Formulierung von Hetero-Aggregaten in kontinuierlich betriebenen Fließbett-Gegenstrahlmühlen
Projektleitung :
Prof. Dr.-Ing. Andreas Bück
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Dr. rer. nat. Jochen Schmidt
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines skalierbaren und kontinuierlich betriebenen Formulierungsprozesses für Hetero-Aggregate in Fließbettgegenstrahlmühlen. Ausgehend von trockenen Nanopartikeln soll ein Alternativprozess zu Flammensprühpyrolyse- und Aerosolprozessen etabliert werden. Die Funktionalisierung der Hetero-Aggregate wird in der eingestellten Zusammensetzung und Verteilung von Hetero-Kontakten begründet sein, die über Mischung auf der Primärpartikelskala (~ 10 nm) erzeugt werden. Die Prozessmodellierung ist ein integraler Bestandteil des Projektes: Erstens, um die Prozessfunktion (im Rumpfschen Sinne) des Formulierungsprozesses zu etablieren. Zweitens, um Werkzeuge für modellbasierte Onlinemessung, Prozessoptimierung und -regelung zu entwickeln. Eine umfassende Charakterisierung der Eigenschaften der Hetero-Aggregate bildet die Verbindung zwischen Experiment und Simulation. Neben der Aufklärung der Materialfunktion des Formulierungsprozesses ermöglicht sie iterativ den Abgleich und die Verbesserung der Prozessmodelle und der experimentellen Versuchsplanung. Die Ziele der ersten Förderperiode sind:
- Etablierung und experimentelle Untersuchung eines kontinuierlichen Formulierungsprozesses für binäre Hetero-Aggregate
- Entwicklung eines multiskaligen Mehrphasenmodells für diesen Prozess
- Untersuchung der system-theoretischen Eigenschaften des Prozesses als Voraussetzung für die Prozessoptimierung und -regelung des Formulierungsprozesses
- Aufklärung optischer, elektronischer und photochemischer Eigenschaften von Heteroübergängen und Hetero-Aggregaten auf der Ebene des Partikelensembles
- Verknüpfung des Ensembleverhaltens der Aggregate mit Merkmalen einzelner Aggregate, wie deren Bandlückencharakteristik und Zusammensetzung (über SEM / EDX)
- Bestimmung der mechanischen Eigenschaften einzelner Hetero-Aggregate und Entwicklung des Zusammenhangs zwischen Eigenschaften, Struktur und Prozessbedingungen.
Projektübergreifende Zusammenarbeit im Schwerpunkt wird angestrebt, insbesondere in den Bereichen Eigenschaftscharakterisierung (zum Beispiel TEM, Elektronentomographie), Modellierung der Aggregatbildung auf Primärpartikelskalen (zum Beispiel diskrete Elemente-Methoden) und den Vergleich von Prozesstechnologien. Der Fokus der zweiten Förderphase ist auf den Übergang zu Mehrkomponenten-Aggregaten gerichtet. Diese sollen über eine kontinuierliche, mehrstufige Prozessführung generiert werden. Neue Messmethoden und -protokolle sollen entwickelt werden um den zusätzlichen Gestaltungsspielraum, der durch zusätzliche Hetero-Kontakte geschaffen wird, quantifizieren zu können. „First principles“-Modelle sollen für diese Prozessvarianten in Hinblick auf Prozessoptimierung und -regelung erweitert und um datengetriebene Teilmodelle ergänzt werden.