Untersuchungen zur Bildung und messtechnischen Charakterisierung mittels LAVA-Verfahren hergestellter keramischer Nanopartikel

Inhaltsangabe:Einleitung:
Die vorliegende Diplomarbeit behandelt die Entstehung und das Wachstum von nanoskaligen Partikeln aus der Gasphase eines mittels intensiver Laserstrahlung verdampften Ausgangsmaterials. Der als Gasphasen-Kondensation bezeichnete Prozess wird durch das Verfahren der Laservaporisierung (LAVA-Verfahren) realisiert. Die Zielstellung dieser Arbeit beinhaltet sowohl eine ausführliche theoretische Untersuchung zum Mechanismus der Partikelbildung, als auch eine Untersuchung der messtechnischen Bestimmung von Verteilungsfunktionen der Partikel. Es werden theoretische Betrachtungen angestellt, die diese Verteilungsfunktionen nicht nur qualitativ, sondern auch quantitativ beschreiben sollen.
Nanopartikel bezeichnen einen Verbund von wenigen bis vielen tausend Molekeln (Atome oder Moleküle). Sie liegen typischerweise im Größenbereich von 1 nm bis ungefähr 100 nm. Partikel mit einer Ausdehnung größer als 100 nm werden bereits als Submikropartikel bezeichnet. In diesem Zusammenhang muss besonders für sehr kleine Partikel über die Definition des ‘Partikels’ an sich eine Aussage getroffen werden. Diese Aussage erfolgt über die Definition der Oberfläche eines Verbundes aus Molekeln. Besitzt diese Oberfläche keine scharfe Grenzschicht, wird der Verbund als Cluster bezeichnet, welcher aus wenigen Molekeln aufgebaut ist. Bei einzelnen Molekeln ist eine Definition der Oberfläche mit fester Phasengrenze hingegen nicht möglich, da in diesem Fall nur Aussagen über bestimmte Aufenthaltswahrscheinlichkeiten der Elektronen mit Hilfe der Schrödingergleichung getroffen werden können. Der Begriff ‘Partikel’ definiert sich also über seine Oberfläche als scharfe Phasengrenze mit bekannten physikalischen Eigenschaften (z.B. Oberflächenspannung).
Nanopartikel zeichnen sich durch ihre geringe Größe und somit große spezifische Oberfläche aus. Eigenschaften wie die chemische Reaktivität oder die Sinteraktivität werden im Wesentlichen durch die Größen- und Oberflächenverteilungen der Partikel bestimmt. Aufgrund dieser Eigenschaften orientiert sich die Herstellung von Nanopartikeln an den Größenverteilungen und der Form der generierten Partikel.
Nanopartikel lassen sich durch vielfältigste Methoden herstellen. Als wichtigste Prozesse mit breiter industrieller Anwendung gelten die chemische Herstellung in Lösungen (z.B. Sol-Gel-Methode), die Herstellung in Brenn- bzw. Flamm-Reaktoren und die Herstellung von Nanopartikel-Aerosolen aus der Gasphase.
In dieser […]