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Computational design of biopolymer aerogels and predictive modelling of their nanostructure and mechanical behaviour

Chandrasekaran, Rajesh und Hillgärtner, Markus und Ganesan, Kathirvel und Milow, Barbara und Itskov, Mikhail und Rege, Ameya Govind (2021) Computational design of biopolymer aerogels and predictive modelling of their nanostructure and mechanical behaviour. Scientific Reports, 11, Seite 10198. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41598-021-89634-1. ISSN 2045-2322.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://www.nature.com/articles/s41598-021-89634-1#

Kurzfassung

To address the challenge of reconstructing or designing the three-dimensional microstructure of nanoporous materials, we develop a computational approach by combining the random closed packing of polydisperse spheres together with the Laguerre–Voronoi tessellation. Open-porous cellular network structures that adhere to the real pore-size distributions of the nanoporous materials are generated. As an example, κ-carrageenan aerogels are considered. The mechanical structure–property relationships are further explored by means of finite elements. Here we show that one can predict the macroscopic stress–strain curve of the bulk porous material if only the pore-size distributions, solid fractions, and Young’s modulus of the pore-wall fibres are known a priori. The objective of such reconstruction and predictive modelling is to reverse engineer the parameters of their synthesis process for tailored applications. Structural and mechanical property predictions of the proposed modelling approach are shown to be in good agreement with the available experimental data. The presented approach is free of parameter-fitting and is capable of generating dispersed Voronoi structures.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/142270/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Computational design of biopolymer aerogels and predictive modelling of their nanostructure and mechanical behaviour
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Chandrasekaran, RajeshRWTH Aachen UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hillgärtner, MarkusRWTH Aachen UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ganesan, KathirvelK.Ganesan (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Milow, BarbaraBarbara.Milow (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6350-7728NICHT SPEZIFIZIERT
Itskov, MikhailRWTH Aachen UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rege, Ameya GovindAmeya.Rege (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9564-5482NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:13 Mai 2021
Erschienen in:Scientific Reports
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:11
DOI:10.1038/s41598-021-89634-1
Seitenbereich:Seite 10198
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:2045-2322
Status:veröffentlicht
Stichwörter:computational design, biopolymer aerogel, Voronoi-tesselation, sphere-packing, mechanical properties
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - NGC Fahrzeugstruktur II (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Aerogele und Aerogelverbundwerkstoffe
Hinterlegt von: Rege, Dr. Ameya Govind
Hinterlegt am:17 Mai 2021 08:15
Letzte Änderung:23 Okt 2023 08:42

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