Messsystem zur morphologischen Charakterisierung nanoskaliger Partikel in der Gasphase
Final Report Abstract
Zur Charakterisierung von Nanopartikeln aus Verbrennungs- und anderen Gasphasenprozessen eignen sich optische Methoden besonders, da hiermit sowohl hohe zeitliche als auch räumliche Auflösungen zu erreichen sind. Insbesondere durch die Kombination der Elastischen Lichtstreuung (ELS) zur Bestimmung von Aggregateigenschaften, wie der fraktalen Dimension und des Gyrationsradius, sowie der Laserinduzierten Inkandeszenz (LII) zur Bestimmung der Primärpartikelgröße und des Volumenbruchs kann eine umfassende Charakterisierung der Partikelentstehung in Verbrennungsprozessen erreicht werden. Unter Nutzung des Systems fanden zwei-dimensionale LII-Messungen in laminaren Vormischflammen des McKenna-Flachbrenners zur Untersuchung der Partikelbildung und des Wachstums durch bildgebende Erfassung der Primärpartikelgröße und des Rußvolumenbruchs statt. Ergänzende Multi-Winkel-ELS- Messungen an diesen rußenden Vormischflammen wurden zur Bestimmung der Aggregatgröße und der fraktalen Dimension durchgeführt. Die kombinierten Ergebnisse dienen insbesondere der Verifizierung von Modellen der Rußbildung. Punktförmige und zeitlich hochaufgelöste LII-Messungen in Vormischflammen mit Photomultipliern wurden zur Weiterentwicklung des LII-Modells sowie zur Verifizierung der bildgebenden Ergebnisse eingesetzt. Weiterhin wurden punktförmige In-situ-Messungen zur Erfassung von Aggregatgrößen und fraktalen Dimensionen mit der Weitwinkel-Lichtstreu-Methode (WALS) durchgeführt. Dies erlaubt insbesondere auch die Bestimmung von Aggregatgrößenverteilungen, welche wiederum für die Auswertung von LII-Daten eingesetzt werden, um thermische Abschirmeffekte zu berücksichtigen. Ferner flossen Erkenntnisse und Vergleichsdaten der In-situ WALS- und LII-Messungen am Flachbrenner in die Entwicklung eines mobilen Systems zur umfassenden Nanopartikelcharakterisierung ein, welches im Rahmen von zwei vom BMWigeförderten Projekten entwickelt wurde bzw. weiterentwickelt wird. Die WALS-Methode wurde ferner für erste Messungen im Flammensprühpyrolyse-Prozess zur Synthese von Nanopartikeln eingesetzt. Insgesamt belegen die durchgeführten Messungen nachdrücklich die Eignung des beschafften Systems zur Untersuchung der Bildung von Ruß und anderen Nanopartikeln.
Publications
- A mobile system for a comprehensive onlinecharacterization of nanoparticle aggregates based on wide-angle light scattering and laser-induced incandescence. Review of Scientific Instruments 87, 053102 (2016)
F.J.T. Huber, M. Altenhoff, S. Will
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4948288) - Sizing aerosolized fractal nanoparticle aggregates through Bayesian analysis of wideangle light scattering (WALS) data. Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 184, pp. 27-39 (2016)
F.J.T. Huber, S. Will, K. J. Daun
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2016.06.030)
