NSF-DFG: Thermische Nichtgleichgewichtsprozessierung von Nanopartikeln: Laserstahlschmelzen und Laserstrahlfragmentieren in Flüssigkeiten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stephan Barcikowski
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521278458

Die Laserfragmentierung in Flüssigkeiten (LFL) und das Laserschmelzen in Flüssigkeiten (LML) sind thermische Nichtgleichgewichtsverfahren zur Synthese hochreiner Nanopartikel (NP) für Katalyse, Optik und Biomedizin. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind allerdings noch unzureichend verstanden. Die Ziele dieses NSF-DFG Gemeinschaftsprojektes sind daher (1) eine Vertiefung des Verständnisses der fundamentalen Mechanismen der laserinduzierten Modifikation von NP in Flüssigkeiten (2) diese Synthesemethode weiter voranzubringen, indem ergründet wird wie sich Größe, Form und Struktur dieser Partikel bei LFL und LML ändern. Pt, Au und PtAu-Legierungs-NP werden als Modellmaterialien ausgewählt und Elementarzusammensetzung sowie Defektdichte werden ausgelesen, um Ergebnisse aus Simulationsrechnungen und Experimenten gegenüberzustellen. Hierzu wird ein theoretisches Modell zur Simulation der Fragmentierungsdynamik entwickelt und dieses an einem kontinuierlichen Flachstrahlreaktor, der die genaue Kontrolle über die Anzahl der Pulse und die Fluenz ermöglicht, experimentell verifiziert. Weiterhin werden die optischen Eigenschaften der NP während der laserinduzierten Schmelz- und Fragmentierungsprozesse berechnet um diese anschließend zur weiteren zeitaufgelösten Untersuchung dieser Vorgänge mittels Pump-Probe-Experimenten einzusetzen. Darüber hinaus sollen Pump-Pump-Doppelpulsexperimente zum Einsatz kommen, um optimale Bestrahlungsbedingungen zum energieeffizienten Prozessieren der NP zu erarbeiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Partnerorganisation: National Science Foundation (NSF)
• Kooperationspartner: Professor Leonid V. Zhigilei