Methods to Generate Size- and Composition Controlled Aerosol Nanoparticles

Martin Karlsson

Forskningsoutput: AvhandlingDoktorsavhandling (sammanläggning)

311 Nedladdningar (Pure)

Sammanfattning

Popular Abstract in Swedish
Den här avhandlingen beskriver olika experimentella metoder att framställa nanopartiklar med kontroll över storlek och sammansättning. En nanopartikel är en partikel som är mindre än 100 nanometer (1 nm är en miljondels millimeter). Utmaningen ligger i att partiklarna är såpass små. En nanopartikel förhåller sig ungefär storleksmässigt till en tennisboll som en tennisboll förhåller sig till hela jordklotet. För att möta denna utmaning användes olika aerosolmetoder. En aerosol är fasta eller flytande partiklar som är så små att de kan hålla sig svävande i en omgivning av gaser.

Ett av sätten att producera partiklar som användes i denna avhandling är den så kallade evaporering/kondensations-metoden. Den bygger på att man hettar upp ett material så att det evaporeras, det vill säga materialet övergår till gasfas. Om tillräckligt mycket material förångas bildas det partiklar genom kondensation när gasen så småningom kyls av. Enskilda atomer slås samman och bildar mycket små och instabila partiklar, som sedan kan växa genom att fler och fler atomer kondenseras på ytan. Partiklar som bildas på detta sätt är ofta väldigt oregelbundna, varför en process som gör dem mer kompakta oftast är nödvändig. Denna process kallas sintring och sker exempelvis då partiklarna passerar en upphettad region, i dessa experiment en rörugn. Sintringsprocesser studerades för olika material.

Nanopartiklar bestående av två material producerades med kontroll på såväl storlek som sammansättning. Partiklar skapades först med evaporering/kondensations-metoden. Sammansatta partiklar, eller legeringar, kunde sedan skapas genom att kondensera ett annat material på de redan skapade partiklarna. På detta sätt framställdes Au/Ga-partiklar.

En annan metod som användes i detta avhandlingsarbete skapar partiklar genom att bryta sönder gasformiga molekyler. Fria atomer bildas då en molekyl som innehåller det önskade grundämnet hettas upp och bryts sönder. Dessa kan då bilda partiklar på samma sätt som tidigare. Med denna metod kan partiklar skapas bestående av ämnen som är svåra att skapa med evaporering/kondensations-metoden.

En av de viktigaste egenskaperna när det gäller nanopartiklar är storleken. Storleken påverkar andra egenskaper, varför det är viktigt att noggrant kunna mäta storleken. För detta användes ett instrument som heter differentiell mobilitetsanalysator, DMA. I en DMA delas laddade partiklar upp enligt deras elektriska mobilitet. Elektrisk mobilitet kan beskrivas som partiklarnas rörlighet i elektriska fält, och beror på antalet laddningar på partikeln och partikelns storlek. Om man utför mätningar med en DMA på partiklar som laddats upp på ett kontrollerat sätt, kan deras storlek beräknas med hög noggrannhet. En metod för att bestämma prestandan av DMAer i förhållande till det ideala fallet utvecklades och testade experimentellt. Med denna metod kan storleksberoendet av en DMAs prestanda förutsägas utifrån mätningar gjorda vid en partikelstorlek, vilket också presenteras i denna avhandling.

Nanometerstora aerosolpartiklar skapades genom att spraya kolloider, som är partiklar lösta i en vätska. En elektrospray användes för att generera droppar tillräckligt små för att endast innehålla en kolloidpartikel. Aerosolpartiklar skapades då dropparna torkade. En elektrospray använder högspänning i samband med själva sprayandet. Detta gör att man kan skapa likformiga droppar på ett kontrollerat sätt. I avhandlingen presenteras resultat som visar att det är möjligt att skapa enskilda, nanometerstora aerosolpartiklar från en kolloidlösning.
Originalspråkengelska
KvalifikationDoktor
Tilldelande institution
  • Fasta tillståndets fysik
Handledare
  • [unknown], [unknown], handledare, Extern person
Tilldelningsdatum2004 maj 14
Förlag
ISBN (tryckt)91-628-6034-8
StatusPublished - 2004

Bibliografisk information

Defence details

Date: 2004-05-14
Time: 13:15
Place: Department of Physics, Lecture Hall B, Sölvegatan 14, Lund Institute of Technology

External reviewer(s)

Name: Boman, Mats
Title: Professor
Affiliation: Uppsala University, Sweden

---


Article: Methodology to estimate the transfer function of individual differential mobility analyzers, Bengt G. Martinsson, Martin N.A. Karlsson, and Göran Frank, Aerosol Science and Technology 35, 815 - 823 (2001).

Article: Methods to measure and predict the transfer function size dependence of individual DMAs, Martin N.A. Karlsson and Bengt G. Martinsson, Journal of Aerosol Science 34, 603 - 625 (2003).

Article: Size- and composition controlled Au-Ga alloy aerosol nanoparticles, Martin N.A. Karlsson, Knut Deppert, Lisa S. Karlsson, Martin H. Magnusson and Jan-Olle Malm, Submitted to Aerosol Science and Technology.

Article: Experimental evidence for non-uniform flow in a horizontal evaporation/condensation aerosol generator, Ted A. Damour, Sheryl H. Ehrman, Martin N.A. Karlsson, Lisa S. Karlsson, and Knut Deppert, Manuscript intended for Aerosol Science and Technology.

Article: Size-controlled nanoparticles by thermal cracking of iron pentacarbonyl, Martin N.A. Karlsson, Knut Deppert, Brent A. Wacaser, Lisa S. Karlsson, and Jan-Olle Malm, Manuscript submitted to Applied Physics A.

Article: Material related sintering behavior of nanoparticles: an evaluation of experimental data, Martin N.A. Karlsson, Knut Deppert, Lisa S. Karlsson, Martin H. Magnusson, Jan-Olle Malm, and N.S. Srinivasan, Manuscript submitted to Journal of Nanoparticle Research.

Ämnesklassifikation (UKÄ)

  • Den kondenserade materiens fysik

Fingeravtryck

Utforska forskningsämnen för ”Methods to Generate Size- and Composition Controlled Aerosol Nanoparticles”. Tillsammans bildar de ett unikt fingeravtryck.

Citera det här