Wärmetransport in kolloidalen Legierungen

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Retsch
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317822884

Wärmetransport durch dichte Partikelpackungen ist von großem technologischen Interesse zur Entwicklung robuster Dämmstoffe. Ziel dieses Projekts ist die grundlegende Untersuchung von Wärmeleitfähigkeit in dichten Partikelanordnungen, welche aus zwei sehr unterschiedlichen Partikelsorten aufgebaut sind; solche Mischkristalle können als kolloidale Legierung bezeichnet werden. Bestehende granuläre Systeme fußen auf polydispersen Mikropartikeln, deren Partikelpackung in den meisten Fällen vollkommen ungeordnet ist. Dies erschwert die analytische Beschreibung und damit Vorhersagbarkeit solcher Partikelschüttungen, wozu meist effektive Mischungsmodelle zum Einsatz kommen. Im Gegensatz hierzu erschließen kolloidale Überstrukturen einen wenig erforschten Größenbereich von wenigen hundert Nanometer bis zu Mikrometern. Derartige Kolloidstrukturen können aus monodispersen, sphärischen Partikeln aufgebaut werden, wobei die Kontrolle über Packungsdichte und Symmetrie der Überstruktur erhalten bleibt. Sie erlaubt zusätzlich den gleichzeitigen Einbau von Partikeln, welche sich stark bezüglich ihrer thermischen Leitfähigkeit unterscheiden, wie z.B. amorphe Polymere oder Silikaglas und elektrisch leitfähige Metalle. Wir werden daher Polymer- und Silikapartikel mit Metallkapseln zu definierten kolloidalen Überstrukturen aufbauen, um den Wärmetransport durch binäre Mischungen sowohl bezüglich ihrer Zusammensetzung, als auch ihrer Struktur zu verstehen. Um dieses Ziel zu erreichen werden Polymer-, Silika- und Metall-Partikel von abgestimmter Größe, Funktionalisierung und Dichte hergestellt und zu kolloidalen Kristallen und Gläsern in definierten Mischungsverhältnissen überführt. Besonderes Augenmerk werden wir dabei auf die Ausbildung von Perkolationspfaden legen. Durch diese Systematik können Struktur-Eigenschaftsbeziehungen erstellt werden, welche grundlegende Fragen von Wärmetransport in nanostrukturierten Partikelensembles beantworten werden. Diese Ergebnisse können dann auf bestehende mikrogranuläre Systeme übertragen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Dynamische Differenzkalorimetrie
• Gerätegruppe: 8660 Thermoanalysegeräte (DTA, DTG), Dilatometer