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Projekt
Hetero-Agglomeration durch hochenergetische Mischprozesse (Mechano-Fusion) - Ein integrierter Ansatz zur Synthese maßgeschneiderter Hetero-Agglomerate durch die Kombination von Experimenten mit 2D- und 3D-Strukturaufklärung mittels Bildanalyse und stochastischer Modellierung.
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Urs Peuker; Professor Dr. Volker Schmidt
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462365306
Die besonderen Eigenschaften von Heteroaggregaten ergeben sich aus dem Mischungszustand und den Partikel-Partikel-Kontakten innerhalb des Aggregats. Die Anzahl der Kontakte sowie die mikroskopische Wechselwirkung am Kontakt spielen eine entscheidende Rolle für die makroskopischen Eigenschaften, z.B. für Transporteigenschaften wie elektrische, ionische oder thermische Leitfähigkeit. In der ersten Förderperiode (FP) untersuchten wir die Mischung und damit die geometrische Struktur der Aggregate, wobei der zwischen Mahlung und Hochintensitätsmischen angesiedelte Mechano-Fusionsprozess zur Erzeugung von Heteroaggregaten aus primären Nano-, Submikron- und Mikropartikelsystemen anwendet wurde. Hiermit werden vorwiegend Trägerprtikel mit einer Heteroaggregat-Beschichtung erzeugt. Anschließend werden die Heteroaggregate mit 2D- und 3D-Bildgebung charakterisiert, um den Mischungszustand der Primärpartikel innerhalb der einzelnen Aggregatstrukturen zu quantifizieren. Die Analyse nutzt Methoden der räumlichen stochastischen Modellierung, um virtuelle, also simulierte Aggregate zu erzeugen und auf diese Weise eine große Datenbasis zu generieren, die für die Anwendung maschineller Lernalgorithmen notwendig ist. Die Untersuchungen der zweiten FP konzentrieren sich auf die Heterokontakte selbst, die durch den hochenergetischen Mischprozess erzeugt werden. Die Hypothese ist, dass diese Prozesse einen hohen Freiheitsgrad bei der Gestaltung von Heteroaggregaten bieten, da nicht nur die geometrische Positionierung der verschiedenen Partikel berücksichtigt wird, sondern auch die Intensität des Kontakts. Durch die hohe spezifische Mischleistung kann die Kontaktfläche geometrisch verändert, z. B. plastisch verformt werden, um den Kontakt zwischen den Materialien zu vergrößern und zu intensivieren. Beim Kontakt können weitere Wechselwirkungen der Materialien entstehen, bspw. Kaltverschweißung und Interdiffusion. Zu ihrer Quantifizierung werden verschiedene Methoden der Rasterkraftmikroskopie eingesetzt, die Einblicke in die lokale Geometrie, Zusammensetzung und elektrischen Eigenschaften ermöglichen. Die Effekte an den Partikel-Partikel-Grenzflächen innerhalb des Heteroaggregats definieren neue Funktionalitäten und tragen mindestens im gleichen Maße zur finalen Eigenschaftsfunktion des Heteroaggregatsystems bei wie der geometrische Mischungszustand der Primärpartikel. Auf diese Weise werden quantitative Struktur-Eigenschaft-Beziehungen für 3D-Heteroaggregate abgeleitet. Um dieses Ziel zu erreichen, wird Super-Resolution von Bilddaten durchgeführt und es werden synthetische Heteroaggregate, sogenannte digitale Zwillinge, generiert, indem die in der ersten FP entwickelten räumlichen stochastischen Modellen angewendet werden. Die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen werden für die prädiktive Herstellung von maßgeschneiderten Heteroaggregat-Partikelsystemen mit optimierter geometrischer Struktur und voreingestellten funktionellen Eigenschaften genutzt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
