Deeltjesvorming

Deeltjesvorming is het proces waarbij onder bepaalde omstandigheden uit een gasfase of oplossingfase kleine deeltjes ontstaan die kunnen uitgroeien tot nanodeeltjes of colloïden. Het proces bestaat doorgaans uit nucleatie, gevolgd door groei en stabilisatie. Nucleatie verwijst naar de vorming van de eerst stabiele kernachtige deeltje; dit kan homogeen plaatsvinden (zonder aanwezigheid van een bestaand oppervlak) of heterogeen (aan een oppervlak zoals stofdeeltjes, druppels of muren).

Na de nucleatie groeien de deeltjes vaak door condensatie van moleculen uit de gasfase en door coagulatietoetreding met andere deeltjes. Deeltjes kunnen verder veranderen in samenstelling en structuur afhankelijk van de omgeving, temperatuur, druk en de aanwezigheid van reactieve stoffen. Een belangrijke vraag is of de deeltjes bij hun ontstaan de kritische grootte bereiken die nodig is om verder te kunnen groeien zonder onmiddellijk weer te verdampen of uiteenvallen.

Theoretisch wordt de snelheid van nucleatie vaak beschreven met klassieke nucleatietheorie (CNT), die een energiedrempel en een kritische clustergrootte relateert aan de temperatuur en de mate van verzadiging (supersaturatie). Complexere modellen houden rekening met meerdere stappen en moleculaire interacties, met name bij atmosferische deeltjesvorming.

Toepassingen en contexten: in de atmosfeer speelt deeltjesvorming een sleutelrol in de vorming van ultrafijne aerosolen, die klimaat en gezondheid beïnvloeden. In de industrie wordt deeltjesvorming benut bij de synthese van nanomaterialen, bijvoorbeeld via gasfaseprocessen zoals vlam- of CVD-synthese. Methoden voor waarneming omvatten instrumenten zoals CONDITIE-, CPC- en SMPS-systemen, en modellen leveren groeisnelheden en nucleatiesnelheden om grootte-distributies te voorspellen.