Agglomeration von Nickel-Nanopartikeln in einem thermisch erzeugten Nickel-Aerosol unter Gravitation und Mikrogravitation

Das Ziel der Arbeit bestand darin, die thermische Erzeugung magnetischer Nanopartikel und die anschließende Selbstorganisation dieser Partikel innerhalb des Aerosols unter realen (Gravitation) als auch idealen (Mikrogravitation) Bedingungen zu untersuchen. Als Referenz wurde dazu das ferromagnetische Material Nickel verwendet. Die Nickel-Partikel wurden durch das thermische Verdampfen von Nickel in ein inertes Gas (Inertgaskondensation) erzeugt und durch dieses Trägergas in einem endlichen Strömungsrohr transportiert. Durch die Regulierung des Trägergasvolumens konnte eine Regelung der Gasgeschwindigkeit erreicht werden. Dadurch war es möglich, verschiedene Verweildauern der Partikel innerhalb des Nickel-Aerosols einzustellen. Die Verweildauer gibt an, wie lange ein Partikel oder ein Agglomerat vom Ursprung, also der Partikelentstehung, bis zur Ablagerung auf einem Zielsubstrat benötigt. Es stellte sich die Frage, ob es einen direkten Zusammenhang zwischen der Agglomeratstruktur und der Verweildauer der Partikel gibt. Die Verweildauer ist bei Experimenten unter Gravitation aufgrund von Sedimentation als auch Konvektion stark begrenzt.

Bisherige Laborexperimente haben weiterhin gezeigt, dass thermisch erzeugte Nanopartikel bei konstanten Prozessparametern in ihrer Größe stets unterschiedlich sind. Aerosolexperten leiteten durch ihre Experimente ab, dass die Ursache für die unterschiedlich großen Partikel durch die Gravitation hervorgerufen wird. Diese erzeugt thermische Gradienten innerhalb eines Aerosols, wodurch starke turbulente Verhältnisse entstehen. Die Bereiche der Partikelentstehung und des Partikelwachstums sind mit davon betroffen. Es wird allerdings vermutet, dass thermisch erzeugte ferromagnetische Partikel unter Einfluss der Mikrogravitation annähernd gleich groß sein sollten, da das Partikelwachstum aufgrund fehlender Konvektion und Sedimentation überwiegend durch Koaleszenz und weniger durch Koagulation stattfindet.

Durch die Verwendung geeigneter Plattformen, die Mikrogravitation simulieren können, und mikrogravitationstauglicher experimenteller Aufbauten, kann die ideale Agglomeration von Nickel-Nanopartikeln realisiert werden. Folglich wurden Agglomerationsexperimente im Labor, während diverser Parabelflüge mit dem europäischen Airbus A 300 Zero-G als auch während des Fluges mit der europäischen Forschungsrakete MAXUS 8 durchgeführt und deren Ergebnisse miteinander verglichen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde weltweit zum ersten Mal die Agglomeration nanoskaliger Nickel-Partikel in einem thermisch erzeugten Nickelaerosol unter Einfluss der Mikrogravitation untersucht.