Einar Kruis
Universität Duisburg-Essen
Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Tel.: +49 203 379-2899
einar.kruis@uni-due.de
http://www.uni-due.de/nst/