20. April 2019 
 
9. April 2019

Powtech 2019: Gezielte Steuerung von Nanopartikeln

Charakterisierung von Nanopartikeln im Fokus: Welche neuen Möglichkeiten berührungslose optische Messtechniken hierbei heute bieten, diskutiert der Wissenschaftler Simon Aßmann auf dem neuen Networking Campus der Powtech. „Mit Hilfe dieser Messtechniken kann die Produktion von Nanopartikeln überwacht und gezielt gesteuert werden“, erläutert er im Gespräch mit DIE MESSE.

Foto: FAU / Franz HuberFoto: FAU / Franz Huber
Ellipsoider Spiegel zur Messung elastisch gestreuten Lichts an Partikeln und Tropfen zur Aerosolcharakterisierung
Herr Aßmann, in industriellen Anwendungen werden Nanopartikel immer wichtiger. Welche Gründe gibt es dafür?
Viele Nanomaterialien besitzen im Vergleich zum Vollmaterial des gleichen Stoffes veränderte thermische, mechanische, elektrische und auch optische Eigenschaften. Mit neuen technischen Möglichkeiten können Materialien auf diesen Größenskalen gezielt entwickelt und modifiziert werden. Dies erlaubt die Herstellung von Nanomaterialien mit sehr genau definierten Eigenschaften, die bereits in vielen Bereichen Anwendung finden. Nanoskalige Metalloxidpartikel wie Titandioxid und Zinkoxid werden als wirksame UV-Filter in Sonnencremes eingesetzt, Industrieruße, sogenannte Carbon Blacks, dienen seit langem als Schwarzpigmente in Farben und Lacken und als Füllstoffe in der Kautschukindustrie. Darüber hinaus profitiert die chemische Industrie von einem reduzierten Materialaufwand bei Einsatz von Nano-Katalysatoren. Nicht zuletzt können durch den Einsatz von Nanopartikeln auch Werkstoffe und Produkte mit neuen Eigenschaften entwickelt werden.

Welchen Einfluss haben Größe und Struktur der Nanopartikel auf die spätere Produktqualität?
Der Einfluss morphologischer Eigenschaften auf die Produktqualität lässt sich sehr gut am Beispiel von Industrieruß zeigen. Dieser besteht aus verzweigten, kettenförmigen Strukturen, sogenannten Aggregaten, die aus sehr kleinen, meist kugelförmigen Primärpartikeln mit Durchmessern im Bereich zwischen 3 und 100 Nanometern aufgebaut sind. Die Rußaggregate erreichen typischerweise Größen von mehreren Hundert Nanometern und können sehr offene Strukturen aufweisen. Carbon Blacks mit geringen Primärpartikel- und Aggregatgrößen weisen eine sehr hohe Schwarzfärbung aus, lassen sich aber aufgrund der hohen Anziehungskräfte in diesem Größenbereich schlechter für den Einsatz in Farben und Lacken dispergieren. Als Beimischung in Kautschukprodukten beeinflusst die Größe und Struktur der Rußaggregate stark die Elastizität und Abriebeigenschaften des Materials, beispielsweise beim Einsatz in der Reifenindustrie.

