Dokument: Spektroskopische Untersuchung und Modellierung einer zur Erzeugung von ZrO2-Nanopartikeln verwendeten HF-Entladung

Titel:	Spektroskopische Untersuchung und Modellierung einer zur Erzeugung von ZrO2-Nanopartikeln verwendeten HF-Entladung
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=2570
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20030717-000570-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Schubert, Holger [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 6,37 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Uhlenbusch, Jürgen [Gutachter] Prof. Dr. Pretzler, Georg [Gutachter]
Stichwörter:	optische Emissionsspektroskopie, numerische Plasmamodellierung, Zirkoniumdioxid, Nanopartikel, induktiv gekoppeltes Plasma
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibung:	Diese Arbeit hat die spektroskopische Untersuchung einer Plasmaanlage zur Synthese von Nanopulvern zum Thema. Die Aufheizung des Plasmas erfolgt in einer Hochfrequenzentladung (ICP-Entladung), die in strömendem Argon betrieben wird, wobei neben der üblichen wirbelnden Einlaufströmung (Vorwärtsströmung) mit der sogenannten Umkehrströmung ein neuartiges Verfahren getestet wurde. Ebenfalls kamen mit Fließbettförderer und Hochdruckvernebelung verschiedene Förderungsmethoden von festen (Pulver) und flüssigen (Tröpfchen) Materialien ins Plasma zum Einsatz. Zur Plasmadiagnostik wurde ein Spektroskopiesystem aufgebaut. Dabei ermöglichte die Verwendung einer aus 50 Fasern bestehenden Faseroptik die gleichzeitige spektral aufgelöste Aufnahme zweidimensionaler Intensitätsprofile. Hiermit werden Temperaturen, die Ladungsträgerdichte des Plasmas und die Dichte verdampfter Spezies gemessen, um die Effektivität der Verdampfung zu überprüfen. Mögliche Abweichungen vom Anregungsgleichgewicht von Argon werden mit einem Stoß-Strahlungs-Modell überprüft. Die Dissoziation von Zirkoniumoxid wird mit einem chemischen Nichtgleichgewichtsmodell nachvollzogen und das Nichtgleichgewicht abgeschätzt. Ein kommerzieller Fluiddynamik-Code wird zur Modellierung der ICP-Entladung eingesetzt. Er ermöglicht die simultane Berechnung von Strömungs- und Temperaturfeldern unter Berücksichtigung der Turbulenz und der elektromagnetischen Felder. Der Code wurde erweitert, um auch mehrkomponentige Plasmen, die bei der Injektion von Wasser auftreten, modellieren zu können. Die gemessenen Temperaturen sind mit 9500 K im Bereich der Induktionsspule den Ergebnissen aus der Modellierung ähnlich, stromabwärts im Plasmaschweif treten jedoch Abweichungen zwischen Messung und Modellrechnungen auf, die teilweise geklärt werden können. Die Temperaturen sind hoch genug, um Zirkoniumdioxid (Verdampfungstemperatur 4548 K), das ins Plasma eingebracht wird, zu verdampfen. Die gemessenen Zirkonium-Atomdichten zeigen jedoch in Verbindung mit numerischer Modellierung des Verdampfungsvorgangs, dass die verwendete Partikelgröße des Ausgangspulvers von 3 µm für die im Experiment vorliegende Situation zu groß ist. Schlechter Wärmeübergang vom Plasma auf die Partikel sowie zu kurze Einwirkungszeit führen dazu, dass von der eingebrachten Menge des Materials nur 0,017 % verdampfen. Es konnten jedoch Wege zur verbesserten Verdampfung aufgezeigt werden: Reduktion der Gasströme und Erhöhung der HF-Leistung. Der Einsatz der Umkehrströmung brachte keine Verbesserung der Pulverbehandlung. Ein Vergleich von zwei Arten der Prekursoreinbringung zeigt die Überlegenheit der Trockeninjektion von Zirkoniumoxid gegenüber der Hochdruckinjektion von in Wasser gelöstem Zirkonylnitrat. Die Dichte verdampfter Zr-Atome liegt bei Einsatz des Fließbettförderers immer mindestens eine Größenordnung höher als bei der Hochdruckinjektion. Die Untersuchungen in der vorliegenden Arbeit haben gezeigt, dass Zirkoniumoxid mit der vorhandenen Anlage nicht vollständig verdampft werden kann. Allerdings konnte aufgezeigt werden, wie die Plasmaparameter optimiert werden müssen, um wesentliche Verbesserungen zu erzielen.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik
Dokument erstellt am:	17.07.2003
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	14.07.2003
Datum der Promotion:	14.07.2003