Plasmadiagnostik neuartiger Gasaggregations-Clusterquellen mit zylindrischen Magnetrons zur Synthese von Nanopartikeln

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Kersten
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549386415

Die experimentelle Untersuchung von Prozessen im Niedertemperaturplasma einer neuartigen Gasaggregationsclusterquelle (GAS) steht im Mittelpunkt des beantragten Vorhabens. Die grundlegenden physikalischen Eigenschaften (interne Plasmaparameter, Laserstreuung an den Nanopartikeln) werden von der Kieler Gruppe (CAU) untersucht, um Nukleation, Wachstum, Ladung und Transport von Nanopartikeln in einer GAS besser zu verstehen. Darüber hinaus wird die Prager Gruppe (CU) die Gasströmungsdynamik beobachten. Die CU wird hauptsächlich neuartige Gasaggregationsclusterquellen entwerfen und bauen, die auf einem (zylindrischen) Postmagnetron mit einem rotierenden Magneten oder einem rotierenden Target basieren. Diese Clusterquellen werden ausführlich für die Synthese von Nanopartikeln (NPs) untersucht: Metalle Cu, Zr usw. sowie Oxide und Nitride. Das Sputtern in Ar, das für Metalle verwendet wird, wird durch Zugabe von reaktiven Gasen (z. B. O2, N2 usw.) ergänzt, um Metalloxid- (ZrO2) oder Nitrid- (ZrN) NPs herzustellen. Das Postmagnetron wird koaxial ausgerichtet sein, jedoch wird auch beim Einzelmagnetron eine senkrechte Position zur GAS-Achse untersucht. Abschließend werden senkrecht zu den GAS-Achsen ausgerichtete Twin-Post-Magnetrons mit statischen Magnetfeldern und rotierenden Targets getestet. Die Magnetronleistung und -pulsung, der Gasfluss und -druck werden variiert, um die Plasmaparameter wie Plasmadichte, Elektronen- und Ionenenergieverteilungsfunktionen, Plasma- und Floatingpotentiale sowie Energieflüsse zu steuern. Die von der Kieler Gruppe (CAU) entwickelten kalorimetrischen Diagnostiken sollen helfen, den Einfluss auf die Mechanismen der NP-Bildung und ihre resultierenden Eigenschaften aufzudecken. Die Anwendung von ZrO2- und ZrN-NPs, die mit entsprechenden Raten abgeschieden werden, sind für die Katalyse und Energiegewinnung (Wasserspaltung) von großer Bedeutung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Andrey Shukurov