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Herstellung funktionaler Heteroaggregate in der Gasphase

STEM Bild des hergestellten Nanopulvers. Die EDX Untersuchung der in rot gekennzeichneten Bereichen zeigt das Vorhandensein separater Silizium und Germanium Agglomerate.
STEM Bild des hergestellten Nanopulvers. Die EDX Untersuchung der in rot gekennzeichneten Bereichen zeigt das Vorhandensein separater Silizium und Germanium Agglomerate.

Projektleitung:

Prof. Hartmut Wiggers
Universität Duisburg-Essen

Die kombinierte Erzeugung zweier Partikelklassen und ihre anschließende Heteroaggregation in der Gasphase, die Analyse ihrer spezifischen physikalisch-chemischen Eigenschaften und Morphologie sowie die gezielte Einstellung von Partikel-Partikel-Wechselwirkungskräften sind die Hauptaspekte dieses Vorhabens. Partikel-Partikel-Wechselwirkungen im angestrebten Größenbereich von 10 nm bis 1 μm werden von van der Waals-Kräften dominiert und können sowohl durch elektrostatische Wechselwirkung als auch durch schwache chemische Bindungen, zum Beispiel Wasserstoffbrückenbindungen, unterstützt werden. Darüber hinaus können Kondensationsreaktionen bei Hydroxyl-terminierten Oberflächen, wie sie typischerweise bei oxidischen Partikeln beobachtet werden, eine wichtige Rolle spielen.

Neben der "reinen" Gasphasenmischung verschiedener Materialien, die zu Heteroaggregaten führt, ist daher auch die Untersuchung, das Verständnis und die Gestaltung der Zusammensetzung der Partikeloberfläche entscheidend für die gezielte Bildung von Heteroaggregaten. Dazu wird die Mischung von zwei Komponenten A und B in der Gasphase als auch das Aufwachsen von B auf A in der Gasphase untersucht. Die Herstellung der verschiedenen Stoffe erfolgt in zwei unterschiedlichen Reaktortypen: Sprayflammenreaktor und Mikrowellen-Plasmareaktor. Im Fokus des Interesses stehen im Wesentlichen anorganische Materialien wie TiO2, Graphen, Platin und Silizium und daraus gebildete Heteroaggregate, die im Bereich der Katalyse, Energiewandlung und Energiespeicherung Anwendung finden können.