Prekusorenfreisetzung in Nanopartikel produzierenden Sprühflammen: Einzeltropfenuntersuchung von Mehrkomponentenstofftransport (im SPP 1980)

Ziel des SPP ist ein grundlegendes Verständnis und eine theoretische Modellierung des gesamten Flammspritzpyrolyseprozesses. Die Entwicklung eines solchen prädiktiven Prozessmodells für die Sprühflammensynthese von Nanopartikeln erfordert das Verständnis vieler Aspekte und Mechanismen. Dazu gehören der Mehrkomponenten-Stofftransfer von der flüssigen Tröpfchenphase in die Gasphase und das Partikelwachstum.In der ersten Projektphase konnten wir die Bedeutung des Tröpfchen-Mikroexplosionseffekts für die Homogenität der Nanopartikelproduktion unter Verwendung von Flammspray-Pyrolyse-Precusoren nachweisen. Mikro-Explosionen erwiesen sich insbesondere als ein entscheidender Mechanismus für die Verwendung von billigen Nitrid-Precurosoren. In der letzten Projektphase wurden starke Fortschritte bei Einzeltropfenexperimenten erzielt, die die große Bedeutung von Mikroexplosionen für die effektive Produktion homogener Nanopartikel zeigen. Die Verbrennung und die Partikelsynthese verschiedener Precursor-Lösungsmittel-Systeme wurden experimentell untersucht und der konzeptuelle Mechanismus der Mikro-Explosion der Tröpfchen wurde abgeleitet. Ein neuer Doppeltropfengenerator und eine 3D-Messtechnik mit zwei zeitsynchronisierten Hochgeschwindigkeitskameras wurden entwickelt, um die Doppeltropfenverbrennung und Mikroexplosionen zu untersuchen. Die Regenbogen-Refraktometrie wurde zur Messung der Tröpfchentemperatur und der Änderungen der Zusammensetzung während der Verbrennung von Precusor-Lösungsmitteltröpfchen verwendet. Ein Mehrkomponenten-Diffusionsbegrenzungsmodell wurde entwickelt, um die internen Temperatur- und Konzentrationsprofile abzuleiten. Der experimentelle Aufbau der digitalen In-Line-Holographie wurde konstruiert und die numerische Rekonstruktion von nicht brennenden Tröpfchen wurden entwickelt. Vorläufige Holographie-Experimente zur Einzeltropfenverbrennung von Precusorlösungen wurden durchgeführt. Zum ersten Mal wurde die leuchtende Flammenposition über der Tröpfchenoberfläche (Flammenabstandsverhältnis) von einzelnen isoliert brennenden Tröpfchen mit Mikroexplosionen gemessen. Das primäre Ziel des Vorhabens ist die Untersuchung des Mechanismus und der Rolle von Mikro-Explosionen bei der effektiven Synthese von Nanopartikeln im Flammspray-Pyrolyseprozess unter Verwendung von Einzeltropfenexperimenten. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir unsere experimentellen Analysen erweitern und Chemilumineszenz-, Pyrometrie- und laserinduzierte Fluoreszenztechniken für Einzeltropfenexperimente entwickeln und integrieren. In enger Zusammenarbeit mit anderen Forschungsgruppen des SPP werden wir Validierungsdaten für Mehrkomponenten-Stofftransportmodelle für die Freisetzung von Precusoren aus Tröpfchen in die Gasphase entwickeln und bereitstellen, die die Zersetzung von Precusoren, die Blasennukleation, die Schalenbildung, die Mikroexplosionen von Tröpfchen und den Stofftransport in die Gasphase umfassen.

DFG-Verfahren Schwerpunktprogramme

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