Mit berührungslosen optischen Messtechniken lassen sich solche Partikelsysteme vermessen. Wie funktionieren diese Verfahren?
Mit den von uns hauptsächlich entwickelten und eingesetzten Methoden lassen sich unterschiedliche Größen- und Formparameter von Partikelaggregaten vermessen. Die Laserinduzierte Inkandeszenz eignet sich zur Bestimmung der Primärpartikelgröße von Nanopartikeln. Dabei werden die Partikel mit Hilfe eines kurzen Laserpulses sehr schnell aufgeheizt. Die starke Temperaturerhöhung führt zur Emission thermischer Strahlung (Glühen oder auch Inkandeszenz). Verschiedene Wärmeübertragungsmechanismen, vor allem Sublimation und Wärmeleitung, führen zu einer raschen Abkühlung der Partikel und zu einem zeitlichen Abfall des Glühsignals innerhalb weniger Milliardstel Sekunden. Die Abfallzeit ist dabei abhängig von der spezifischen Oberfläche und damit der Größe der Primärpartikel. Entscheidend für die Anwendbarkeit dieses Messprinzips sind dabei maßgeblich die Absorptions- und Emissionseigenschaften des Partikelmaterials. Zur Charakterisierung von Größe und Struktur von Nanoaggregaten eignet sich hingegen die elastische Lichtstreuung. Meist wird hierbei an Partikeln gestreutes Laserlicht unter verschiedenen Winkeln detektiert, welches stark größen- und formabhängig ist. Bildgebende Verfahren ermöglichen beispielsweise die Untersuchung der Partikelbildung in der Flammensynthese mit hoher räumlicher Auflösung. Dabei wird das Streulicht mit einem schwenkbaren Kamerasystem aus unterschiedlichen Winkeln aufgenommen. Für Messungen an Industrieaerosolen wird an den Aerosolpartikeln gestreutes Laserlicht mit einem speziellen Spiegel und einer Kamera erfasst. Mit Hilfe dieses Spiegels können wir dabei Daten in bisher unerreichter Auflösung aufnehmen, wodurch neben der Größe und Struktur der Partikel auch deren Größenverteilung für uns zugänglich wird. Da hierfür jeweils ein einzelnes Kamerabild ausreicht, können so auch dynamische Prozesse untersucht werden.

Welche neuen Möglichkeiten eröffnen sich mit diesen Messtechniken für den Anwender?
Mit Hilfe dieser Messtechniken kann die Produktion von Nanopartikeln überwacht und gezielt gesteuert werden, da eine Datenerfassung und -auswertung in Echtzeit realisierbar ist. Damit ist eine schnelle Anpassung der Prozessparameter im laufenden Prozess möglich und führt zu optimierter Produktqualität und geringerer Fehlproduktion. Einsparpotenzial liegt auch in einem reduzierten Einsatz von zeit- und damit kostenintensiven Messverfahren wie der Elektronenmikroskopie, da viele relevante morphologische Parameter mit den optischen Messmethoden zugänglich sind. So können neue Nanomaterialien in Forschung und Industrie schnell und kostengünstig hergestellt werden und die Entwicklung neuer Produkte forcieren.

Die Charakterisierung von Pulvern im Nanobereich erörtern Sie auf der Powtech am 10. April auf dem Networking Campus in Halle 5. Welche weiteren Aspekte werden Sie in Ihrem Vortrag ansprechen?
Der Fokus des Vortrags liegt auf den Anwendungsmöglichkeiten der Laserinduzierten Inkandeszenz und der elastischen Lichtstreuung zur morphologischen Charakterisierung von Nanopartikeln. Im Rahmen der Sonderschau des Networking Campus auf der Powtech stellen wir hierzu auch ein Demonstrationsgerät zur Online-Partikelcharakterisierung vor. Darüber hinaus möchte ich auch die Anwendungsmöglichkeiten optischer Messtechniken für die Spraydiagnostik und Verbrennungsforschung ansprechen, die neben der Partikelmesstechnik weitere Kernkompetenzen unseres Lehrstuhls darstellen.

https://www.fau.de/

 


Weitere Nachrichten zu "Powtech":


5. April 2019

Powtech 2019: Pulver- und Schüttgut in Bewegung

Auf der Powtech 2019, die vom 9. bis 11. April im Messezentrum Nürnberg stattfindet, wird den Besuchern einiges zum Thema mechanische Verfahrenstechnik geboten. In sechs Messehallen, bei Vorträgen, Live-Vorführungen, Guided Tours und einer Sonderschau erhalten die Besucher ein Gesamtpaket an nützlichem Praxiswissen. (mehr …)


