SPP 1980:  Nanopartikelsynthese in Sprayflammen SpraySyn: Messung, Simulation, Prozesse

• Fachliche Zuordnung: Wärmetechnik/Verfahrenstechnik ; Chemie ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2017
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 312959688

Ziel des Schwerpunktprogramms ist, diese – in sich bereits komplexen – Ansätze für die Untersuchung und theoretische Beschreibung von Sprayflammensyntheseprozessen zu ertüchtigen und in einem interdisziplinären Netzwerk zusammenzuführen. Somit lassen sich Teilprozesse analysieren und die Kenntnisse in einem Gesamtmodell integrieren, sodass erstmals die Chance zu einem fundamentalen Prozessdesign eröffnet wird. Dadurch sollen teure Ausgangsmaterialien substituiert und in den Industriemaßstab skalierbare Verfahren entwickelt werden, die die gezielte Herstellung von Materialien mit einem weiten Eigenschaftsspektrum ermöglichen.Dieser Ansatz fußt auf der Entwicklung und Anwendung von spezifischen In-situ-Analytikverfahren, der Erstellung von chemischen Mechanismen durch grundlegende kinetische Experimente und theoretische Berechnungen und einer umfassenden, an das Problem angepassten Simulation der Prozesskette Prekursorlösung – Spray – Flamme – Partikel. Eine Schlüsselstellung nimmt die Entwicklung und Nutzung eines Standardexperiments („SpraySyn-Standardbrenner“) ein, das international als Referenzexperiment mit umfangreichem Validierungsdatensatz etabliert werden soll und langfristig als Ankerpunkt der Erforschung und Entwicklung der Partikelsynthese in Sprayflammen dienen wird.Das Schwerpunktprogramm beschränkt sich auf die Herstellung oxidischer Nanopartikel; in Einzelfällen können auch metallische Systeme von Interesse sein, keinesfalls jedoch Ruß oder kohlenstoffbasierte Nanopartikel. Die Betrachtung nachgeschalteter Vorgänge zur Morphologievariation des primär gebildeten Produkts sowie die Untersuchung von isolierten Einzelaspekten sind nicht Teil dieses Programms.Das Schwerpunktprogramm gliedert sich in die Themenblöcke:• Theorie und Simulation: Molekulare Interaktion, chemische Reaktion, Partikelinteraktion, Wechselwirkungen mit der (turbulenten) Strömung• In-situ-Messtechnik: Spray, Partikel, Gasphasen-Konzentrationen und -Temperaturen, Geschwindigkeiten• Prozesse: Spray, Brenner, Gasführung

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projekte

• Abbildende In-situ-Diagnostik in der Sprayflammensynthese von Nanopartikeln (Antragsteller Dreier, Thomas )
• Detaillierte und hybride LES-Feinstruktur-Modellierung der Nanopartikelsynthese in Sprayflammen (Antragsteller Kempf, Andreas )
• Einfluss der Zerstäubung auf die Partikelsynthese in Sprayflammen (Antragsteller Kneer, Reinhold ;  Pitsch, Heinz ;  Schmid, Hans-Joachim )
• Experimentelle und numerische Untersuchung der Sprayflammen-synthese im Technikumsmaßstab (Antragstellerinnen / Antragsteller Adams, Nikolaus Andreas ;  Paschereit, Christian Oliver ;  Schnurre, Sophie Marie )
• Grundlegende Prozesse bei der Nanopartikelsynthese in Sprayflammen: Verdunstung, Mischung und chemische Reaktionen (Antragstellerin Gutheil, Eva )
• Insitu Erforschung der Partikelbildung und des Partikelwachstums in der Flammen-Spray-Pyrolyse mittels der Röntgenkleinwinkelstreuung (Antragsteller Nirschl, Hermann )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Schulz, Christof )
• Nanopartikelentstehung aus Prekursor-beladenen Tröpfchen: Strömungssimulation; Populationsdynamik von Partikeln und Tröpfchen; experimentelle Validierung (Antragsteller Kruis, Frank Einar ;  Thévenin, Dominique ;  Wiggers, Hartmut )
• Numerische Simulation und experimentelle Charakterisierung der Nanopartikelbildung in Sprayflammen (Antragsteller Beyrau, Frank ;  Kronenburg, Andreas )
• Optische Charakterisierung der Tröpfchenmikroexplosion am SpraySyn-Brenner (Antragsteller Kaiser, Sebastian )
• Optische In-situ-Diagnostik von Tröpfchen, Nanopartikeln und Aggregaten in der Sprayflammensynthese (Antragsteller Will, Stefan )
• Prekusorenfreisetzung in Nanopartikel produzierenden Sprühflammen: Einzeltropfenuntersuchung von Mehrkomponentenstofftransport (im SPP 1980) (Antragsteller Mädler, Lutz )
• Prozessanalyse und -steuerung von Zerstäubungs- und Mischzonen in Sprayflammen (Antragsteller Fritsching, Udo ;  Kiefer, Johannes )
• Reaktionen der Prekursoren für die Sprayflammensynthese von Nanopartikeln bei einer partiellen Sprayverdampfung (Antragstellerin Kasper, Tina )
• SpraySyn Standardbrenner: Definition, Gesamtsimulation, Charakterisierung (Antragsteller Kempf, Andreas ;  Schulz, Christof )
• Sprayzugabe zur FSP mittels elektrohydrodynamischer Zerstäubung (EHDA) von organischen und wässrigen Prekursor-Lösungen (Antragsteller Weber, Alfred )
• Thermodynamische Analyse der Ursachen von Mikroexplosionen von Tropfen bei der Nanopartikelsynthese in Sprayflammen (Antragsteller Hasse, Hans ;  Kohns, Maximilian )
• Tomographische Analyse des SpraySyn-Syntheseprozesses auf der Grundlage Instantan Multisimultan-Messungen (Antragstellerin Mohri, Khadijeh )
• Untersuchung der Interaktion von Prekursor- und Flammenchemie (Antragsteller Schulz, Christof ;  Wlokas, Irenäus )

• Sprecher: Professor Dr. Christof Schulz