Abschlussarbeiten, HiWi-Stellen und Praktika

Untersuchung der Emulsionsbildung in mikrofluidischen Bauteilen mit Step-Geometrie

 

 

Motivation

Monodisperse Partikel und Mikrokapseln kommen inzwischen in den verschiedensten Branchen zur Anwendung, z. B. in der Pharma- und  Lebensmittelindustrie oder als smart materials in der Textilindustrie. Partikel mit hoher Monodispersität und gleichbleibender Qualität ermöglichen u. a. eine einfache und kontrollierbare Dosierung, eine gleichmäßige und staubfreie Aufbringung auf großflächigen Materialien oder in Form von Mikrokapseln eine definierte Wirkstofffreisetzung, so dass sie sowohl als Prozesshilfsmittel als auch als Endprodukt eingesetzt werden können.

Verglichen mit großtechnischen Verfahren zur Partikelherstellung wie z. B. der Sprühtrocknung ermöglichen mikrofluidische Strukturen durch die Kombination aus fluiddynamischer Tropfenbildung und anschließender Partikelaushärtung bzw. ‑trocknung die Herstellung maßgeschneiderter Mikropartikel und –kapseln mit hoher Mono­dispersität und einheitlicher Morphologie. Da bei etablierten Methoden zur mikrofluidischen Tropfenerzeugung (z. B. Flow-Focusing und T-Stück) häufig Durchsatz und Variabilität begrenzt sind, wird im Bereich der mikrofluidischen Tropfenbildung intensiv über Leistungssteigerungen bei gleichbleibender Partikelqualität geforscht. Alternative Tropfenbildungs­mechanismen wie das Step-Emulgieren ermöglichen eine Durchsatzsteigerung durch einfaches Numbering-up, da hier die Tropfengröße allein durch die Düsengeometrie bestimmt wird und weitgehend unabhängig vom Strömungsverhältnis im Mikroreaktor bzw. von Stoffeigenschaften wie der Viskosität ist. Zur Untersuchung der Gesetz­mäßigkeiten und Abhängigkeiten der Tropfenbildung im Step werden im Fraunhofer ICT Mikroreaktoren mit variierter step-Geometrie entwickelt und erprobt.

Aufgabenstellung

Im Fraunhofer-ICT sind Diplom-, Bachelor- oder Masterarbeiten im Bereich der Entwicklung von mikrofluidischen Tropfengeneratoren mit Step-Geometrie zu vergeben.

Mögliche Arbeitsschwerpunkte umfassen:

  • Design und Erprobung von Tropfengeneratoren mit variierter Reaktorgeometrie (Düsen- und Step-Geometrie, Kanaldimensionen, Anzahl der Steps) – experimentell und virtuell (CFD)
  • Einfluss von Step-Geometrie, Fluideigenschaften und Prozessparametern auf Tropfengröße und –qualität
  • Ableitung allgemeingültiger Berechnungsmodelle für die Tropfenbildung im Step-Reaktor in Abhängigkeit von Step-Geometrie und Prozessparametern
  • Durchsatzsteigerung durch Numbering-up (Einfluss der Step-Anzahl auf Partikelgröße und –morphologie)
  • Mikrofluidische Herstellung von Mehrfachemulsionen mit step-Reaktoren
  • Herstellung von polymeren Mikropartikeln und Mikrokapseln mit step-Reaktoren.

Voraussetzung

Studiengang (FH/UNI) Chemie, Chemieingenieurwesen / Verfahrenstechnik oder geeignetes Fach mit fundierten chemischen Kenntnissen und Interesse an experimentellen Laborarbeiten

Beginn

ab sofort