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Projekt
Optische In-situ-Diagnostik in der Nanopartikelsynthese
Antragsteller
Dr. Torsten Endres
Fachliche Zuordnung
Energieverfahrenstechnik
Mechanische Verfahrenstechnik
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2015
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262219004
Optische In-situ-Untersuchungsverfahren für reaktive Gasphasenprozesse haben hohes Potenzial für die störungsfreie Analytik des Reaktionsgeschehens bei gleichzeitig hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Ortsaufgelöste Untersuchungsverfahren von Mischungsvorgängen, die Bestimmung von Geschwindigkeitsfeldern, Temperatur und Spezieskonzentrationen, sowie die Beobachtung der Partikelbildung können entscheidend zu einem besseren Prozessverständnis führen. Dieser Erkenntnisgewinn ergibt sich insbesondere durch Vergleiche mit chemisch-kinetischen und strömungsmechanischen Simulationen, die helfen, das Reaktionsgeschehen und dessen Wechselwirkung mit dem Strömungsfeld zu beschreiben. Ziel dieses Teilprojekts ist es, die in der ersten Projektperiode eingesetzten Untersuchungsmethoden der Particle Imaging Velocimetry (PIV), der Laser-induzierten Fluoreszenz (LIF), und Laser-induzierten Inkandeszenz (LII) für die verwendeten Nanopartikelsyntheseverfahren zur detaillierten Messung der oben genannten Größen heranzuziehen und auf weitere in der zweiten Periode zu untersuchende Systeme anzuwenden. Dies erfordert eine Weiterentwicklung der spektroskopischen Grundlagen anhand von spektral aufgelösten Messungen in Modellsystemen und Messungen von Absorptionsquerschnitten von Intermediaten (z.B. SiO). Umgekehrt leistet das Projekt unterstützende Arbeiten für kinetische Messungen und durch Konzentrations- und Temperaturmessungen in anderen Teilprojekten. Das Projekt fokussiert auf die Messung von Schlüsselspezies der Nanopartikelsynthese und der Temperatur durch bildgebende LIF, um den Syntheseprozess als Ganzes erfassen und auswerten zu können. Besonders wichtig für die Stützung der Modellierung ist die Untersuchung der räumlichen/zeitlichen Verteilung der Temperatur und von Intermediaten (Si, SiO, SiH, Fe, FeO,…), die den Übergang zwischen Prekursorzerfall und Partikelbildung markieren. Besonderes Augenmerk soll dabei auf die Raumbereiche in den Reaktoren gelegt werden, in denen zur Herstellung von Kern-Schale Strukturen oder Mischkristallen eine Zumischung sekundärer Prekursoren in den Strom der primär gebildeten Partikel erfolgt. Neben den benannten Methoden kommen ergänzend elastische Lichtstreuung und die LII in Fluenzbereichen bis hin zur Partikel-selektiven, laserinduzierten Breakdown-Spektroskopie, LIBS zum Einsatz. Einige Messmethoden müssen zudem für die Technikumsanlagen im Projekt adaptiert werden, damit Messdaten der interessierenden Größen auch dort mit ausreichender Genauigkeit geliefert werden können. Die Messungen sollen auf unterschiedliche Betriebszustände der Reaktoren ausgeweitet werden, um speziell die oxidative und reduktive Nachbehandlung von Partikeln im Zumischbereich sekundärer Prekursoren im Detail mit messtechnischen Verfahren zu begleiten. Einen weiteren Schwerpunkt bilden zudem In-situ-Diagnostiken zur Partikelgröße, Volumenbruch und elementarer Zusammensetzung mittels LII und LIBS.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Mitverantwortlich
Professor Dr. Christof Schulz
