Accelerated design of solid bio-based foams for plastics substitutes

材料科学 纳米技术 高分子科学 复合材料
作者
Isaac Yair Miranda‐Valdez,Tero Mäkinen,Sebastian Coffeng,Axel Päivänsalo,Luisa Jannuzzi,Leevi Viitanen,Juha Koivisto,Mikko J. Alava
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
被引量:2
标识
DOI:10.1039/d4mh01464b
摘要

Biobased substitutes for plastics are a future necessity. However, the design of substitute materials with similar or improved properties is a known challenge. Here we show an example case of optimizing the mechanical properties of a fully biobased methylcellulose-fiber composite material. We tackle the process-structure-property paradigm using Bayesian optimization with Gaussian process regression to map the processed material composition to the final mechanical properties of new bio-based solid foams. We exploited the fast-to-measure rheological properties of the liquid biofiber suspensions processed into foams to show how these collapse to an auxiliary sub-space of low dimensionality for design. The optimal compositions for methylcellulose-fiber foams shown here correspond to two distinct cases: high methylcellulose content for the formation of strong closed-cell foams, and high fiber contents with approximately equal amounts of methylcellulose for the formation of methylcellulose-bound fiber networks. The novel approach is transferable to other biobased foam compositions with different fibers and additives. This new approach allows the rational design of bio-based plastics replacements by encompassing desired final material properties, descriptors of materials processed, and knowledge of the process.
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