Den Preis erhielt Prof. Gökce gemeinsam mit seinem Kollegen Prof. Dr.-Ing. Stephan Barcikowski von der Universität Duisburg-Essen für ihre Arbeiten zur ‚Hochskalierten Nanopartikelsynthese durch Laserablation in Flüssigkeiten für die chemische Industrie und die Additive Fertigung‘.

Die Innovation von Gökce und Barcikwoski hat ihre Wurzeln an der Schnittstelle zwischen Laser- und Nanotechnologie. Dabei profitiert sie von der zunehmenden Leistungsfähigkeit gepulster Lasersysteme und macht diese für die kommerzielle Nanomaterialsynthese nutzbar. Der Clou: Laserpulse erzeugen Nanopartikel berührungslos und ohne Zusätze allein durch den Beschuss von reinen Metallen oder Metalllegierungen in einer Flüssigkeit. Diese Laserablation erzeugt Nanopartikel in höchster Reinheit in einer stabilen Lösung.

Vielfalt und Qualität chemisch synthetisierter Nanopartikel dagegen sind beschränkt. Problematisch sind hier Verunreinigungen mit Resten von chemischen Ausgangsstoffen oder mit Konservierungsmitteln, die für eine spätere Verarbeitung erforderlich sind. Höheren Ansprüchen werden die konventionell verfügbaren Nanopartikel daher nicht gerecht: etwa hoher Reinheit für die Medizintechnik und die Additive Fertigung, oder Speziallegierungen für Katalysatoren. Doch trotz der Vorteile der lasergenerierten Nanopartikel gegenüber chemisch synthetisierten Partikeln konnten sich diese bei wichtigen Anwendungen wie Katalysatoren oder in der Additiven Fertigung bisher nicht durchsetzen, denn die Laserablation war nicht produktiv genug, um ausreichende Mengen herstellen zu können.

Um die Produktivität des Verfahrens zu erhöhen gab es Herausforderungen, für die ein neues System zur Nanopartikelherstellung maßgeschneidert wurde. Immer wenn ein Laserpuls auf das Metall-Plättchen in der Flüssigkeit trifft, bildet sich um die Einschlagstelle eine sogenannte Kavitationsblase aus Dampf, die den nächsten Schuss abfangen würde, träfe er auf die gleiche Stelle. Daher verfügt das System über eine innovative Fluidführung und eine Lasertechnik mit einem ausgeklügelten Spiegelsystem, das jeden Puls automatisch das Zwanzigfache seines eigenen Durchmessers entfernt von seinem Vorgänger setzt. Dabei erreicht der Laserstrahl eine Geschwindigkeit von rund 1800 km/h und fährt dennoch gleichmäßig über das Plättchen. Durch diese Innovation gelang es dem Team, die Produktivität der Laserablation auf mehrere Gramm pro Stunde zu erhöhen und somit dem Verfahren breite Anwendungsgebiete zu eröffnen.

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Kontakt:
Prof. Dr. habil. Bilal Gökce
Lehrstuhl Werkstoffe für die Additive Fertigung
Fakultät für Maschinenbau und Sicherheitstechnik
E-Mail goekce[at]uni-wuppertal.de