Zielsetzung

Boden ist ein natürliches Partikel-Fluid-System (PFS), in dem komplexe physikalische, chemische und biologische Prozesse, Grenzflächenphänomene und Phasenübergänge auftreten, die unzureichend experimentell untersucht, verstanden und numerisch modellierbar sind. Bei technischen PFS werden bestimmte Eigenschaften der Partikel durch kontrollierte physikalische, chemische und biologische Prozesse, Grenzflächenphänomene und Phasenübergänge kreiert (z. B. funktionalisierte Partikel). Auch hier besteht Forschungsbedarf bzgl. dem Verständnis, der Modellierung und der Verfahrensoptimierung. Die Fragestellungen in natürlichen und technischen PFS sind zum Teil analog. Es liegt daher nahe, Prozesse in natürlichen und technischen PFS interdisziplinär zu erforschen, um auf beiden Seiten zu einem Erkenntnisgewinn zu gelangen. Genau darin liegt das Originäre und das Potential des Graduiertenkollegs. Die einzelnen Fachdisziplinen benennen, modellieren und simulieren ähnliche Prozesse gleich oder unterschiedlich. Es unterscheiden sich vor allem die Längenskalen, auf denen PFS experimentell untersucht, modelliert und simuliert werden. Durch die Zusammenarbeit mit strategischen Partnern und den an der TUHH vorhandenen Einrichtungen, wie z. B. der Elektronenmikroskopie, sollen Prozesse über mehrere Längenskalen sichtbar gemacht werden. Prozessmodelle und numerische Simulationsmethoden der beteiligten Kollegiaten dienen dabei zum besseren Verständnis und zur Beschreibung komplexer Prozesse. Durch die Zusammenarbeit werden neue Erkenntnisse in der fachübergreifenden Methodik erwartet. Ein Graduiertenkolleg bietet hierfür den optimalen Rahmen. Es werden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Fachgebieten Bauingenieurwesen, Materialwissenschaften, Maschinenbau und Verfahrenstechnik ihre Forschung zum Leitthema „Prozesse in natürlichen und technischen Partikel-Fluid-Systemen“ (PintPFS) bündeln. Die vorhandenen Kompetenzen und Ressourcen der beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bzgl. experimenteller Untersuchungen und Modellierung/Simulation von PFS ermöglichen einen interdisziplinären Forschungsansatz, der Innovationen vor allem auf folgenden Gebieten erwarten lässt: Fortschritte bei der Modellierung von PFS, Verständnisgewinnung bei Kapillareffekten, Modellierung von Erosions-, Transport- und Sedimentationsprozessen, Entwicklung funktionalisierter Partikel sowie Entwicklung numerischer Experimente für PFS. Unterstützt wird die Arbeitsgruppe von Gastwissenschaftlerinnen und Gastwissenschaftlern sowie von strategischen Partnereinrichtungen, vor allem dem Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg und dem Helmholtz-Zentrum Hereon. Die geplanten Dissertationsthemen zeigen interdisziplinäre Forschungsansätze auf. Um die Ziele des Forschungsprogramms zu erreichen, wird das Kolleg von einem strukturierten Qualifizierungs- und Betreuungskonzept für die Doktorandinnen und Doktoranden begleitet, das eine rasche Einarbeitung in die jeweiligen Forschungsthemen, eine Beschleunigung der Arbeitsprozesse, eine Vernetzung mit existierenden Forschungsstrukturen und den Erwerb sozialer Kompetenz fördert.