Steuerung und Modellierung der Aggregation und Redispergierung gefällter Nanopartikel

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Durch Fällung können feinste feste Primärpartikeln erzeugt werden. Diese aggregieren in ihrer Wachstumsphase meist zu Sekundärpartikeln, deren Größe, Struktur, mechanische Eigenschaften und Festigkeit die anwendungstechnischen Eigenschaften bestimmen und großen Einfluss auf die Dispergierung der Aggregate zur Erzeugung kolloidaler Systeme haben. Der Dispergieraufwand und die Eigenschaften der erzeugten Kolloide hängen außer von der Dispergierung selbst von den Prozessparametern bei der Fällung und einer eventuellen Trocknung ab. Ziel muss es daher sein, die Parameter entlang der Prozesskette so zu steuern, dass mit möglichst geringem Dispergieraufwand aus Sekundärpartikeln eine möglichst hohe Qualität des kolloidalen Systems erzeugt wird. Zu diesem Zweck soll im Rahmen des Vorhabens geklärt werden, wie die Eigenschaften der Aggregate (u.a. Struktur und Festigkeit) von den Prozessparametern der Fällung von Kieselsäure und einer eventuell anschließenden Trocknung abhängen. Die mechanischen Eigenschaften sollen vor allem durch unterschiedliche Beanspruchungen mit einem Nanoindenter bestimmt und mit den Fällungsparametern sowie Größe und Struktur der Aggregate korreliert werden. Die Beanspruchung einzelner Aggregate soll mittels der Diskret-Element-Methode modelliert werden. Über das DEM-Modell und die gemessenen mikromechanischen Eigenschaften (Modellsystem und gefällte nanostrukturierte Aggregate) soll auf die Bindungskräfte zwischen den Primärpartikeln geschlossen werden. Die makroskopischen Dispergiereigenschaften sollen durch Versuche mit einer Rührwerkskugelmühle, einer Dreiwalze und einem Dissolver bestimmt und mit den mikroskopischen Eigenschaften und den Prozessparametern während der Fällung und anschließenden Trocknung verknüpft werden.