H2O-Adsorption auf Rußoberflächen: Kinetik und Beeinflussung der Eiskeimfähigkeit

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Wasserdampfadsorption auf Rußoberflächen ist einer der Elementarprozesse des Keimwachstums von Wolken- oder Eiswolkenteilchen (Zirren) in der oberen Troposphäre. Die Kinetik der Wasseraufnahme bei kleinen Partialdrucken und damit hohen Untersättigungen ist von Wichtigkeit für (i) die Bewertung der Zeitskala, auf der Wasseradsorption stattfindet, (ii) die Beurteilung, wie und ob die Primärkinetik auf die Fähigkeit solcher Partikel, als Kondensationskeime zu wirken, Einfluss nimmt und (iii) die Abschätzung der im Gleichgewicht adsorbierten Wassermenge auch unter Bedingungen, unter denen keine direkten Messungen von Adsorptionsisothermen vorliegen. In diesem Vorhaben wird die Kinetik der Adsorption und Desorption von H2O-Dampf auf Rußoberflächen in einem Niederdruckströmungsreaktor (Knudsen-Zelle) untersucht. Durch Wahl der experimentellen Bedingungen bzw. Parameter (H2O-Partialdruck, Temperatur, Dicke, Porosität und Oberflächenzusammensetzung der Rußschicht) wird der Einfluss dieser Parameter auf die Adsorptionskinetik genauer bestimmt. Die verwendeten Rußproben werden in kontrolliert vorgemischten Flammen bei Atmosphärendruck gewonnen und bezüglich der Oberflächenbeschaffenheit durch Elektronenmikroskopie (ESEM) bzw. diffuse Reflexions-FTIR-Spektroskopie (DRIFTS) untersucht. Das weitere Ziel der Arbeit ist die Verknüpfung der Primärkinetik der Wasseradsorption bei extremen Untersättigungen mit den Eigenschaften der Aktivierung von Rußpartikeln in der Nähe der Wasserdampfsättigung. Das Vorhaben wird in Kooperation mit dem HGF-Strategiefonds-Projekt "Partikel und Zirren 2" (PAZI 2) durchgeführt.