Bestimmung der Morphologie von Aggregaten in Verbrennungsprozessen aus der Lichtstreuung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Sowohl bei der Entstehung von Ruß als auch bei der gezielten Synthese von Nanoteilchen in Verbrennungsprozessen liegen die Partikeln häufig in Form von aggregierten, fraktalen Gebilden vor, die aus bis zu mehreren hundert Primärteilchen bestehen können. Eine möglichst vollständige In-situ-Bestimmung der verschiedenen geometrischen Kenngrößen ist dabei für das Verständnis der Rußbildung und die Kontrolle der Produkteigenschaften wesentlich. Im Rahmen des Projektes wurde ein neuartiges Verfahren für eine effiziente und umfangreiche Charakterisierung von Aggregaten in Verbrennungsprozessen auf der Basis der elastischen Lichtstreuung realisiert und in verschiedenen Systemen erfolgreich getestet. Kernelement war ein Messaufbau, der eine simultane Messung des Streulichts über einen großen Winkelbereich ermöglicht, indem das Streulicht mittels eines elliptischen Spiegels auf eine CCD-Kamera abgebildet wird. Für eine umfassende Auswertung der Messdaten wurde die Simulation der Lichtstreuung an Clustern so weiterentwickelt, dass eine zuverlässige und effektive Beschreibung und insbesondere Identifizierung der Elemente der Streumatrix möglich wird, die eine Bestimmung der charakteristischen Parameter von Aggregaten ermöglichen. Es gelang, den Aufbau so zu realisieren, dass ein sehr großer Streuwinkelbereich mit hoher Auflösung und Präzision erfasst werden kann. Messungen an unterschiedlichen laminaren Vormischflammen belegen, dass der Gyrationsradius und teilweise auch die fraktale Dimension in sehr effektiver Weise bestimmt werden können. Durch die Erweiterung auf gepulste Laseranregung können auch charakteristische Parameter in instationären Prozessen erfasst werden. Neben der Untersuchung der Rußbildung in Verbrennungsprozessen konnte das Verfahren auch erfolgreich zur Untersuchung der Bildung von Silica-Partikeln bei der Flammensynthese eingesetzt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Intercomparison of inversion algorithms for particlesizing using Mie scattering. Particle & Particle Systems Characterization 25, 216-230 (2008)
N. Riefler, T. Wriedt
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Light scattering simulation for the characterization of sintered silver nanoparticles. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 109, 1363-1373 (2008)
J. Hellmers, N. Riefler, T. Wriedt, Y.A. Eremin
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Characterization of Gas-Borne Nanoparticle Aggregates by Wide-Angle Light Scattering (WALS), Proc. World Congress on Particle Technology 6, Nürnberg, 2010
S. Will, H. Oltmann, J. Reimann
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Wide-Angle Light Scattering (WALS) for Soot Aggregate Characterization. Combustion and Flame 157, 516-522 (2010)
H. Oltmann, J. Reimann, S. Will
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Single-shot measurement of soot aggregate sizes by wide-angle light scattering (WALS). Applied Physics B 106, 171-183 (2012)
H. Oltmann, J. Reimann, S. Will
