Kontinuierliche nichtwässrige Sol-Gel-Synthese von Metalloxid-Nanopartikeln in mikrofluidischen Systemen und ihre Überwachung mittels Impedanzmessung

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Dietzel; Professor Dr. Georg Garnweitner
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542142265

Die nichtwässrige Sol-Gel-Synthese bietet den Vorteil der Bildung hoch definierter, teilweise monodisperser Nanopartikel mit hoher Kristallinität, ist bislang jedoch überwiegend auf eine batchweise Durchführung limitiert. Während ihre (quasi-)kontinuierliche Durchführung in mikrofluidischen Systemen wesentlich verbesserte Durchmischung erlauben würde und grundsätzlich bessere Kontrolle und Steuerung verspricht, existieren hierzu bislang nur einzelne Berichte. Das primäre Ziel dieses Vorhabens ist daher die Gewinnung eines umfassenden Prozessverständnisses der nichtwässrigen Synthese von Metalloxid-Nanopartikeln über quasi-kontinuierliche mikrofluidische Verfahren. Dies umfasst zunächst die Etablierung der Synthese zweier unterschiedlicher Metalloxide als Modellsysteme unter Evaluierung verschiedener Reaktionsführungen (tröpfchenbasiertes System oder Pfropfenströmung/Plug-Flow). Anschließend werden Prozess-Eigenschafts-Funktionen mittels Parametervariationen der Synthese erarbeitet, wobei möglichst monodisperse Primärnanopartikel erhalten werden sollen bzw. eine gezielte Kontrolle der Aggregatstruktur angestrebt wird. Parallel hierzu wird die Impedanzspektroskopie als ein in situ-Messverfahren etabliert, um den Reaktionsfortschritt nachzuverfolgen, wobei neben der Nachverfolgung der Fluidphasen die Möglichkeit der gleichzeitigen Erfassung der Reaktandenkonzentration und idealerweise der Nachverfolgung des Partikelwachstums evaluiert werden soll. Dies soll eine systematische orts- und damit zeitaufgelöste Nachverfolgung der Bildung und des Wachstums der Nanopartikel ermöglichen. Die gewonnenen Reaktions- und Wachstumskinetiken werden schließlich für eine Modellierung der Partikelsynthese mittels Populationsbilanzen genutzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen