Kontinuierliche Hydrothermalsynthese von magnetischen Ferritnanopartikeln: Reaktions-monitoring und Anwendung in der Additiven Fertigung von Funktionsmaterialien

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Silke Behrens; Professor Dr.-Ing. Thomas Hanemann
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556757005

Ferrite sind aufgrund der geringen Kosten, der interessanten magnetischen Eigenschaften und der großen Luftstabilität von großem Interesse für eine Reihe von biomedizinischen und technischen Anwendungen. Im Rahmen des Projekts soll die kontinuierliche hydrothermale Synthese von hochkristallinen, magnetischen Ferritnanopartikeln vom Typ MFe2O4 mit Spinell-Struktur bzw. MFe12O19 mit Magnetoplumbitstruktur sowie deren Integration in 3D-gedruckte, magnetische Polymer-Komposit-Demonstratorbauteile adressiert werden. Die kontinuierliche hydrothermale Synthese soll in nahe- bzw. überkritischem Wasser als nachhaltigem und umweltfreundlichen Reaktionsmedium erfolgen und die Größe, Morphologie und Oberflächeneigenschaften neben den Prozessparametern durch Zugabe organischer Liganden für die Einbettung in die Kompositmaterialien maßgeschneidert werden. Überkritisches Wasser (374 °C, 22,1 MPa) zeichnet sich durch flüssigkeitsähnliche Dichten und Stoffübertragungseigenschaften, die zwischen denen von Gasen und Flüssigkeiten liegen, und daher durch viele interessante Eigenschaften in Bezug auf die Nanopartikelsynthese. Um die Partikeleigenschaften gezielt einzustellen, soll der Einfluss der Reaktionsparameter (Druck, Temperatur, Massenströme, Vorläuferverbindungen) auf die Produkteigenschaften systematisch untersucht und der Reaktionsverlauf mit elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) online verfolgt werden. Um die Prozessintegration der EIS und damit das Online-Monitoring unter nahe- bzw. überkritischen Bedingungen zu ermöglichen, soll speziell ein Mikroreaktor aus Borosilikatglas durch additive Fertigung entwickelt werden. Anschließend sollen Magnetpartikel mit optimierten magnetischen bzw. Oberflächeneigenschaften ausgewählt, in ausreichenden Mengen hergestellt und in 3D-gedruckte Polymer-Komposit-Demonstratorbauteile integriert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen