Teilprojekt 6

Synthese komplexer Nanomaterialien im Pilotmaßstab

Die Gasphasensynthese von Nanopartikeln ermöglicht die kontinuierliche Herstellung von hochspezifischen Materialien und die Prozesstechnik bietet wie kaum eine andere die Möglichkeit, dies auch im großindustriellen Produktionsmaßstab zu tun. Eine Basis für eine Skalierbarkeit der Syntheseabläufe ist eine wissensbasierte Herangehensweise unter Zuhilfenahme validierter Modelle. Ein besseres Verständnis der Reaktionstechnik wird insbesondere durch die Kombination von berührungsloser In-situ-Diagnostik mit der numerischen Beschreibung der Bilanz- und Materialgleichungen für Material, Impuls, Stoffe und Enthalpie erreicht.

Aufbauend auf den erfolgreichen Versuchen zur Übertragung von Synthesebedingungen für Silizium und Eisenoxid Nanopartikeln aus dem Labor- in den Pilotmaßstab ist das Ziel der zweiten Förderperiode, dies auch bezüglich der weiteren Prozessierung der Materialien in der Gasphase zu realisieren. Basierend auf den bisher aufgestellten Designregeln der FOR 2284 und mit Unterstützung durch fluiddynamische Modellierungen sollen die Beschichtung nanoskaliger Materialien und die Bildung komplexer Strukturen aus Nanopartikeln in den Pilotmaßstab übertragen werden. Im Fokus steht dabei die gezielte Einflussnahme auf Form, Aggregationsgrad und Morphologie von Nanopartikeln. Insbesondere die gleichförmige Beschichtung von Partikeln in der Gasphase erfordert eine schnelle und homogene Durchmischung von Partikeln und sekundärem (Beschichtungs)-Prekursor. Die besondere Herausforderung wird sein, die Effekte, die sich durch die (quadratische) Skalierung der Querschnittsflächen ergeben, mit Unterstützung numerischer Verfahren (TP9, TP8) geeignet zu beschreiben und auf Basis der Laborexperimente aus TP3 und TP5 verfahrenstechnische Lösungen zu entwickeln, die eine gezielte Strukturierung von Nanomaterialien auch im Pilotmaßstab ermöglichen.

Neben den oben genannten Fragestellungen wird es bezüglich der Synthese von FexOy im Flammenreaktor auch darum gehen, eine gezielte Herstellung verschiedener polymorpher Formen von Eisenoxid im Pilotmaßstab zu ermöglichen (analog zu Designregeln aus TP4). Ein wichtiges Ziel ist darüber hinaus, mit Hilfe optischer in-situ Messtechniken (TP7) und durch unterstützende Modellierungen (TP9) die Strömungsführung der Reaktoren so zu designen, dass Rückströmungen und unerwünschte Partikelablagerungen weitgehend vermieden werden, um eine langzeitstabile Herstellung von Nanopartikeln im Pilotmaßstab zu ermöglichen.