• Deutsch
  • English

Partikelsimulation & Funktionsstrukturen

Bereichsleiter: Prof. Dr.-Ing. Carsten Schilde

Die Herstellung und Verarbeitung von Partikeln entlang der Prozesskette bestimmt die strukturellen und anwendungstechnischen Eigenschaften einer Vielzahl an Produkten. Dabei werden Partikel angefangen von der Lagerung, dem Transport und der Zerkleinerung im trockenen Zustand bis hin zur komplexen Synthese anorganischer und organischer Partikel, anschließenden Agglomerations-, Dispergier- und Beschichtungsprozessen innerhalb einer flüssigen Phase verarbeitet. Ziel der Forschungsarbeiten des Bereichs „Partikelsimulation & Funktionsstrukturen“ am Institut für Partikeltechnik und des Zentrums für Pharmaverfahrenstechnik ist einerseits das gezielte Design von Partikelgrenzflächen und -strukturen sowie deren Formulierung und Weiterverarbeitung zu innovativen, neuartigen, insbesondere auch pharmazeutischen Produkten, und andererseits die quantitative Beschreibung der für die Strukturbildung verantwortlichen Mikro- und Makroprozesse entlang der Prozesskette. Um die komplexen Zusammenhänge während der Herstellung und Verarbeitung von Partikeln auf den verschiedenen Größenskalen zu verstehen ist parallel zu den experimentellen Arbeiten ein wesentlicher Schwerpunkt die Simulationen partikulärer Prozesse und Produkte sowie die Ableitung mechanistischer Modelle. Für die Beschreibung partikulärer Prozesse liegt der Schwerpunkt insbesondere auf der Diskreten Elemente Methode (DEM), die für die Betrachtung einer zusätzlichen fluiden Phase mit der Strömungssimulation (CFD) gekoppelt wird. Die Diskreten Elemente Methode befasst sich mit den Interaktionen einer großen Anzahl von Partikeln über verschiedene Partikelwechselwirkungsmodelle. Die Strömungssimulation berücksichtigt dann die Partikelbewegung innerhalb eines Fluides als Kontinuum. Die aktuellen Forschungsschwerpunkte fokussieren sich dabei auf die folgenden Teilgebiete:

  • Charakterisierung und Simulation struktureller und mikromechanischer Eigenschaften nanopartikulärer Aggregate und Beschichtungen
  • Simulationen der Beanspruchung von Aggregaten im Fluid sowie das Verhalten bei zusätzlicher Anwesenheit von Mahlkörpern
  • Simulationsgestützte Beschreibung rheologischer Eigenschaften von Nano- und Mikrosuspensionen
  • Gekoppelte CFD-DEM Simulation von Mahlkörpergeschwindigkeits- und Beanspruchungsenergieverteilungen in Rührwerkskugelmühlen und Knetern bei verschiedenen Prozess- und Formulierungsparametern
  • Definierter Aufbau von hierarchischen Mikro- und Nanostrukturen (Aggregate, Beschichtungen, Polymer- und Keramik-3D-Druck) aus verschiedenen, oberflächenfunktionalisierten nanopartikulären Bausteinen
  • Simulation der Herstellung und Verarbeitung von pharmazeutischen Wirkstoffen
  • Strategien zur Kalibrierung und Validierung von Simulationsparameter durch definierte Modellversuche oder -messungen
  •           


      

    Abbildungen: CFD-DEM-Simulation eines fraktalen Aggregats in einer Strömung (links), Elektronenmikroskopieaufnahme einer über Sprühtrocknung hergestellten hierarchischen Aggregatstruktur (rechts).


    Mitarbeiter

    Aktuelle Projekte

    Nanofluidik & Partikelmanipulation – Herstellung und Charakterisierung hierarchischer, metrologischer Nano- und Mikrostrukturen mehr

    Processing of nanoparticles out of poorly water-soluble drugs by precipitation and drying using microsystems mehr

    FOR 2021 “Wirkprinzipien nanoskaliger Matrixadditive für den Faserverbundleichtbau“ mehr

    Prozess- Eigenschafts-Beziehungen einer nanopartikulären Beschichtung zur Verbesserung mechanischer Eigenschaften mehr

    Steuerung und Modellierung der Aggregation und Redispergierung gefällter Nanopartikel mehr

    Dynamische Prozessmodelle für die Feinstzerkleinerung und -dispergierung mehr

     

    Abgeschlossene Projekte

    Entwicklung einer Methode zur Messung der Dispergiereigenschaften von Partikelaggregaten und -agglomeraten mehr

    Dispergierung von Nanopartikeln mehr

    Verbundprojekte


    Mikropart – Mikrosysteme für partikuläre Life-Science-Produkte mehr

    Nanostrukturierte Kompositmaterialien – von der Entwicklung in die Produktion mehr

    Virtuelles Institut „Nanotechnologie in Polymerkompositwerkstoffen“ mehr

    BMBF-Projekt „Industrielle Sol-Herstellung und Beschichten von flexiblen Trägersubstraten mit nanoskaligen Sol-Gel-Materialien (SolGel)“ mehr