Untersuchungen von Wärmeträgerflüssigkeiten durch Computersimulationen: Fokus auf ionische Flüssigkeiten und Ionanofluide

• Antragsteller: Dr. Frank Römer
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280542941

Das Projekt befasst sich mit der theoretischen Untersuchung von Wärmeträgerflüssigkeiten (heat-transfer fluids, HTFs) mit Hilfe von Computersimulationen. In der praktischen Anwendung, von Kühlgeräten bis hin zu solarthermischen Anlagen, sind die thermophysikalischen Eigenschaften der eingesetzten HTFs, wie Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität, von zentraler Bedeutung. Die Modellierung der HTFs in Computersimulationen ermöglicht den Einblick in die zugrunde liegenden Mechanismen auf atomarer bzw. molekularer Ebene. Die hier vorgeschlagene Methode, die Nicht-Gleichgewicht Molekulardynamik (non-equilibrium molecular dynamics, NEMD), bietet durch den explizit modellierten Temperaturgradienten zudem noch die Möglichkeit, Kopplungseffekte, wie z. B. Thermodiffusion, zu studieren. Ein detailliertes Wissen über diese Mechanismen und Effekte sowie deren Abhängigkeit von der molekularen Struktur und der Zusammensetzung der HTFs ist unerlässlich für das zielgerichtete Design von HTFs. Bezüglich der HTFs liegt der Schwerpunkt hier auf ionischen Flüssigkeiten (ionic liquids, ILs) und Suspensionen von Nanopartikeln in ionischen Flüssigkeiten (ionanofluids, nano-particle-enhanced ILs, NEILs). Forschungsfokus 1 beschäftigt sich mit reinen ILs und der Auswirkung unterschiedlicher Anionen- bzw. Kationentypen der ILs wie auch der von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser, Chloridionen oder organischen Lösungsmitteln, auf die thermophysikalischen Eigenschaften. Im Forschungsfokus 2 hingegen stehen die NEILs und die zusätzlichen Effekte und Mechanismen durch die Interaktion der ILs mit den Nanopartikeln, welche zu der experimentell gefundenen signifikanten Steigerung der Wärmeleitfähigkeit führt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen