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Modeling and Simulation of the Aggregation and the Structural and Mechanical Properties of Silica Aerogels

Abdusalamov, Rasul und Scherdel, Christian und Itskov, Mikhail und Milow, Barbara und Reichenauer, Gudrun und Rege, Ameya Govind (2021) Modeling and Simulation of the Aggregation and the Structural and Mechanical Properties of Silica Aerogels. Journal of Physical Chemistry B, 125 (7), Seiten 1944-1950. American Chemical society (ACS). doi: 10.1021/acs.jpcb.0c10311. ISSN 1520-6106.

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17MB

Offizielle URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.0c10311

Kurzfassung

Mechanical properties of aerogels are controlled by the connectivity of their network. In this paper, in order to study these properties, computational models of silica aerogels with different morphological entities have been generated by means of the diffusion-limited cluster–cluster aggregation (DLCA) algorithm. New insights into the influence of the model parameters on the generated aerogel structures and on the finite deformation under mechanical loads are provided. First, the structural and fractal properties of the modeled aerogels are investigated. The dependence of morphological properties such as the particle radius and density on these properties is studied. The results are correlated with experimental small-angle X-ray scattering (SAXS) data of a silica aerogel. The DLCA models of silica aerogels are analyzed for their mechanical properties with finite element simulations. There, the aerogel particles are modeled as nodes and the interparticle bonds as beam elements to account for bond stretching, bending, and torsion. The scaling relation between the elastic moduli E and relative density ρ, E ∝ ρm, is investigated and the exponent m = 3.61 is determined. Backbone paths evidently appear in the 3-d network structure under deformation, while the majority of the bonds in the network do not bear loads. The sensitivity of particle neck-sizes on the mechanical properties is also studied. All the results are shown to be qualitatively as well as quantitatively in agreement with the experimental data or with the available literature.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/141124/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Modeling and Simulation of the Aggregation and the Structural and Mechanical Properties of Silica Aerogels
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Abdusalamov, RasulRWTH Aachen UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Scherdel, ChristianZAE BayernNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Itskov, MikhailRWTH Aachen UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Milow, BarbaraBarbara.Milow (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6350-7728NICHT SPEZIFIZIERT
Reichenauer, GudrunZAE BayernNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rege, Ameya GovindAmeya.Rege (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9564-5482NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Februar 2021
Erschienen in:Journal of Physical Chemistry B
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:125
DOI:10.1021/acs.jpcb.0c10311
Seitenbereich:Seiten 1944-1950
Verlag:American Chemical society (ACS)
ISSN:1520-6106
Status:veröffentlicht
Stichwörter:silica aerogel, modeling, simulation, fractal, diffusion-limited cluster-cluster aggregation, mechanical
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Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Aerogele und Aerogelverbundwerkstoffe
Hinterlegt von: Rege, Dr. Ameya Govind
Hinterlegt am:17 Mai 2021 08:12
Letzte Änderung:23 Okt 2023 08:39

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