Gepulstes Lasersystem für die Herstellung und Prozessierung von Nanopartikeln

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503865051

Die Methoden der gepulsten Laserablation und der gepulsten Laserfragmentierung in Flüssigkeiten ermöglichen die Herstellung und Prozessierung von kolloidalen Nanopartikeln unter hochreinen Bedingungen. Aufgrund der hohen spezifischen Oberfläche von Nanopartikeln ist die Oberflächenreinheit von großer Bedeutung für die Unterscheidung der Oberflächenfunktionalität von den Effekten der Oberflächenadsorbate. Die hohe Oberflächenreinheit ist eine der großen Stärken der Nanopartikelherstellung mit gepulsten Lasersystemen, weshalb diese laserbasierten Verfahren in den letzten Jahren zunehmend in den Fokus der Forschung gerückt sind. Die gepulste Laserablation in Flüssigkeiten wurde bisher auf eine breite Palette von Materialien angewandt. Die Untersuchung der gepulsten Laserfragmentierung wurde jedoch hauptsächlich an metallischen Modellmaterialien wie Goldnanopartikeln unter resonanter Anregung der Oberflächenplasmonen (d. h. Laserpulse im sichtbaren Wellenlängenbereich) durchgeführt. Weitere Untersuchungen an Oxid-Nanopartikeln, die für die additive Fertigung oder die Tribologie eingesetzt werden, sind aufgrund der geringen Absorption von VIS/IR-Laserpulsen in bestehenden Hochleistungslasern hinsichtlich des Durchsatzes und der Partikelgröße stark eingeschränkt. UV-Laserpulse weisen dagegen einen viel größeren Absorptionsquerschnitt auf (insbesondere bei Halbleitern, Oxiden und den meisten Metallnanopartikeln). Folglich ist durch den Einsatz von UV-Lasern eine wesentlich effizientere und materialabhängige Erforschung des Laserabtrags und der Fragmentierung möglich. Mit den in unserer Gruppe vorhandenen IR-Lasern ist die Fragmentierung z.B. von Oxiden (z.B. Y2O3, ZrO2), hochschmelzenden Hartstoffen (z.B. ZrB2, TiB2, TiC) oder hochentropischen Legierungen (z.B. Cantor-Legierung) nur in unzureichenden Mengengerüsten möglich. Die deutliche Steigerung des Durchsatzes birgt aufgrund der Anwendungsperspektive und des Mengenbedarfs für die Funktionsprüfung (z. B. in der additiven Fertigung) erhebliches Forschungspotenzial. Die mit dem Laser produzierten und prozessierten Werkstoffe werden in mehreren Forschungsprojekten des Antragstellers, auch in koordinierten Programmen, eingesetzt. Die beantragte UV-Hochleistungslaseranlage nimmt damit eine Schlüsselposition ein, die eine Hebelwirkung auf das Forschungsspektrum am neu eingerichteten Lehrstuhl Werkstoffe für die Additive Fertigung ausübt. Gleichzeitig wird sie den Profilkern "Materials.Inspire.Systems" der Bergischen Universität Wuppertal stärken. Das Anforderungsprofil dieses Großgerätes wird auf der Basis von Materialien und notwendigen Durchsätzen definiert, die für Projekte der Grundlagen- und angewandten Forschung relevant sind. Diese erfordern hochreine kolloidale Nanopartikel zum Teil im 100 g-Maßstab. Dementsprechend wird eine ganze Reihe laufender Projekte am Lehrstuhl von dem neuen Gerät profitieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Uv Laser
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Bergische Universität Wuppertal
• Leiter: Professor Dr. Bilal Gökce