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Die Sprayflammensynthese bietet einen vielversprechenden Ansatz zur Herstellung funktionaler Nanomaterialien. Bereits heute ist durch vielfältige Arbeiten im Labormaßstab das Potenzial des Verfahrens zur Herstellung technologisch hochrelevanter Materialien nachgewiesen. Im Vergleich zu existierenden großtechnischen Gasphasenprozessen bietet die Sprayflammensynthese den Zugang zu einer Fülle an Materialien, die sich nicht mit anderen Prozessen herstellen lassen. Die tatsächliche industrielle Nutzung scheitert bisher aber häufig an der Notwendigkeit des Einsatzes teurer Ausgangsstoffe und einem unzureichenden Prozessverständnis. Diese Situation soll im Rahmen des Schwerpunktprogramms durch einen interdisziplinären Ansatz überwunden werden, der die Grundlagen für die praktische Nutzung und (weitere) industrielle Verbreitung der Sprayflammensynthese schafft. Die Chancen hierfür sind hervorragend, da sich bisher isoliert in verschiedenen Fachdisziplinen in den letzten Jahren ein experimentelles, theoretisches und simulationstechnisches Instrumentarium entwickelt hat, mit dem eng verwandte Teilprozesse erfolgreich untersucht und beschrieben werden können.
Ziel des Schwerpunktprogramms ist, diese in sich bereits komplexen Ansätze für die Untersuchung und theoretische Beschreibung von Sprayflammensyntheseprozessen zu ertüchtigen und in einem interdisziplinären Netzwerk zusammenzuführen. Somit lassen sich Teilprozesse analysieren und die Kenntnisse in einem Gesamtmodell integrieren, sodass erstmals die Chance zu einem fundamentalen Prozessdesign eröffnet wird. Dadurch sollen teure Ausgangsmaterialien substituiert und in den Industriemaßstab skalierbare Verfahren entwickelt werden, die die gezielte Herstellung von Materialien mit einem weiten Eigenschaftsspektrum ermöglichen.
Dieser Ansatz fußt auf der Entwicklung und Anwendung von spezifischen In-situ-Analytikverfahren, der Erstellung von chemischen Mechanismen durch grundlegende kinetische Experimente und theoretische Berechnungen und einer umfassenden, an das Problem angepassten Simulation der Prozesskette Prekursorlösung Spray/Tropfen Flamme Partikel. Eine Schlüsselstellung nimmt die Nutzung eines in der ersten Projektperiode entwickelten Standardexperiments (SpraySyn-Brenner) ein, das international als Referenzexperiment mit umfangreichem Validierungsdatensatz etabliert wird und langfristig als Ankerpunkt der Erforschung und Entwicklung der Partikelsynthese in Sprayflammen dienen wird.

Das Schwerpunktprogramm beschränkt sich auf die Herstellung oxidischer Nanopartikel; in Einzelfällen können auch metallische Systeme von Interesse sein, keinesfalls jedoch Ruß oder kohlenstoffbasierte Nanopartikel. Die Betrachtung nachgeschalteter Vorgänge zur Morphologievariation des primär gebildeten Produkts sowie die Untersuchung von isolierten Einzelaspekten sind nicht Teil dieses Schwerpunktprogramms.
Das Schwerpunktprogramm gliedert sich in die Themenblöcke:
- Theorie und Simulation (Molekulare Interaktion, chemische Reaktion, Partikelinteraktion, Wechselwirkungen mit der (turbulenten) Strömung)
- In-situ-Messtechnik (Spray, Tropfen, Partikel, Gasphasen-Konzentrationen und -Temperaturen, Geschwindigkeiten)
- Prozesse (Spray, Brenner, Gasführung)
Die enge thematische Verknüpfung dieser Blöcke hat eine zentrale Bedeutung im Schwerpunktprogramm. Teilprojekte innerhalb des Programms sollen mindestens zwei der vorgenannten Themenblöcke abdecken und sollen alle drei Phasen (fest: Partikel, flüssig: Lösung, gasförmig: Flamme) des Sprayflammensyntheseprozesses berücksichtigen. Dies kann beispielsweise die Kombination von Experiment und Simulation in der Modellflamme, die experimentelle Untersuchung von Einzelprozessen und deren Beschreibung in Submodellen oder die simulationsgestützte Entwicklung und Untersuchung von Gesamtsystemen sein.

Inhaltliche Fragen beantwortet Ihnen der Koordinator des Schwerpunktprogramms:
Prof. Dr. Christof Schulz,
Universität Duisburg-Essen,
Institut für Verbrennung und Gasdynamik (IVG),
Lehrstuhl für Reaktive Fluide,
Carl-Benz-Str. 199, 47057 Duisburg,
Tel. +49 203 379-8163, Link auf E-Mailchristof.schulz@uni-due.de
Weitere Informationen:
https://www.dfg.de/foerderung/info_wissenschaft/info_wissenschaft_19_59/index.html