Herstellung von metallischen Nanopartikeln in einem asymmetrischen Dielectric Barrier Discharge‐Plasma bei AtmosphärendruckProduction of Metal Nanoparticles in Asymmetrical Dielectric Barrier Discharge‐Plasma Reactor at Atmospheric Pressure: Fid-Bau Portal

Herstellung von metallischen Nanopartikeln in einem asymmetrischen Dielectric Barrier Discharge‐Plasma bei AtmosphärendruckProduction of Metal Nanoparticles in Asymmetrical Dielectric Barrier Discharge‐Plasma Reactor at Atmospheric Pressure

Hou, Jun / Jidenko, Nicolas / Borra, Jean‐Pascal / Weber, Alfred P.

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Herstellung metallischer Nanopartikel in einem Dielectric Barrier Discharge (DBD)‐Plasma bei Atmosphärendruck. Im entwickelten Reaktor ist nur eine Elektrode mit einem Dielektrikum (Aluminiumoxid) versehen, während die punktförmige Gegenelektrode für die filamentären Entladungen frei zugänglich ist (asymmetrische DBD). Die metallischen Partikeln werden aus dem Material der offenen Gegenelektrode gebildet, auf der die filamentären Entladungen zur Ausbildung von Kratern führen. Während im kalten Reaktor zu Beginn der Entladungen eine hohe Anzahl von größeren Nanopartikeln (mit einem Durchmesser von einigen zehn Nanometern) beobachtet wird, werden nach dem Erreichen des thermischen Gleichgewichts im Reaktor vorwiegend sehr kleine metallische Nanopartikeln mit konstanter Größe und Anzahlkonzentration produziert. Die im thermischen Gleichgewicht gebildeten metallischen Partikeln (Cu, Ag und Au) sind nicht agglomeriert und kristallin, mit mittleren Durchmessern von etwa 4 nm. Das Elektrodenmaterial hat bei gegebenen Betriebsbedingungen des Reaktors, wie Elektrodenabstand und Gasvolumenstrom, kaum einen Einfluss auf die Größe der hergestellten Partikeln, bestimmt aber die Anzahlkonzentration.

This paper focuses on the production of metal nanoparticles in a dielectric barrier discharge (DBD) reactor at atmospheric pressure. In the developed reactor only one electrode is provided with a dielectric (alumina), while the point‐shaped counter electrode is not covered and is accessible to the filamentary discharges (asymmetrical DBD). The metallic particles are formed from the material of the open counter electrode, on which the filamentary discharges lead to the formation of craters. A high number of larger nanoparticles (with diameter of some tens of nanometers) are observed in the cold reactor at the beginning of the discharges. After the achievement of the thermal equilibrium in the reactor mainly very small metallic nanoparticles are produced with constant size and number concentration. The produced metallic particles in thermal equilibrium are crystalline and not agglomerated. The mean diameter of the produced particles is about 4 nm. For given operating conditions of the reactor (fixed electrode gap and gas flow rate) the electrode material has almost no influence on the size of the produced particles, but it determines the number concentration.