ISBN 978-3-8439-2589-1

978-3-8439-2589-1, Reihe Verfahrenstechnik

Stephanie Sigmund
Charakterisierung eines Verfahrens zur Beschichtung von Partikeloberflächen mittels bipolarer Kollisionen in Aerosolen

171 Seiten, Dissertation Karlsruher Institut für Technologie (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Im Rahmen der Arbeit wurde ein Verfahren zur elektrostatisch kontrollierten Beschichtung von Partikeln in der Gasphase vorgestellt. Dieses beruht auf dem rein physikalischen Prinzip der Kollisionen zweier gegensätzlich geladener, sich anziehender Partikel kann und folglich unabhängig von den verwendeten Materialien und deren Morphologie eingesetzt werden. Aufgrund von attraktiven Wechselwirkungen wir die Kollisionsrate erhöht, während die Anzahl unerwünschter Kollisionen, beispielsweise innerhalb des Beschichtungspartikelaerosols infolge abstoßender Wechselwirkungen verringert wird.

Für die Untersuchungen wurden Silicaträgerpartikeln (d = 150-250 nm) verwendet. Abhängig vom jeweiligen Beschichtungsaerosol wurden verschiedene Strukturen erzeugt. Durch die Mischung eines geladenen Trägerpartikelaerosols mit gegensätzlich geladenen Nanopartikeln, wurden diese einzeln auf der Trägeroberfläche abgeschieden. Die Mischung geladener Trägerpartikeln mit einem gegensätzlich geladenen Monomertropfenaerosol und nachfolgender Polymerisierung ermöglichte zudem die Erzeugung durchgängige Polymerbeschichtungen.

Neben der Erprobung des Beschichtungsprozesses wurden geeignete Messverfahren entwickelt, um den Beschichtungsfortschritt online verfolgen zu können. Diese beruhen auf einer Messung der Änderung des Ladungszustandes und der Detektion des Aufwachsens der Beschichtung auf dem Partikel. Mit Hilfe dieser Messverfahren wurde schließlich die Beschichtungskinetik untersucht.

Sowohl im Falle der Beschichtung mit Nanopartikeln als auch für die Erzeugung von Polymerhüllen konnte der Prozess innerhalb von Verweilzeiten < 60s realisiert werden. Dabei stieg die Beschichtungsrate mit steigender Beschichtungspartikelkonzentration an. Die größte Beschichtungsrate wurde aufgrund der hohen Ladungsdichte innerhalb der ersten Zeitschritte detektiert. Mit abnehmenden Coulomb-Kräften bei zunehmendem Ladungsausgleich verringerte sich die Beschichtungsrate mit der Zeit.

Für Partikeln unterschiedlichster Materialien (Gold, NaCl, Silica) und Formen konnten gleichmäßige Polymerhüllen nachgewiesen werden. Die Dicke dieser Polymerhüllen ließ sich über den Durchmesser der zur Beschichtung verwendeten Monomertropfen steuern.

Innerhalb der Verweilzeit von 60 s konnten rein diffusive Kollisionsvorgänge vernachlässig werden. Das Aufbringen gegensätzlicher Ladungen ermöglicht somit eine definierte, leicht kontrollierbare Beschichtung von Partikeloberflächen.