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Machine learning-based structure–property predictions in silica aerogels

Abdusalamov, Rasul und Pandit, Prakul und Milow, Barbara und Itskov, Mikhail und Rege, Ameya Govind (2021) Machine learning-based structure–property predictions in silica aerogels. Soft Matter, 17 (31), Seiten 7350-7358. Royal Society of Chemistry. doi: 10.1039/D1SM00307K. ISSN 1744-683X.

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Offizielle URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/SM/D1SM00307K

Kurzfassung

The structural features in silica aerogels are known to be modelled effectively by the diffusion-limited cluster–cluster aggregation (DLCA) approach. In this paper, an artificial neural network (ANN) is developed for predicting the fractal properties of silica aerogels, given the input parameters for a DLCA algorithm. This approach of machine learning substitutes the necessity of first generating the DLCA structures and then simulating and characterising their fractal properties. The developed ANN demonstrates the capability of predicting the fractal dimension for any given set of DLCA parameters within an accuracy of R2 = 0.973. Furthermore, the same ANN is subsequently inverted for predicting the input parameters for reconstructing a DLCA model network of silica aerogels, for a given desired target fractal dimension. There, it is shown that the fractal dimension is not a unique characteristic defining the network structure of silica aerogels, and the same fractal dimension can be obtained for different sets of DLCA input parameters. However, the problem of non-uniqueness is solved by using a guided gradient descent approach for predictive modelling purposes within certain bounds of the input parameter-space. Model DLCA structures are generated from the constrained and unconstrained inversion, and are compared against several parameters, amongst them, the pore-size distributions. The constrained inversion of the ANN is shown to predict the DLCA model parameters for a desired fractal dimension within an error of 2%.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/143507/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Machine learning-based structure–property predictions in silica aerogels
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Abdusalamov, RasulRWTH Aachen UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pandit, Prakulprakul.pandit (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1343-3046148080531
Milow, BarbaraBarbara.Milow (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6350-7728NICHT SPEZIFIZIERT
Itskov, MikhailRWTH AachenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rege, Ameya GovindAmeya.Rege (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9564-5482NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:30 Juni 2021
Erschienen in:Soft Matter
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:17
DOI:10.1039/D1SM00307K
Seitenbereich:Seiten 7350-7358
Verlag:Royal Society of Chemistry
ISSN:1744-683X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:aerogel, machine learning, diffusion-limited cluster-cluster aggregation
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HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Verkehrssystem
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V VS - Verkehrssystem
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - Energie und Verkehr (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Aerogele und Aerogelverbundwerkstoffe
Hinterlegt von: Rege, Dr. Ameya Govind
Hinterlegt am:07 Okt 2021 08:41
Letzte Änderung:05 Dez 2023 07:45

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