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Quantifizierung der Mischungszone und Intensivierung des Mischungsprozesses von zwei Nanopartikel erzeugenden Flammen zum Design von Heterokontakten

Flammspraypyrolyse, eine senkrechte Flamme, deren Licht sich grün in der Umgebung widerspiegelt
Lasermesstechnik in Flamme für die Sprühpyrolyse

Projektleitung:

Prof. Dr.-Ing. Udo Fritsching
Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien IWT

Prof. Dr.-Ing.Lutz Mädler
Universität Bremen

Die gezielte Kombination von zwei Nanomaterialien mit einem funktionellen Heterokontakt ist für diverse Anwendungen in den Bereichen Katalyse, Batterien und Nanomedizin von entscheidender Bedeutung für die Produkteigenschaften. Über die Kombination von zwei Nanopartikel erzeugenden Flammen mittels Doppelflammen-Sprüh-Pyrolyse (DFSP) ist eine solche Kombination zur Bildung von funktionellen Heterokontakten in Aggregaten möglich. Die Produkteigenschaften können durch die Prozessparameter wie Interaktionsdistanz und Interaktionswinkel zwischen den beiden Flammen angepasst werden. Um Produkteigenschaften jedoch gezielt zu verbessern ist ein detailliertes Verständnis der relevanten Partikel- und Aggregatbildungsprozesse notwendig, welche sich in einem limitierten Bereich - der Mischungszone - abspielen.

Ziel dieses Projektes ist es diese Mischungszone experimentell und mittels CFD-Simulationen zu identifizieren und zu charakterisieren um anschließend den Einfluss der Prozessparameter Interaktionsdistanz und Interaktionswinkel auf die Mischungszone herauszuarbeiten. Um den Mischungsprozess über die bisherigen Möglichkeiten der DFSP hinaus zu intensivieren werden mit der Änderung des Zerstäuber-Gasdrucks an der Düse und einer Ultraschall-Intensivierung der Mischungszone zwei neue Ansätze zur Prozessintensivierung erforscht. Über eine Bewertung des Mischungszustandes der Partikel erwarten wir grundlegende Zusammenhänge zwischen Produkteigenschaften und den relevanten Größen des Mischungsprozesses in der Mischungszone sowie den Prozessparametern zu identifizieren. Dieses würde zu einem verbesserten Prozessverständis sowie der Möglichkeit einer gezielten Anpassung von Prozessparameter beitragen und insbesondere der steigenden Komplexität für Materialkombinationen aus drei Flammen gerecht werden.