Mehrdimensionale und korrelative Charakterisierung von Partikelsystemen - Zentralprojekt

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Urs Peuker; Professor Dr. David Rafaja
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 313858392

Die Quantifizierung von verfahrenstechnischen Trennprozessen ist an die Unterscheidbarkeit von Partikelmerkmalen geknüpft. Die dreidimensionale korrelative Charakterisierung stellt dabei den Schlüssel dar, um multidimensionale Merkmalsverteilungen (z.B. Größe, Morphologie) hinreichend genau beschreiben zu können.Das analytische Zentralprojekt generiert partikel-diskrete Datensätze in verschiedenen Messbereichen vom unteren Mikrometer- bis zum unteren Nanometerbereich, die Grundlage für die Quantifizierung mehrdimensionaler Partikeleigenschaften sind. Der Fokus liegt auf der Erarbeitung der Methoden zur Partikelprobenpräparation, der Weiterentwicklung der Methodik zur bildbasierten mehrdimensionalen Partikelanalyse und auf deren sinnvollen Verknüpfung mit ergänzenden niederdimensionalen Messverfahren. Hieraus abgeleitet erfolgt in Kooperation im SPP die Entwicklung von Partikel- und Mikrostrukturmodellen, die das Ergebnis eines Trennprozesses beschreiben und erklären können. Die Anforderungen der ersten Förderperiode aus den Teilprojekten aller Teilbereiche waren dabei in zwei Hauptgrößenklassen kategorisierbar: (1) Partikel, die möglichst als Primärpartikel am verfahrenstechnischen Trennprozess teilhaben und (2) Partikel, die dies als Teil einer größeren Struktur (Agglomerat) tun. In der 2. Förderperiode werden nun Methoden zur überlagerten stofflichen Charakterisierung die sich aus der materialabhängigen Röntgen- bzw. Elektronenstrahlschwächung in Micro-CT oder TEM ergeben, für die Partikelsysteme des SPP methodisch entwickelt. Der partikel-diskrete Datensatz aus Größe und Formeigenschaften wird dadurch um einen (oder mehrere) stoffliche Parameter erweitert und erhält somit mehr Dimensionen. Um über mehrere Größenskalen, bspw. 10 – 10.000 nm, ein Partikelsystem zu charakterisieren, werden Methoden verschiedener Auflösung kombiniert und deren Einzelmessungen zusammengeführt. Abschließend erfolgt auch eine Kombination der korrelativen Ansätze der stofflichen und Größenmessungen, sodass eine Analyse mit mehreren Methoden auf geometrische und materialabhängige Parameter möglich wird. Die geplanten Servicemessungen bringen die erarbeiteten Algorithmen und Methoden aus der ersten Förderperiode zur Anwendung. Sondermessungen bieten zusätzlich die Möglichkeit, diese zu erweitern und um neue zu ergänzen. Die enge Vernetzung des Zentralprojektes erlaubt die Analyse einer Vielzahl von Partikelproben und kann somit ein umfangreiches Bild der aktuellen verfahrenstechnischen Aufgabenstellungen geben. Die besondere Gelegenheit besteht hierbei in der ganzheitlichen Verknüpfung (Metadaten) der Analysedaten mit den experimentellen Parameter (des Trennprozesses), den Mess- bzw. Analyseparametern (z.B. Bildanalyse). Die hierbei erstellte Datenbank an realen und virtuell (aus den modellhaft beschriebenen Merkmalsverteilungen) vorliegenden Einzelpartikeln soll dabei auch nach Beenden des Schwerpunktprogrammes der wissenschaftlichen Community zur Verfügung stehen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2045: Hochspezifische mehrdimensionale Fraktionierung von technischen Feinstpartikelsystemen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Thomas Leißner