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März 2012
Stephan-André Kuhlmann
Laseroptische Charakterisierung und Modifikation nanoskaliger Aggregate
Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht die umfassende laseroptische Charakterisierung von nanoskaligen Aggregaten. Hierfür wurden zwei bewährte Messtechniken, namentlich LII und ELS, verwendet, weiterentwickelt und kombiniert. Die experimentellen Untersuchungen an verschiedenen Industrierußen haben gezeigt, dass mit LII bestimmte Primärteilchengrößen deutlich von der Aggregatgröße beeinflusst sind. Für die weiteren Messungen wurde das bestehende LII-Modell so erweitert, dass für genaue Primärteilchengrößenbe stimmungen die Aggregatgrößen eingebunden werden können.
Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass durch Kombination von LII und ELS eine umfassende, ortsaufgelöste und quantitative Bestimmung von Rußpartikeleigenschaften möglich ist. Obwohl der hier dargestellte Ansatz auf zahlreichen Vereinfachungen (wie monodisperse Aggregatgrößenverteilung) beruht, war es dennoch möglich erfolgreich 2D-Messung in einer vorgemischten Ethenflamme durchzuführen. Die Ergebnisse dieser Messungen stehen in gutem Einklang mit den Ergebnissen einer TEM-Analyse, die an Proben aus der gleichen Flamme durchgeführt wurde. Selbst wenn an dieser Stelle eingegrenzt werden kann, dass die Methode, bei dem hier vorgestellten Versuchsaufbau, nur für relativ kleine Rußaggregate () verwendbar ist, hat sie dennoch das Potential selbst in turbulenten oder nicht stationären Systemen eine 2D-aufgelöste Bestimmung von Partikelparametern zu ermöglichen.
Desweiteren zeigt die vorliegende Arbeit, dass es durch Laserbestrahlung grundsätzlich möglich ist nanoskalige Aggregate aus metallischen Materialien zu modifizieren. Ein gleichmäßiges Ansintern der Aggregate ist, zumindest für Silberaggregate, bei vertretbarem experimentellem Aufwand jedoch nicht möglich. Dies begründet sich durch lokale Feldüberhöhungen, die bei der Bestrahlung auftreten. Ausgelöst werden diese Feldüberhöhungen durch Wechselwirkungen zwischen den Primärpartikel eines Aggregates, die über eine hohe Polarisierbarkeit verfügen.
Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass durch Kombination von LII und ELS eine umfassende, ortsaufgelöste und quantitative Bestimmung von Rußpartikeleigenschaften möglich ist. Obwohl der hier dargestellte Ansatz auf zahlreichen Vereinfachungen (wie monodisperse Aggregatgrößenverteilung) beruht, war es dennoch möglich erfolgreich 2D-Messung in einer vorgemischten Ethenflamme durchzuführen. Die Ergebnisse dieser Messungen stehen in gutem Einklang mit den Ergebnissen einer TEM-Analyse, die an Proben aus der gleichen Flamme durchgeführt wurde. Selbst wenn an dieser Stelle eingegrenzt werden kann, dass die Methode, bei dem hier vorgestellten Versuchsaufbau, nur für relativ kleine Rußaggregate () verwendbar ist, hat sie dennoch das Potential selbst in turbulenten oder nicht stationären Systemen eine 2D-aufgelöste Bestimmung von Partikelparametern zu ermöglichen.
Desweiteren zeigt die vorliegende Arbeit, dass es durch Laserbestrahlung grundsätzlich möglich ist nanoskalige Aggregate aus metallischen Materialien zu modifizieren. Ein gleichmäßiges Ansintern der Aggregate ist, zumindest für Silberaggregate, bei vertretbarem experimentellem Aufwand jedoch nicht möglich. Dies begründet sich durch lokale Feldüberhöhungen, die bei der Bestrahlung auftreten. Ausgelöst werden diese Feldüberhöhungen durch Wechselwirkungen zwischen den Primärpartikel eines Aggregates, die über eine hohe Polarisierbarkeit verfügen.
Schlagwörter: Nanopartikel; LII; Verbrennung; Silber; Lichtstreuung; Vormischflamme
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