High-power UV-Laser Fragmentation System

高功率紫外激光破碎系统

基本信息

  • 批准号:
    491146928
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Major Research Instrumentation
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2021-12-31 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

As a dispersion-based processing method, laser fragmentation allows the synthesis of colloidal inorganic nanoparticles in the size range of a few nanometers up to atomic clusters under highly pure conditions without molecular stabilizers. The continuous liquid jet process developed by the applicant enables material processing under steady-state conditions while precisely quantifying the energy input. Past studies on the fragmentation of oxides show a significant increase of catalytic activity after size reduction but are still limited to some niche applications. Especially due to the low absorptivity of the currently available high-power VIS- / IR laser pulses, fragmentation of oxides is still prone to low mass throughput. In contrast, UV laser pulses show a significantly larger absorption cross-section for most nanoparticles consequently allowing a significantly higher fragmentation efficiency and more material-variant research. Yet, the insufficiently low laser power (<20 W) of the UV-lasers available at the chair has been found to poses a major bottleneck in nanoparticle processing still limiting their application in scientific studies. With the existing equipment, the fragmentation of e.g. spinels and perovskites, high-melting hard materials (e.g. ZrB2, TiB2, TiC), or non-plasmonic precious metals (eg Pt, Pd) and high entropy alloys (eg Cantor alloy) is found to be possible but only in very low quantities (several 10th – 100th of mg). Based on the fundamental research conducted by combining the laser beam source with recently developed continuous flat-jet processing technology and its application perspectives including the required material quantities for functional testing (e.g. in heterogenous Catalysis or in 3D printing) an increase in productivity and throughput will create tremendous growth potential for the present research. This will have a direct impact on several research projects of the applicant including coordinated programs since the requested high-performance UV-laser fragmentation system has been found to occupy a key position, which has a leverage effect on the research spectrum at the chair. The specifications of the former are defined based on the materials and throughputs required in basic and applied research projects. Here, high-purity colloidal nanoparticles are needed on a 100 g scale. Accordingly, not only running projects will benefit from the new large-scale equipment but also novel project approaches in the field of laser powder bed fusion (several kg of nano-functionalized micro powders per batch) and catalyst development (several grams of catalyst nanoparticles required per series) will be made possible. Consequently, the applied continuously operated high-performance UV-laser processing technology for dispersions will be a unique selling point in the international scientific community.
作为一种基于分散体的加工方法,激光破碎允许在没有分子稳定剂的高纯条件下合成尺寸范围为几纳米至原子簇的胶体无机纳米颗粒。由申请人开发的连续液体喷射工艺使得能够在稳态条件下进行材料处理,同时精确地量化能量输入。过去对氧化物破碎的研究表明,尺寸减小后催化活性显着增加,但仍限于一些利基应用。特别是由于目前可用的高功率维斯- / IR激光脉冲的低吸收率,氧化物的破碎仍然倾向于低质量通量。相比之下,紫外激光脉冲对大多数纳米颗粒显示出明显更大的吸收截面,因此允许显着更高的破碎效率和更多的材料变体研究。然而,在椅子上可用的紫外激光器的不足低的激光功率(<20 W)已被发现构成纳米颗粒加工的主要瓶颈,仍然限制它们在科学研究中的应用。利用现有的设备,发现例如尖晶石和钙钛矿、高熔点硬质材料(例如ZrB 2、TiB 2、TiC)或非等离子体贵金属(例如Pt、Pd)和高熵合金(例如Cantor合金)的破碎是可能的,但仅以非常低的量(几十至几百毫克)。基于将激光束源与最近开发的连续平喷加工技术及其应用前景相结合进行的基础研究,包括功能测试所需的材料数量(例如在非均相催化或3D打印中),生产率和吞吐量的提高将为目前的研究创造巨大的增长潜力。这将对申请人的几个研究项目产生直接影响,包括协调方案,因为所要求的高性能紫外激光破碎系统已被发现占据关键位置,对主席的研究光谱具有杠杆效应。前者的规格是根据基础和应用研究项目所需的材料和产量来定义的。在这里,需要100 g规模的高纯度胶体纳米颗粒。因此,不仅正在运行的项目将受益于新的大型设备,而且激光粉末床融合(每批几公斤纳米功能化微粉)和催化剂开发(每系列需要几克催化剂纳米颗粒)领域的新项目方法也将成为可能。因此,应用连续运行的高性能紫外激光分散体加工技术将成为国际科学界的独特卖点。

项目成果

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