Nanopartikel sind allgegenwärtig in industriellen Produkten und Prozessen aufgrund ihrer individuellen physikochemischen Eigenschaften. Durch das Erzeugen nanoskaliger Heteroaggregate ist es möglich mehrere Stoffsysteme zu vereinigen und Partikel mit maßgeschneiderten Eigenschaften zu erzeugen. Heteroaggregate bestehend aus Carbon Black und Silica zeigen ein vielversprechendes Anwendungspotential für die Optimierung von Lithium-Ionen-Batterien. Um die Leitfähigkeit der Batteriepaste zu erhöhen, soll die Formänderung der Aggregate beim Mischprozess durch eine Stützstruktur aus Silica reduziert werden. Die Herstellung der Heteroaggregate erfolgt in einer Sprühflamme. Grundlage bildet eine Suspension aus Carbon Black und Silica in Ethanol, die in eine Methan-Sauerstoff-Flamme eingedüst und mit Sauerstoff zerstäubt wird. Durch die Hitze der Flamme aggregieren die beiden Stoffsysteme untereinander und bilden fraktale Heteroaggregate.

 
Abbildung 1: HAADF-STEM-Aufnahme eines Heteroaggregates. Die grün gekennzeichnete Fläche bildet die fraktale Struktur des Carbon Blacks ab. Die violetten Anlagerungen am Aggregat sind die Silica-Partikel.

Durch Änderung des Versuchsaufbaus ist es möglich die Größenskala des Heterokontakts von nanopartikulärer bis hin zur Aggregation von Agglomeraten zu variieren. Obwohl das untersuchte Materialsystem eine Vielzahl möglicher Anwendungen eröffnet, sind in der Flamme erzeugte Heteroaggregate bisher nur wenig untersucht. Insbesondere die Messmethodik der Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) liefert die Möglichkeit simultan die Primärpartikelgrößen, die fraktalen Strukturen sowie einen Nachweis des Heterokontakts zu bestimmen. Am Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik befindet sich die Laborkamera XEUSS Xoom 2.0, die es ermöglicht hochaufgelöst Strukturen im Bereich von 1 – 100 nm zu detektieren.

Abbildung 2: Detektorbild der SAXS-Laborkamera einer Probe von Silica-Partikeln. Die periodische Ringstruktur entsteht aufgrund der monodispersen, sphärischen Partikelform.