21. März 2019

Powtech 2019 mit Partec-Kongress: „Particles for a better Life“

Parallel zur Powtech (9. bis 11. April 2019 in Nürnberg) tagt der Kongress für Partikel-Technologie, Partec, unter dem Motto „Particles for a better Life“. Alle drei Jahre bringt Partec als einer der weltweit führenden Kongresse für Partikeltechnologie die Fach-Community in Nürnberg zusammen. (mehr …)


28. Februar 2019

Powtech 2019 setzt Fokus auf pneumatische Förderung

In der Food- und Feed-Produktion ist die pneumatische Förderung von Pulvern und Schüttgütern von zentraler Bedeutung – sowohl für die Qualität der Produkte wie auch für die Gesamtwirtschaftlichkeit der Prozesse. Hersteller von Gebläsen und Vakuumsystemen haben sich darauf eingestellt und geben auf der Powtech Einblicke in aktuelle Entwicklungen. (mehr …)


20. November 2018

Neues Ideenlabor „Networking Campus“ auf Powtech 2019

Als "junges Ideenlabor für die Technologien und Märkte von morgen" geht zur Powtech 2019 erstmals der neue Networking Campus an den Start. Der Campus soll kommunikativer Treffpunkt und Diskussionsplattform für junge Forscher, Start-ups und Entwickler werden, teilt die NürnbergMesse mit. (mehr …)


21. August 2018

POWTECH 2019 mit zusätzlicher Halle

Zur POWTECH 2019 steht neben den bewährten Hallen 1, 2, 3, 4 und 4A zusätzlich die Halle 5 als Ausstellungsfläche zur Verfügung, teilt der Veranstalter NürnbergMesse mit. Die Fachmesse für Pulver- und Schüttgut-Experten findet vom 9. bis 11. April 2019 in der Frankenmetropole statt. (mehr …)



21. September 2017

POWTECH: Sieben und Zerkleinern im Fokus

Speziell an Produzenten von Pharma- und pharmaverwandten Produkten richtet sich das Forum Pharma.Manufacturing.Excellence, das auf der POWTECH in Halle 3A stattfindet. Welche Themen die Veranstaltung in diesem Jahr dominieren, erläutert APV-Geschäftsstellenleiter Dr. Martin Bornhöft im Gespräch mit DIE MESSE. (mehr …)


14. Juni 2017

POWTECH 2017: Chemie-Anlage der Zukunft im Fokus

Neue Denkanstöße zur Chemie-Anlage der Zukunft liefert die POWTECH 2017 vom 26. bis 28. September in Nürnberg. Rund 900 Aussteller präsentieren ihre neuesten Entwicklungen zu mechanischen Verfahren und prozessbegleitenden Technologien wie der Messung, Analyse, Steuerung und Automatisierung. (mehr …)

 

MESSENAVIGATOR
20.04.2019 bis 23.04.2019 in Hong Kong
HKTDC Hong Kong Houseware Fair
Asia's largest houseware fair
Anzeige
21.04.2019 bis 28.04.2019 in Shanghai
Auto Shanghai
Trade fair for international automotive manufacturers and suppliers
23.04.2019 bis 26.04.2019 in Moskau
Tires & Rubber
International Specialised Exhibition of Tires, Technical Rubber Products and Resins
23.04.2019 bis 25.04.2019 in Bahrain
Gulf Construction Expo
Showcase for building materials, services and contractors involved in the building and construction sector
25.04.2019 bis 28.04.2019 in Stuttgart
Slow Food
Markt des guten Geschmacks
25.04.2019 bis 28.04.2019 in Bremen
jazzahead!
Fachmesse & Showcase-Festival
ALLE TERMINE

E-PAPER POWTECH

SAVE THE DATE
Nächster Termin der Messe Powtech: 29.09.2020 bis 01.10.2020

NEWSLETTER
Bleiben Sie auf dem neuesten Stand: Nutzen Sie unseren exklusiven Newsletter und erfahren Sie alles aus der Welt der internationalen Messewirtschaft - kostenlos, einmal monatlich.
Ihre E-Mail-Adresse:
 
© 2018 by Connex AG