Optische In-situ-Diagnostik von Tröpfchen, Nanopartikeln und Aggregaten in der Sprayflammensynthese

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Will
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 375857474

Die Produkteigenschaften von Nanopartikeln aus der Sprayflammensynthese (SFS) hängen neben ihrer chemischen Zusammensetzung wesentlich von der Partikelmorphologie ab. Das Projekt untersucht mit fortgeschrittenen laseroptischen Methoden Partikelwachstum und -aggregation und korreliert die Partikeleigenschaften mit den Randbedingungen der Synthese (Prekursorart, -konzentration, Lösungsmittel, Volumenströme) und kann so einen wesentlichen Beitrag zum Prozessverständnis leisten. In der ersten Phase des Projektes wurde das Verfahren des Wide-Angle Light Scattering (WALS) so weiterentwickelt, dass hiermit auch Tröpfchengrößen in der Sprayflamme erfasst werden können. In dieser Projektphase sollen hierzu Auswerteroutinen weiter verbessert werden, um eine genauere und schnellere Bestimmung zu ermöglichen. Das WALS-Verfahren wird ebenfalls zur In-situ-Messung der Kenngrößen von Nanopartikeln und -aggregaten (Gyrationsradius, fraktale Dimension) in einem erweiterten Bereich der Flamme eingesetzt. Für ausgewählte Materialsysteme (speziell Eisenoxid) werden diese Untersuchungen ergänzt durch Einsatz der zeitaufgelösten Laser-Induced Incandescence (TiRe-LII) zur Messung der Primärteilchengröße, so dass mit den vorliegenden Verfahren zentrale für die Prozesskette wichtige Eigenschaften bestimmt werden können. Die kombinierten Messtechniken werden speziell auch zur Untersuchung verschiedener Fragestellungen eingesetzt, die nicht zuletzt durch Arbeiten der Gruppen im SPP verstärkt in den Fokus des Interesses gerückt sind. Diese betreffen zum einen die Ausbildung einer bevorzugten Route der Partikelbildung (direkt aus Tröpfchen bzw. aus der Gasphase) je nach Zusammensetzung des Lösungsmittels. Zum anderen wird die Auswirkung von beobachteten Pulsationen im Prozess auf die Partikeleigenschaften untersucht. Hierzu wird Flammeneigenleuchten zeitaufgelöst mit WALS-Messungen, die im Einzelschuss durchgeführt werden, kombiniert und korreliert.Neben dem Austausch mit dem Zentralprojekt bzgl. Materialsystemen, Prozessbedingungen und Daten erfolgt eine Zusammenarbeit mit mehreren experimentell arbeitenden Gruppen des SPP zur direkten Bereitstellung von gegenseitig komplementären Daten. Darüber hinaus wurden mit auf dem Gebiet der numerischen Simulation tätigen Gruppen Kooperationen vereinbart und hierzu erste beidseitig interessante und zugängliche Materialsysteme konkret festgelegt. Die Daten dieses Projektes dienen dabei zum einen zur direkten Validierung der Simulation, zum anderen liefern die numerischen Projekte weitergehende Informationen, z.B. zur Form einer Partikelgrößenverteilung, um so eine modellgestützte und damit verbesserte Auswertung der WALS-Daten zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1980: Nanopartikelsynthese in Sprayflammen SpraySyn: Messung, Simulation, Prozesse
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Franz Huber