Neuartiges Messprinzip zur multidimensionalen Charakterisierung von Nanopartikeln

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans-Joachim Schmid
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444815529

In klassischen Partikelmessverfahren wird meist die Verteilung einer charakteristischen, physikalischen Eigenschaft bestimmt. Für nichtsphärische Partikeln ist dies jedoch oft nicht ausreichend, um deren komplexe Eigenschaften im erforderlichen Umfang zu charakterisieren. Im SPP 2045, in welchem eine mehrdimensionale Trennung nach unterschiedlichen Merkmalen angestrebt wird, ist es zwingend erforderlich, die dispersen Eigenschaften der klassierten Partikelsysteme möglichst umfassend, mehrdimensional zu charakterisieren, um den Trennerfolg quantifizieren zu können. Dieses Forschungsvorhaben hat zum Ziel, ein neuartiges Messprinzip zur direkten 2D-Charakterisierung von submikronen Partikelsystemen zu entwickeln, welches es erlaubt, mit Hilfe eines kompakten Geräts die vollständige, zweidimensionale Häufigkeitsverteilung der Masse sowie des mobilitätsäquivalenten Durchmessers zu bestimmen. Aus dieser mehrdimensionalen Verteilung lassen sich Informationen z. B. über Verteilungen von Form- und Struktureigenschaften der Partikeln ableiten. Das Messverfahren beruht auf einem bereits bekannten Verfahren zur analytischen Trennung von Partikeln in einem rotierenden Zylinderspalt, welches jetzt durch ein überlagertes elektrisches Feld erweitert wird. Durch den Aufbau einer Laboranordnung soll das Transferverhalten des Gerätes experimentell bestimmt werden. Eine detaillierte Simulation aller relevanter Effekte der Klassierung soll eine möglichst genaue Vorausberechnung dieses Transferverhaltens erlauben. Dieses Modell ist erforderlich, um aus der direkt bestimmten 2D-Verteilung bezüglich Drehzahl und Spannung die gesuchte Verteilung bezüglich Masse und Mobilitätsdurchmesser zu erhalten. Da dies jedoch ein mathematisch schlecht gestelltes Problem darstellt, ist hierfür ein geeigneter Inversionsalgorithmus erforderlich. Daher adressiert dieses Forschungsvorhaben auch die Anwendung neuartiger Dateninversionsstrategien, um die gesuchten zweidimensionalen Verteilungen rekonstruieren zu können. Das Verfahren soll sukzessive anhand von Modellpartikeln und komplexen Partikelsystemen mit definierten Eigenschaften getestet werden. Anschließend soll das Verfahren in verschiedenen Projekten des SPP 2045 eingesetzt werden, um seine Fähigkeit zur Beurteilung des jeweiligen Trennerfolgs unter Beweis zu stellen und damit einen wichtigen Beitrag zu den Projekten zu leisten. Es ist zu erwarten, dass dieses Forschungsvorhaben auch über den SPP hinaus dazu beitragen wird, die Charakterisierung komplexer Partikelsysteme deutlich zu verbessern und einen wichtigen Beitrag zum besseren, grundlegenden Verständnis der dispersen Eigenschaften von komplexen partikulären Systeme zu leisten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2045: Hochspezifische mehrdimensionale Fraktionierung von technischen Feinstpartikelsystemen
• Großgeräte: Scanning Mobility Particle Sizer
• Gerätegruppe: 1950 Partikelzählgeräte und -klassiergeräte (optisch, elektronisch, außer 35