FOR 2284:  Modellbasierte skalierbare Gasphasensynthese komplexer Nanopartikel

• Fachliche Zuordnung: Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2015
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262219004

Funktionsmaterialien auf Basis anorganischer Nanopartikel haben eingroßes Anwendungspotenzial. Über die pure Variation derchemischen Zusammensetzung hinaus, eröffnet die Strukturgrößeeine neue Dimension für die Erzeugung ungewöhnlicherMaterialeigenschaften. Hochpotente Energiespeichermaterialien,edelmetallfreie Katalysatoren, effiziente halbleitende Lichtabsorberund emitter oder biokompatible Materialien für ‐ die medizinischeDiagnostik sind nur einige Beispiele für das Anwendungsspektrumanorganischer Nanomaterialien. Neben der Zusammensetzung der imSyntheseverlauf entstehenden primären Partikel entscheidet dieMorphologie darauf aufbauender sekundärer und tertiärer Strukturenüber die praktische Anwendbarkeit der Materialien. Um diesestrukturbasierten Eigenschaften beeinflussen und nutzen zu können,ist eine hochspezifische Synthese zwingend erforderlich, mit der – aufder Basis der primären Nanopartikel – Strukturgröße, Morphologieund strukturell definierte Materialkombinationen gezielt undreproduzierbar eingestellt werden können. Damit Nanomaterialien mitden entsprechenden Eigenschaften auch in industrierelevantenMengen hergestellt werden können, muss zudem die Skalierbarkeitder Prozesse sichergestellt werden, wozu sich dieGasphasensynthese besonders eignet. Hier setzt die Vision derForschergruppe an: Auf Basis des Verständnisses der elementarenSchritte von Prekursorchemie, Partikelentstehung, Partikel‐Partikel‐Interaktion und In‐situ‐Funktionalisierung werden Designregeln fürSyntheseverfahren und ‐reaktoren entwickelt und demonstriert, dieeine maßgeschneiderte Synthese, Modifizierung und Strukturierungvon Nanopartikeln in der Gasphase ermöglichen. Exemplarischwerden zwei Materialsysteme untersucht: Komposite auf Basis vonEisen‐ und Eisenoxid‐Nanopartikeln und strukturierte Siliziumpartikelund Nanokomposite. Da der Schwerpunkt der Forschergruppe auf derKombination von Analyse, Modellbildung und Simulation liegt, werdensequenziell Materialien und Prozesse mit einer Steigerung derKomplexität untersucht. So werden auf jeder Zwischenstufe eineRückkopplung mit dem Experiment und eine Validierung derentwickelten Simulationen und Designregeln sichergestellt. DasVorhaben erschließt nicht nur die Erzeugbarkeit neuerMaterialvariationen, sondern zielt dabei auf die Entwicklung vonskalierfähigen Prozessen und wissenschaftlich fundierten, validiertenSimulationsverfahren, die wesentliche Grundlagen für einezuverlässige Nutzung von hochspezifischen funktionalenNanopartikelensembles und deren industrielle Anwendung sind.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Einfluss von Turbulenz und Feinstruktur auf Produkt, Modellierung und Simulation (Antragsteller Kempf, Andreas )
• Kinetik und Strukturbildung von komplexen Nanopartikeln in Modellströmungsreaktoren (Antragsteller Kruis, Frank Einar )
• Kontrolle der Oxidationsstufe von Eisen in Nanopartikeln aus Eisenoxiden und Eisen-Kohlenstoff-Kompositen in der chemischen Gasphasensynthese (Antragsteller Winterer, Markus )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Schulz, Christof )
• Massenspektrometrische Charakterisierung von Prekursorchemie und Partikelwachstum in Flammenreaktoren (Antragstellerin Kasper, Tina )
• Modellierung der Prekursorchemie - Entwicklung, Reduktion und Optimierung von Reaktionsmechanismen des Zerfalls und der Verbrennung metallorganischer Verbindungen (Antragsteller Wlokas, Irenäus )
• Optische In-situ-Diagnostik in der Nanopartikelsynthese (Antragsteller Endres, Torsten )
• Synthese komplexer Nanomaterialien im Pilotmaßstab (Antragstellerin Schnurre, Sophie Marie )
• Synthese und Inline-Prozessierung von Nanopartikeln (Antragsteller Wiggers, Hartmut )
• Untersuchungen der Reaktionskinetik von Prekursorsystemen in Stoßwellen‐ und Strömungsreaktor‐Experimenten begleitet von quantenchemisch/statistischen Rechnungen (Antragsteller Schulz, Christof ;  Somnitz, Holger )

• Sprecher: Professor Dr. Christof Schulz