Phasen-spezifische optische In-situ-Detektion von Eisen-basierten Nanopartikel-Aerosolen

• Antragsteller: Professor Dr. Christof Schulz
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524965916

Eisenoxid kommt in verschiedenen Kristallphasen mit deutlich unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften vor. Die Gasphasensynthese von Nanopartikeln ist vielversprechend, um durch Variation des Temperaturverlaufs und der Konzentration der oxidierenden Spezies spezifische Materialphasen mit nutzbaren katalytischen oder magnetischen Eigenschaften zu erzeugen. Bislang gibt es jedoch keine Möglichkeit, die Phase (und damit die Zusammensetzung von FexOy) während der Produktion in situ zu bestimmen, und die Analyse des Produkts allein reicht nicht aus, da die Wege zum Endprodukt unklar bleiben. In diesem Projekt werden wir einen Ansatz entwickeln, der die unterschiedlichen optischen Eigenschaften verschiedener Eisenoxidphasen (Magnetit (Fe3O4): dunkelbraun, Hämatit (alpha-Fe2O3): rot, Maghemit (gamma-Fe2O3): rotbraun) sowie metallischer Eisennanopartikel (grau) nutzt, um quantitative In-situ-Messungen der jeweiligen Phasen während ihrer Bildung zu ermöglichen. Aus den phasenabhängigen optischen Eigenschaften ergibt sich eine spezifische spektrale Absorption und thermische Lichtemission in Nanopartikel-Aerosolen. Die spektralen Eigenschaften werden anhand von aerosolierten, ex situ charakterisierten Modellmaterialien analysiert. Die neue Methode wird dann auf Nanopartikel-Aerosole angewandt, die in einem Mikrowellenplasmareaktor unter Verwendung von Eisenpentacarbonyl je nach zugesetztem Sauerstoff von metallisch bis vollständig oxidiert hergestellt werden. Die Datenanalyse der Absorptions- und Emissionsmessungen in axialsymmetrischen Strömungen wird durch tomographische Rekonstruktion aus räumlich eindimensional aufgelösten Absorptions- und Emissions-Messungen unterstützt. Die Messungen werden durch laserbasierte Methoden (LIBS und Raman) unterstützt. Die daraus resultierende Methode zur In-situ-Detektion von Nanopartikelphasen wird das Prozessverständnis und -design unterstützen und den Schritt von empirischen Trial-and-Error-Ansätzen zur gezielten Synthese ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Imaging spectrometer with high spatial resolution
• Mitverantwortlich(e): Dr. Guannan Liu