Mechanische Stabilität von Nanopartikel-Agglomeraten bei mechanischen Belastungen

Von:

Manuel Gensch

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Die Dispergierung von Nanopartikel-Agglomeraten in der Gasphase bietet gegenüber der Dispergierung in Flüssigkeiten einige Vorteile. Diese Arbeit befasst sich mit der Gasphasendispergierung von Nanopartikel-Agglomeraten unterschiedlicher Struktur mit Größen kleiner 400nm. Dafür wurde das Fragmentierungsverhalten bei verschiedenen Beanspruchungen untersucht. Die Agglomerate wurden in turbulenten und laminaren Scherströmungen sowie durch schräge Impaktion beansprucht. Bei den Strömungsbeanspruchungen ist keine Fragmentierung im experimentell untersuchten Bereich aufgetreten. Ein Vergleich mit der theoretischen mechanischen Stabilität unter Annahme von van-der-Waals Haftenergien zwischen den Primärpartikeln zeigt, dass die wirkenden Strömungskräfte zu gering für eine Fragmentierung sind. Die geringen Belastungen in der Gasphase sind eine Folge der geringen Dichten und Viskositäten von Gasen. Dagegen wirken bei der Impaktion Belastungen, die ein Vielfaches größer als die mechanische Stabilität sind. Bei den untersuchten Impaktionsbedingungen konnten die Agglomerate abhängig von ihrer Struktur nahezu bis auf die Primärpartikel desagglomeriert werden. Hierbei zeigt sich, dass die schräge Impaktion zu einer effektiveren Fragmentierung gegenüber der senkrechten Impaktion führt. Die durchgeführten Experimente ergaben zudem einen Einfluss der Agglomeratstruktur auf die Fragmentierung. Für eine kontinuierliche Gasphasendispergierung müssen die Agglomerate nach der Impaktion wieder abspringen. Aus den Untersuchungen geht hervor, dass das Abspringverhalten von Agglomeraten mit Df<2 allein von den Primärpartikeleigenschaften bestimmt wird, solange keine Fragmentierung auftritt. Mit steigender fraktaler Dimension nähert sich das Abspringverhalten dem von sphärischen Partikeln an.