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Die Ziele des Bereichs Reaktives Sprühen unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Mädler umfassen das Design von Sprayprozessen, die durch Reaktionen in der Gas- und Flüssigphase die Synthese von komplexen partikulären Materialien ermöglichen. Gleichzeitig wird die in-Prozess Verarbeitung dieser Materialien erforscht (z.B. Funktionalisierung, Mischung, Beschichtung) und die Synthesewege mit Prozessoptimierung und -auslegung für spezifischen Anwendungsanforderungen verknüpft.

Damit umfasst der Bereich Reaktive Sprühtechnik folgende Forschungsschwerpunkte in Theorie und Experiment:

  • Synthese von funktionalen Nanopartikeln und nanostrukturierten Oberflächen
  • Herstellung und Charakterisierung von dispersen Materialien und porösen Schichten
  • Reaktordesign und -entwicklung für reaktive Sprühanwendungen zur Synthese von Funktionsmaterialien und -schichten
  • Hochdurchsatzverfahren und Material-Prozess-Daten für die experimentelle Materialentwicklung

In Einzeltropfenexperimenten werden die wissenschaftliche Grundlagen der Mechanismen erforscht, die bei der Verbrennung von und Explosion im Einzeltropfen wirken. Im etablierten Verfahren Flammsprühpyrolyse werden im ersten Schritt metallorganische Fluide (Prekursoren) in feine Tropfen zerstäubt, die im zweiten Schritt in einer Flamme reagieren und zu Nanopartikeln synthetisieren. Für ein maßgeschneidertes Endprodukt ist ein tiefes Verständnis der Abläufe und des Zusammenspiels von Zerstäubung, Reaktionskinetik, Nukleation, Koagulation und Kondensation in Mehrphasenströmungen notwendig.

Mit Mehrfachflammensystemen, die in den letzten Jahren im Bereich entwickelt wurden, können gezielt Multikomponentensysteme erzeugt werden, in dem in zwei oder mehreren Flammen synthetisiert wird. Durch definierte Interaktion der Partikel können dabei die Eigenschaften des neuen Materials eingestellt werden. 

Die langjährige Expertise auf diesem Gebiet, beginnend mit der konzeptionellen Idee und der Reaktorentwicklung, ermöglichte die Herstellung von neuen Materialien und Produkten, die in der Katalyse, Gassensortechnik, als multifunktionaler Füllstoff (z.B. Zahnersatzmaterialen), optischen Materialien und in flexiblen elektronischen Beschichtungen zum Einsatz kommen. Diese Anwendungen werden stets auch in der Theorie und mit Simulationen grundlagenwissenschaftlich erforscht (DEM, DSMSC, CFD und entsprechende Kopplungen). Darüber hinaus stellt die Arbeitsgruppe Nanomaterialien mit definierten Eigenschaften her und untersuchen deren bio-nano-Wechselwirkungen in zahlreichen Kooperationen mit Forschungsinstituten und der Industrie in Deutschland, Europa, USA und Australien.