DeepMixing - Quantifizierung der Mischungs- und Hetero-Kontakt-Eigenschaften von Nanopartikel-Aggregaten aus einer Aerosol-Mischungszone
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz M?dler
Universit?t Bremen
Prof. Dr. Andreas Rosenauer
Universit?t Bremen
Funktionelle Heterokontakte zwischen zwei verschiedenen Nanomaterialien sind in verschiedenen Anwendungen wie Gassensorik, Katalyse und Batterien erforderlich, um effiziente Transportprozesse über die Kontaktfl?che zu erreichen. In diesem Projekt wird die Herstellung und Formulierung von Heterokontakten in der Gasphase durch die Kombination von zwei Nanopartikelaggregat bildenden Flammen mittels Doppelflammen-Sprühpyrolyse (DFSP) realisiert.
Die finale Produktfunktionalit?t h?ngt vom Mischungsgrad ab, der die Anzahl der Heterokontakte bestimmt, sowie von der Qualit?t der Heterokontakte. Die Heterokontaktqualit?t wird wesentlich von der Kontaktfl?che und von der atomaren Struktur der Grenzfl?che einschlie?lich Gitterspannungen und Defektchemie charakterisiert. Die Variation der DFSP-Prozessparameter erm?glicht die Anpassung des Mischprozesses und führt zu verbesserten Funktionalit?ten in verschiedenen Anwendungen. Die Charakterisierung der Heterokontakte auf der Aggregat- und Partikelskala ben?tigt neue Ans?tze, wobei die geringe Gr??e der Prim?rpartikel von etwa 10 nm den Einsatz der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) erfordert, um eine ausreichende Aufl?sung der Strukturen zu erreichen.
Daher wird in diesem Projekt die Charakterisierung und Quantifizierung des Mischungszustandes von spezifisch prozessierten Aggregaten mit Heterokontakten untersucht, wobei der Begriff Mischungszustand explizit den Grad der Durchmischung und die Kontaktqualit?t einschlie?t. Wir wenden (S)TEM als indirekte Methode (2D Projektion von 3D Aggregaten) unter Verwendung eines SPECTRA 300 Mikroskops mit einem Korrektor für die sph?rischen Aberration an. Die Aufl?sung im STEM-Modus betr?gt 50 pm und erm?glicht die Untersuchung der Strukturqualit?t von Grenzfl?chen auf atomarer Ebene. Das Ger?t ist mit einem modernen Silizium-Drift-EDX-Detektor zur Erfassung von 2D-Elementkarten, einem analytischen Tomographiehalter und einem 360°-Rotationstomographiehalter auf der Achse ausgestattet.
Dieser Halter erm?glicht die Rekonstruktion der Zusammensetzungsverteilung in 3D für unsere direkte Charakterisierungsmethode. Wir werden eine automatisierte Auswertung von Mischungszust?nden auf der Basis von überwachten maschinellen Lernalgorithmen entwickeln und untersuchen, wobei die erforderlichen Trainingsdatens?tze (>100.000 Bilder) aus synthetischen (computergenerierten) 3D-Aggregaten mit definierten Mischungszust?nden bestehen, die die Grundwahrheit liefern. Die parallele Methodenentwicklung für tomographische Rekonstruktionen der Aggregate wird die experimentelle 3D-Validierung der Aggregatstrukturen und der Mischungszust?nde erm?glichen und die detaillierte Untersuchung der 3D-Heterokontakt-Grenzfl?chen auf der atomistischen Ebene erm?glichen.