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Die Präsentation gibt einen Überblick über die verschiedenen Aktivitäten der BAM im Bereich der Nanotechnologie mit den Schwerpunkten Nanopartikel und Nanosicherheit. Es wird sowohl die Transportsicherheit, als auch die Sicherheit von Batterien mit Nanopartikeln angesprochen. Verschiedene BAM-Projekte zum Thema Nano werden vorgestellt, beginnend mit relevanten REFOPlanprojekten über die Erstellung der OECD nanoTG110 bis hin zu EU-Projekten zur Standardisierung von Messungen an Nanomaterialien, hier insbesondere AEROMET, NanoDefine, NanoValid und EC4SafeNano.
Projekt Nano-TG110
(2017)
Die OECD-TG110 mit dem Titel "Particle Size Distribution Fibre Length and Diameter Distribution" wurde 1981 erstellt und seither nicht überarbeitet. Nanomaterialien, wie Nanopartikel oder Nanofasern werden nicht adressiert, genausowenig wie moderne Messverfahren. Das hier vorgestellte Projekt hat zur Aufgabe, die Größenmessung von Nanopartikeln und Nanofasern in einer neuen Technical Guideline der OECD zu standardisieren. Es wird die Projekthistorie dargestellt, die Anforderungen, der aktuelle Projekt-Bearbeitungsstand wird beleuchtet und die weiteren Arbeiten werden kurz skizziert.
In den letzten Jahren werden zunehmend Nanopartikel als Füllstoff für Polymere vorgeschlagen und auch erfolgreich in Elastomer-Nanocomposites eingesetzt. In dieser Arbeit wird Multilayergraphen (MLG) als Nanofüllstoff näher untersucht, der sich bereits bei geringen Konzentrationen als effizient erweist. MLG besteht aus nur etwa zehn Graphenlagen.
Chlorbutylkautschuk (CIIR)/MLG-Nanocomposites mit verschiedenen MLG-Gehalten wurden mit Hilfe eines ultraschallunterstützen Mischverfahrens in Lösung hergestellt und auf einem Walzwerk weiterverarbeitet. Das Einmischen von MLG führt zu einer deutlichen Verbesserung der rheologischen und mechanischen Eigenschaften, des Vernetzungsverhaltens sowie der Barrierewirkung gegenüber Gasen. Bereits der Zusatz von 3 phr MLG zu CIIR führt zu einem mehr als zweifach höheren E-Modul und zu einer Reduktion der Permeabilität von O2 und CO2 um 30 %. Höhere Konzentrationen an Nanofüllstoff resultieren in einer weiteren Verbesserung der Eigenschaften der Nanocomposites. Weiterhin zeigten die CIIR/MLG-Nanocomposites auch eine geringere Entflammbarkeit.
Das Projekt KONTRAST adressiert die Qualitätskontrolle (QC) zur Erfassung nano- und mikroskaliger Belegung/Degradation mittels abbildender Ellipsometrie (IE). Das BAM-Teilvorhaben beinhaltet das Screening von Benchmark-Materialsystemen und die Validierung von Messstrategien. Im Ergebnis erfolgte eine Fokussierung auf das im Vergleich zur off Null Ellipsometrie (ONE) aussichtereichere Verfahren der referenzkompensierten Ellipsometrie(RKE), das marktstrategisch in RSE (referenced spectral ellipsometry) umbenannt wurde. Alle Materialsysteme der BAM-Unterauftragnehmer konnten mit IE visualisiert werden, mit dem RSE-System in wesentlich kürzeren Zeiten, auf größeren Flächen, bei vergleichbarer Empfindlichkeit und Auflösung, Komplementärverfahren waren für den schnellen Nachweis nano- und mikroskaliger Belegung nicht konkurrenzfähig, wobei zusätzliche Materialsysteme mit niedrigem Kontrast (SnO:Ni auf Glas bzw. Cr auf Chromstahl) in der BAM hergestellt wurden. Die öffentliche Präsentation des RSE-Prototyps erfolgte auf der ICSE-7 2016 mit der Publikation 2017 in Applied Surface Science.
