SPP 2289

Das vorliegende Projekt zielt auf die Erzeugung, das mechanistische Verständnis und die Implementierung von Prozessmodellen für Heterokontakte in anorganischen Oxidpartikelaggregaten ab, die durch Gasphasenverarbeitung gewonnen werden. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der spezifischen Materialfunktionalität, die sich aus solchen Heterokontakten im Kontext von partikelbasierten Vorstufen und Grünkörpern für optische und photonische Anwendungen ergibt.

In der ersten Förderphase wird besonderes Augenmerk auf zwei Arten von Heterokontakten gelegt: Kontakte zwischen Oxidpartikeln mit variabler chemischer Zusammensetzung (heterochemische Kontakte) und Kontakte zwischen Oxidpartikeln mit variabler atomarer Struktur, insbesondere kristallinen und amorphen Partikeln mit äquivalenter chemischer Zusammensetzung (heterostrukturelle Kontakte).

Wir gehen davon aus, dass ein umfassendes Grenzflächendesign auf Aggregatebene in zweierlei Hinsicht einzigartige Möglichkeiten für die Herstellung von Funktionswerkstoffen bietet. Erstens wird davon ausgegangen, dass die Ausnutzung von Heterokontakten zur Anpassung der Nachbearbeitungsprozesse (z. B. Sinterfähigkeit, Auslösung oder Unterdrückung von Grenzflächenreaktionen, Kontakttransportreaktionen) neue Wege zu bisher unzugänglichen Materialeigenschaften ermöglicht, z. B. bei der Kombination von vermeintlich inkompatiblen Materialchemien. Zum anderen ist die Gasphasenaggregation heterogener Materialformulierungen eine Grundvoraussetzung für die Herstellung optischer Bulk-Materialien mit kontrollierter nanoskaliger Heterogenität jenseits der Grenzen der direkten (Flüssigphasen-)Dotierung.

Beide Aspekte bedürfen grundlegender Überlegungen und eines besonderen Maßes an interdisziplinärer Einsicht, wie sie im Rahmen des Schwerpunktprogramms 2289, an das wir diesen Antrag richten, geboten wird; Angestrebt werden zunächst umfassende analytische Protokolle, die die Charakterisierung und das mechanistische Verständnis der Funktionalität nanoskaliger Oxidaggregate im Hinblick auf die Gestaltung spezifischer Materialfunktionen auf der Basis von Heterokontakten ermöglichen.

Insbesondere soll das Verständnis nichtlinearer Mischeffekte auf der Ebene der Materialeigenschaften (die grundlegende Rolle des Kontakts) mit einem Prozessrahmen und einem Motor für spezielle Aggregationsstrategien (basierend auf Prozessverständnis und Simulationswerkzeugen) verbunden werden.

Angepasste Partikelstrukturen werden durch Koaggregation mittels Strahlinjektion, unterstützt durch atmosphärische Mikrowellenplasmabehandlung, hergestellt. Während wir auf eine universelle Anwendbarkeit der Werkzeuge und des Verständnisses abzielen, gehen wir vom Beispiel heterogener Partikelaggregate aus mit Seltenen Erden dotierten Silika- und Aluminiumoxid-Nanopartikeln aus. Diese bieten nicht nur den spezifischen Anwendungskontext, sondern ermöglichen auch die optische Verfolgung der Kontaktbildung und -entwicklung. Sie können daher als Modellsysteme für ein breiteres Spektrum von festen Aggregaten und Aggregatbildung in der Gasphase dienen.