Synthese von High-Entropy-Legierungsnanopartikeln durch Laserablation in Flüssigkeiten: Skalierbarkeit und Kontrolle der Monodispersität durch Strahlformung

• Antragsteller: Professor Dr. Bilal Gökce
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496156402

Die gepulste Laserablation in Flüssigkeiten (PLAL) hat sich in den letzten Jahren als einfache und effiziente Methode für die Synthese von binären Legierungs-NPs mit einer homogenen Elementverteilung etabliert. Doch selbst für binäre Legierungen sind die Mechanismen der NP-Bildung unter PLAL immer noch wenig verstanden, und die Erzeugung monodisperser NPs, die für viele Anwendungen wünschenswert ist, stellt ein eher ungelöstes Problem dar. Für Hochentropienanopartikel, deren Bildungsmechanismen komplizierter und praktisch unerforscht sind, stellt u.a. die Kontrolle der NP-Größe sowie eine hohe NP-Produktivität eine echte Herausforderung dar. Eine der effizientesten und flexibelsten Möglichkeiten, den Laserablationsprozess zu steuern und abzustimmen, ist die räumliche und zeitliche Formung der verwendeten Laserpulse. Die Verwendung von Doppelpulsbestrahlung mit zwei zeitlich getrennten ultrakurzen Pulsen erwies sich bisher als vorteilhaft für die Materialbearbeitung, die schnelle Ionenerzeugung, das Design von nanoskaligen Strukturen und die Erzeugung von Nanopartikeln. Außerdem wurde mit verschiedenen nicht-Gaußischen Laserstrahlen demonstriert, dass die räumliche Pulsformung die Qualität der Laserbearbeitung verbessert und eine effiziente Kontrolle über die Größenverteilung von lasergenerierten Nanopartikeln ermöglicht. Im Wesentlichen stellt eine eingehende Untersuchung dieser Techniken in PLAL einen interessanten Ansatz dar, um eine verbesserte Kontrolle der Zusammensetzung und Größenverteilung von Nanopartikeln zu erreichen. In diesem Projekt schlagen wir eine umfassende Studie über die Erzeugung von Hochentropienanopartikeln durch Laserablation in Flüssigkeiten vor. Das Hauptaugenmerk wird dabei auf die Auswirkungen der Laserpulsformung auf die Partikelgröße und die Ausbeute der erzeugten kolloidalen Nanopartikel gelegt. Es werden Bestrahlungsregime mit flat-top und ringförmigen Pulsen sowie mit zwei Pulsen mit einer variablen Verzögerung zwischen ihnen untersucht. Die Mechanismen der Nanopartikelbildung bei der Pikosekunden-Laserablation von Mehrkomponentenmaterialien in Flüssigkeiten sollen aufgedeckt werden und es wird erwartet, dass eine effiziente Kontrolle über die Größe und Ausbeute der Nanopartikel gefunden wird. Die Möglichkeiten der Hochskalierung der gefundenen Regime zur Erhöhung der Syntheseeffizienz und zur Herstellung von Hochentropienanopartikeln in Gramm pro Stunde werden untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alexander Bulgakov