Die Bestimmung der Beziehung zwischen mikrostrukturellen Merkmalen und ihren Eigenschaften ist entscheidend für die Verbesserung der Materialleistung und die Weiterentwicklung des Designs struktureller und funktionaler Materialien der nächsten Generation. Diese Aufgabe ist jedoch von Natur aus anspruchsvoll.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, haben die Wissenschaftler des LLNL ein effizientes und umfassendes Computer-Framework entwickelt, um die Auswirkungen poröser Mikrostrukturen und ihrer Eigenschaften zu entschlüsseln. Forschung erscheint in der Zeitschrift ACS Angewandte Materialien und Schnittstellen.
„Wir haben ein integriertes Computer-Framework entwickelt, das physikbasierte Mikrostrukturmodellierung, Mikrostrukturmerkmalsextraktion, mikrostrukturbewusste effektive Eigenschaftsbewertung und maschinelles Lernen als Analysetools umfasst“, sagte Longsheng Feng, LLNL-Wissenschaftler und Hauptautor des Papiers.
Das Team hat das Framework auf poröse Materialien auf Polymerbasis als repräsentatives Modellsystem angewendet und dessen Fähigkeit demonstriert, zu untersuchen, wie die Polymerisationsdynamik verschiedene allgemeine und lokale Mikrostrukturmerkmale wie Domänengröße und Porengrößenverteilung beeinflusst und wie sich diese Merkmale auf die Transporteigenschaften auswirken.
„Unser Ziel ist es, einen Rahmen zu schaffen, der es ermöglicht, nicht nur die Bildung von Mikrostrukturen mithilfe physikbasierter Modelle zu verstehen und ihre effektiven Eigenschaften zu bewerten, sondern auch zu erkennen, welche Mikrostrukturmerkmale unterschiedliche Eigenschaften bestimmen und wie sie dies tun“, sagte Tae Wook Heo, Wissenschaftler am LLNL und Co-Autor des Artikels.
Dieser Ansatz bietet einen neuartigen Rahmen für die Beurteilung der Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen in porösen Materialien auf Polymerbasis und ebnet den Weg für die Entwicklung fortschrittlicher Materialien.
„Das Verständnis dieser Zusammenhänge kann als Orientierung für die Verarbeitungsverfahren dienen, mit denen spezifische Mikrostrukturen maßgeschneidert werden können, um die gewünschten Eigenschaften polymerer poröser Materialien für verschiedene Anwendungen, wie etwa Membranen, zu erreichen“, sagte Jürgen Biener, Wissenschaftler am LLNL und Co-Autor des Artikels.
Die LLNL-Wissenschaftlerin Sijia Huang hat ebenfalls zu diesem Artikel beigetragen.
Mehr Informationen:
Longsheng Feng et al., Integriertes Framework zur Modellierung der Mikrostrukturentwicklung und Entschlüsselung der Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehung in polymeren porösen Materialien, ACS Angewandte Materialien und Schnittstellen (2024). DOI: 10.1021/acsami.4c03011