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Im Mittelpunkt der aktuellen Forschungsprojekte der Abteilung stehen die Charakterisierung der Größe von Tropfen mittels Mie Scattering Imaging und Holographie sowie die online Messung des Brechungsindexes und bzw. des Brechungsindexgradienten mittels Regenbogenspektroskopie.

Da optische Charakterisierungsmethoden im Zentrum stehen, die kontinuierlich auf Basis von Simulationsrechnungen weiter entwickelt werden, wird an zwei sich ergänzenden Streulichtsimulationsmethoden gearbeitet. Die Nullfield Method with Discrete Sources (NFM-DS) wurde zu einer effektiven und leistungsfähigen Methode entwickelt, mit die Lichtstreuung von komplexen Partikeln und Partikelsystemen (Fasern, Scheibchen, Partikeln mit Einschlüssen, Kompositpartikeln) berechnet werden kann. In Kooperation mit einer Arbeitsgruppe der Moscow State University, Moskau wird an der Discrete Sources Method (DSM) geforscht, um Nanopartikeln charakterisieren zu können. Hierfür müssen die nichtlokalen Effekte, die unterhalb einer Partikelgröße vom 5 bis 10 nm auftreten in der Theorie berücksichtigt werden.

Die Abteilung Pulver- und Partikelmesstechnik kümmert sich um die partikelmesstechnischen Fragestellungen der Verfahrenstechnik. Im Folgenden werden die wesentlichen Arbeitsschwerpunkte kurz dargestellt.

 

 

Tropfencharakterisierung

Im Mittelpunkt der aktuellen Forschungsprojekte der Abteilung stehen die Charakterisierung der Größe von Tropfen mittels Mie Scattering Imaging und Holographie sowie die online Messung des Brechungsindexes und bzw. des Brechungsindexgradienten mittels Regenbogenspektroskopie. Diese Entwicklungen dienen der Untersuchung der Verbrennung von Einzeltropfen, die mittels eines speziell entwickelten piezoelektrischen Tropfengenerators erzeugt werden.


Aerosolcharakterisierung

nullDaneben werden Methoden zur optischen Charakterisierung von Nanopartikeln, Nanokompositpartikeln und deren Aggregate entwickelt, die auf der Auswertung von Streumustern beruhen oder Spektroskopie verwenden. Da optische Charakterisierungsmethoden im Zentrum stehen, die kontinuierlich auf Basis von Simulationsrechnungen weiter entwickelt werden, wird an zwei sich ergänzenden Streulichtsimulationsmethoden gearbeitet.


Die Nullfield Method with Discrete Sources

Effiziente numerische Simulationsprogramme werden dazu benötigt die Streulichtwechselwirkungen in der optischen Partikelmesstechnik zu verstehen und neue Messmethoden zu entwickeln. Die Nullfield Method with Discrete Sources (NFM-DS) wurde zu einer effektiven und leistungsfähigen Methode entwickelt, mit der die Lichtstreuung von komplexen Partikeln und Partikelsystemen (Fasern, Scheibchen, Partikeln mit Einschlüssen, Kompositpartikeln) berechnet werden kann. Die bekannte T-Matrix-Methode für die Berechnung der Lichtstreuung von Partikeln ist verglichen mit anderen Methoden von Vorteil, da in einer berechneten T-Matrix alle Informationen über den Streuprozess enthalten sind. Berechnete T-Matrizen können so für weitere Berechnungen (wie z.B. Orientierungsmittlung) weiter verwendet werden. 


Invariant Imbedding T-Matrix Method

Um auch die Lichtstreuung von weiteren komplexen Partikeln (wie z.B. überlappenden Sphären) simulieren zu können, wird aktuell die Invariant Imbedding T-Matrix Method entwickelt. Im Rahmen des Vorhabens wird die Invariant Imbedding T-Matrix Method in systematischer Weise von der Theorie, den Algorithmen bis zur Implementierung untersucht, um neue rekursive Algorithmen zu finden und das Verfahren effizienter zu gestalten. Es soll eine vollständige 3D-Variante des Verfahrens entwickelt und implementiert werden, die gegenwärtig noch nicht verfügbar ist, und somit über den derzeitigen Stand der Forschung deutlich hinausgeht.


Discrete Sources Method

In Kooperation mit einer Arbeitsgruppe der Moscow State University, Moskau wird an der Discrete Sources Method (DSM) geforscht, um Nanopartikeln charakterisieren zu können. Hierfür müssen die nichtlokalen Effekte, die unterhalb einer Partikelgröße vom 5 bis 10 nm auftreten in der Theorie berücksichtigt werden.


Total internal reflection microscopy (TIRM)

Seit ihrer Erfindung in der Mitte der 1980er Jahre hat sich die Total Internal Reflection Microscopy (TIRM) zu einer äußerst sensiblen Technik für die Messung der Wechselwirkung zwischen kolloidalen Teilchen und einer planaren Oberflächen entwickelt. Es werden Auflösung bis in den Femtonewtonbereich erzielt. Für die Analyse der gemessenen Signale bei der TIRM-Methode ist eine genaue Kenntnis der Partikel-Wand-Abstandsabhängigkeit der Intensität der Streuung erforderlich. Die Nullfield Method with Discrete Sources (NFM-DS) wird benutzt, um die notwendigen TIRM-Kalibrierungskurven zu simulieren und die optische Abbildung einer nichtsphärischen Partikel in einem evaneszenten Feld zu simulieren.


ScattPort

In der aktuellen, internationalen Forschung ist ein effizienter und schneller Austausch von Informationen erforderlich. Neuartige Software- und Internet-Technologien sowie die Möglichkeit der schnellen Verbreitung von Informationen über das Web bieten Wissenschaftlern leichten Zugang zu Informationen aller Art. Allerdings sind viele wertvolle Informationen oft versteckt und somit der Community kaum zugänglich. Um kontinuierlich aktuelle Quellen der Streulicht-Community zur Verfügung zu stellen und auf dem neuesten Stand zu halten, wurde im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanzierten Projektes ein Informationsportal (ScattPort) eingerichtet.  Regelmäßig Anfang jeden Jahres wird ein Workshop zum Thema Lichtstreuung durchgeführt (Bremen Workshop on Light Scattering).