Heterokontakte in funktionellen Oxidaggregaten: Deskriptoren für Heterogenit?t, Aggregatdesign und Prozesssimulation für nanostrukturierte optische Preformmaterialien
Projektleitung:
Dr.in Katrin Wondraczek
Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT)
Prof. Dr.-Ing. Lothar Wondraczek
Friedrich-Schiller-Universit?t Jena
Das vorliegende Projekt zielt auf die Erzeugung, das mechanistische Verst?ndnis und die Implementierung von Prozessmodellen von Heterokontakten in anorganischen Oxidpartikelaggregaten ab, die durch Gasphasenprozessierung gewonnen werden. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der spezifischen Materialfunktionalit?t, die sich aus solchen Heterokontakten im Zusammenhang mit partikelbasierten Prekursoren und Grünk?rpern für optische und photonische Anwendungen ergibt. In der ersten F?rderphase wird besonderes Augenmerk auf zwei Arten von Heterokontakten gelegt: Kontakte zwischen Oxidpartikeln mit variabler chemischer Zusammensetzung (heterochemische Kontakte) und Kontakte zwischen Oxidpartikeln mit variabler Atomstruktur, insbesondere kristallinen und amorphen Partikeln ?quivalenter chemischer Zusammensetzung (heterostrukturelle Kontakte). Wir erwarten, dass ein umfassendes Grenzfl?chendesign auf Aggregatebene in zweierlei Hinsicht einzigartige M?glichkeiten bei der Herstellung von Funktionsmaterialien bietet. Zun?chst wird angenommen, dass die Nutzung von Heterokontakten zur Anpassung von Weiterverarbeitungsschritten (zum Beispiel Sinterf?higkeit, Ausl?sen oder Unterdrücken von Grenzfl?chenreaktionen, Kontakttransportreaktionen) neue Wege zu bisher noch unzug?nglichen Materialeigenschaften erm?glicht, beispielsweise in Kombination von vermutlich inkompatiblen Materialchemien.
Weiterhin ist die Gasphasenaggregation heterogener Materialformulierungen eine Grundvoraussetzung für die Herstellung optischer Bulkmaterialien mit kontrollierter nanoskaliger Heterogenit?t über die Grenzen der direkten (Flüssigphasen-) Dotierung hinaus. Beide Aspekte erfordern grundlegende ?berlegungen und ein besonderes Ma? an interdisziplin?ren Einsichten, wie sie im Rahmen des Schwerpunktprogramms 2289 angeboten werden, an das wir uns mit diesem Vorschlag wenden.Wir werden zun?chst umfassende Analysenprotokolle entwickeln, die die Charakterisierung und das mechanistische Verst?ndnis der Funktionalit?t nanoskaliger Oxidaggregate für das Design spezifischer Materialfunktionen auf der Basis von Heterokontakten erm?glichen. Dies dient insbesondere dazu, das Verst?ndnis nichtlinearer Mischeffekte auf der Ebene der Materialeigenschaften (die grundlegende Rolle des Kontakts) mit Aggregationsstrategien (basierend auf Prozessverst?ndnis und Simulationswerkzeugen) zu verbinden. Partikelstrukturen werden per Koaggregation unter Verwendung einer Strahleinspeisung hergestellt unterstützt atmosph?rische Mikrowellenplasmabehandlung. Wir zielen auf die universelle Anwendbarkeit von Werkzeugen und das generelle Verst?ndnis ab und gehen vom Beispiel heterogener Partikelaggregate bestehend aus mit SE dotierten SiO2 und Al2O3-Nanopartikeln aus. Diese bieten neben dem spezifischen Anwendungskontext auch die M?glichkeit zur optischen Verfolgung der Kontaktbildung/ -entwicklung.Sie k?nnen somit als Modellsysteme für einen gr??eren Bereich fester Aggregate und die Aggregatbildung in der Gasphase dienen.