Aus Schmierstoffen gebildete Tribofilme bestimmen das Reibungs- und Verschleißverhalten von Tribosystemen neben der Fresslasttragefähgikeit. Die Kaltverfestigung stellt einen weiteren Mechanismus insbesondere zum Verschleißschutz dar. Unter Wälzreibung wird das funktionale Profil organischer und metallorganischer Tribofilme sowie von Kaltverfestigung verglichen, die auf verschiedenen Stahlmetallurgien innerhalb von 10.000 Überrollungen in einem 2Disk-Prüfstand erzeugt wurden. Dabei wurden Hertzsche Kontaktspannungen ober von P0max=2,14 GPa (FZG14) eingesetzt.
Aufgrund von Erfahrungen mit Stäuben mit Partikelgrößen im Mikrometerbereich ist bekannt, dass Stoffe mit abnehmender Partikelgröße kritischer einzustufen sind, da z.B. maximaler Explosionsdruck (pmax), maximaler zeitlicher Druckanstieg (dp/dtmax) und Zündempfindlichkeit durch die Zunahme der reaktiven Oberfläche des Staubes zunehmen. Eine Übersicht des Verlaufes der Explosionsauswirkungen metallischer Stäube vom Mikrometerbereich bis in den Nanometerbereich konnte bislang nur vereinzelt durch wenige Ergebnisse gegeben werden.
Dieser Beitrag präsentiert einen detaillierten Überblick über das Explosionsverhalten von Metallstäuben vom Mikrometer- bis in den Nanometerbereich. Hierfür wurden verschiedene Metallstäube untersucht und deren Explosionsauswirkungen in Abhängigkeit der mittleren Primärteilchengröße entweder durch BET-Messungen, Partikelgrößenverteilung oder REM-Mikroskopie bestimmt. Um den Verlauf des Explosionsverhaltens für diese Metalle darzustellen, wurde einerseits eine umfangreiche Literaturrecherche durchgeführt. Darüber hinaus wurden die im Rahmen deutscher und französischer Forschungsprogramme durchgeführten experimentellen Untersuchungen genutzt, um insbesondere die Datenlage für nanoskalig hergestellte Stäube zu verbessern. Auch bei Metallstäuben im Allgemeinen führt eine Verringerung der Teilchengröße zu einem kritischeren Verhalten der Stäube. Es scheint jedoch, dass diese Aussage nur bis zu einem kritischen Durchmesser gilt, unterhalb dessen die Auswirkungen einer Explosion (pmax, dp/dtmax) für alle betrachteten Stäube wieder abnehmen. Diese kritische Größe kann durch theoretische Überlegungen zur Art der thermischen Übertragung in der Flamme erklärt werden. Der Einfluss der Schlüsselparameter wird in diesem Beitrag ebenfalls diskutiert, um die Mechanismen besser zu verstehen und das Verständnis letztendlich auch auf andere pulverförmige Materialien auszudehnen.
Der Vortrag stellt ein Messverfahren zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung an Suspensionen vor, behandelt die Anforderungen der zugrundeliegenden ISO 13318 und gibt praktische Hinweise zur Durchführung und Auswertung. Der Messbereich umfasst Partikel mit Durchmessern von wenigen nm bis etwa 5 µm; die Partikelkonzentration muss kleiner 0,2 Ma.-% sein. Enthalten sind ergänzend Vergleichsmessungen mit anderen volumenbasierten Verfahren.
Der Vortrag widmet sich modifizierten Oberflächen zur Erhöhung der Kratzbeständigkeit sowie entspre-chenden Prüfmethoden und bewertet deren Praxis-tauglichkeit. Nach einer Übersicht zu Begriffen und Definitionen wird die wirtschaftliche Bedeutung der Kratzbeständigkeit aufgezeigt. Neben generellen Anforderungen an Mess-und Prüfverfahren hinsicht-lich Einsatzbereichen, Messunsicherheit und Validie-rung werden diverse Verfahren zur Erzeugung und Bewertung Einzel- und Vielfach-Kratzern nebst ent-sprechenden Normen vorgestellt. Die analytische Charakterisierung, werkstofftechnische Gesichts-punkte und eine Zusammenstellung aktuell gültiger Normen zur Kratzbeständigkeit schließen den Vortrag ab.