Ziel
Flammenreaktoren für die Nanopartikelsynthese sind weit verbreitet, da mit Ihnen auf eine einfache Weise hohe Temperaturen und hohe chemische Umsätze erreicht werden können. Die ablaufenden Reaktionsprozesse sind aber vielfach nur ungenügend verstanden. Für die Aufklärung der Flammen- und Partikelbildungschemie ist ein Niederdruck-Flammenreaktor mit vorgemischten Gasen besonders geeignet. Durch die Vormischung bildet sich eine senkrecht zur Strömungsrichtung homogen ausgebildete Flamme und auf Grund des niedrigen Drucks ist die Flamme räumlich ausgedehnt, so dass die verschiedenen Bereiche der Partikelsynthese im Detail untersucht werden können. Mit laserspektroskopischer Messtechnik und  Molekularstrahlprobennahme mit massenselektiver Analytik kommen zwei leistungsfähige Untersuchungsmethoden am Niederdruck Flammenreaktor zum Einsatz. Hierdurch lassen sich transiente Spezies in der Flamme nachweisen und die Bildung und das Wachstum von Partikeln studieren. Zusätzlich lassen sich mit dem Molekularstrahl Partikel größenselektiv auf Substraten abscheiden.

Verfahren
Der Niederdruck-Flammenreaktor besteht aus einem wassergekühlten Brenner mit horizontaler Strömungsrichtung für vorgemischte Gase, der in einer Vakuumkammer montiert ist. Als Brennstoffe dienen Wasserstoff, Acetylen oder Propan, Sauerstoff dient als Oxidator und Argon oder Stickstoff als Verdünnungsgas. Der nutzbare Druckbereich erstreckt sich von 15 bis 50 mbar. Für die Untersuchung der Partikelbildung können verdampfbare Prekursoren direkt oder mit Hilfe eines Gassättigers zugeführt werden. Der Abstand zwischen Brenner und einer Probenahmedüse ist einstellbar, so dass die Flamme an verschiedenen Positionen mit einer Düse-Skimmer-Anordnung untersucht werden kann. Der entstehende Molekularstrahl wird mit einem Partikelmassenspektrometer (PMS) oder mit einem Flugzeitmassenspektrometer (TOF) analysiert. Der messbare Größenbereich erstreckt sich beim Partikelmassenspektrometer von etwa 2 bis 15 nm und beim Flugzeitspektrometer von 1 bis 10.000 amu. Zusätzlich kann die Flamme über radiale optische Zugänge mit Laserverfahren (Fluoreszenz- und Inkandeszenzmessungen) untersucht werden.

Veröffentlichungen
P. Ifeacho, T. Huelser, H. Wiggers, C. Schulz, P. Roth, Synthesis of SnO2-x nanopar-ticles tuned between 0 < x < 1 in a premixed low pressure H2/O2/Ar flame, Proc. Combust. Inst. 31 (2007) 1805-1812.

Kontakt
apl. Prof. Dr. H. Wiggers, Hartmut Wiggers, Tel.: +49 (0)203 - 379 8087, IVG