Name: advanced self-healing asphalt reinforced by graphene structures: an atomistic insight
Uploaded: 2022-05-31T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Advanced Self-Healing Asphalt Reinforced by Graphene Structures: An Atomistic Insight at JoVE.com

المؤلفون ممتنون للدعم المقدم من منحة البحوث الاستراتيجية من جامعة مدينة هونغ كونغ مع المشروع رقم 7005547 ، والدعم المقدم من مجلس المنح البحثية (RGC) في منطقة هونغ كونغ الإدارية الخاصة ، الصين ، مع المشروع رقم. R5007-18 ، والدعم المقدم من لجنة شنتشن للعلوم والتكنولوجيا للابتكار في إطار المنحة JCYJ20170818103206501.

1. بناء النماذج الذرية
<ol><li>افتح برنامج Materials Studio لإنشاء خمس وثائق ذرية 3D وإعادة تسمية هذه المستندات على أنها جرافين ، أسفلتين ، عطريات قطبية ، عطريات النفثين ، وتشبع ، على التوالي.</li>
	<li>قم ببناء نموذج الجرافين عن طريق إنشاء خلية وحدة ورقة الجرافين في المستند الذري 3D باستخدام خيار...

والخطوات الحاسمة في إطار الجزء المتعلق بالبروتوكول هي كما يلي: الخطوة 1-4 - بناء وتعبئة الأنواع الأربعة من جزيئات الأسفلت؛ والخطوة 1-4 - بناء وتعبئة الأنواع الأربعة من جزيئات الأسفلت؛ والخطوة 1-4 - بناء وتعبئة الأنواع الأربعة من جزيئات الأسفلت؛ والخطوة 1-4 - بناء وتعبئة الأنواع الأربعة من جزيئا?...

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Atomistic models of asphalt and graphene/Materials Studio</td>
			<td>BIOVIA</td>
			<td>Materials Studio 8.0</td>
			<td>The atomistic models are built for molecular dynamics simulations.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator Package</td>
			<td>Sandia National Laboratories</td>
			<td>lammps-stable20</td>
			<td>The equilibrium is achieved under NPT ensemble, and the atomistic models get self-healed.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OVITO</td>
			<td>Materials Science Department of Technische Universit&#228;t Darmstadt, Germany</td>
			<td>ovito-basic-3.1.0-win64</td>
			<td>The self-healing behaviors of the atomistic models are visualized.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Origin</td>
			<td>OriginLab</td>
			<td>Origin 2018 64Bit</td>
			<td>The contours of the atom numbers of the trajectory are drawn and analyzed.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

advanced self-healing asphalt reinforced by graphene structures: an atomistic insight

يمكن للجرافين تحسين خصائص الشفاء الذاتي للأسفلت مع متانة عالية. ومع ذلك ، فإن سلوكيات الشفاء الذاتي للمركب النانوي الأسفلتي المعدل بالجرافين ودور الجرافين المدمجين لا تزال غير واضحة في هذه المرحلة. في هذه الدراسة ، يتم التحقيق في خصائص الشفاء الذاتي للأسفلت النقي والأسفلت المعدل بالجرافين من خلال محاكاة الديناميكا الجزيئية. يتم إدخال كتل الأسفلت مع اثنين من عرض الشقوق ومواقع الجرافين ، ويتم تحليل التفاعلات الجزيئية بين مكونات الأسفلت وورقة الجرافين. أظهرت النتائج أن موقع الجرافين يؤثر بشكل كبير على سلوكيات الشفاء الذاتي للأسفلت. يمكن للجرافين بالقرب من سطح الكراك تسريع عملية الشفاء الذاتي بشكل كبير من خلال التفاعل مع الجزيئات العطرية من خلال التراص π π ، في حين أن الجرافين في المنطقة العليا من طرف الكراك له تأثير طفيف على العملية. تمر عملية الشفاء الذاتي للأسفلت من خلال إعادة توجيه جزيئات الأسفلتين والعطرية القطبية والنفثين العطرية ، وجسر جزيئات التشبع بين أسطح الشقوق. يساهم هذا الفهم المتعمق لآلية الشفاء الذاتي في معرفة تعزيز خصائص الشفاء الذاتي ، مما سيساعد على تطوير أرصفة أسفلتية دائمة.

محيط عدد الذرات يوضح الشكل 3 ملامح عدد ذرات نماذج الأسفلت النقي والأسفلت المعدل بالجرافين في مستوى yz ، حيث يعرض شريط اللون من الأزرق إلى الأحمر أرقام ذرات تتراوح من 0 إلى 28. يوضح الشكل 3a-c محيط عدد ذرات الهياكل بعرض صدع 15 Å في الأس?...

Watch this Scientific Journal Video about Advanced Self-Healing Asphalt Reinforced by Graphene Structures: An Atomistic Insight at JoVE.com

Advanced Self-Healing Asphalt Reinforced by Graphene Structures: An Atomistic Insight

أظهر مركب الأسفلت النانوي المعدل بالجرافين قدرة متقدمة على الشفاء الذاتي مقارنة بالأسفلت النقي. في هذا البروتوكول ، تم تطبيق محاكاة الديناميكا الجزيئية من أجل فهم دور الجرافين في عملية الشفاء الذاتي واستكشاف آلية الشفاء الذاتي لمكونات الأسفلت من المستوى الذري.

الأسفلت المتقدم ذاتي الشفاء المعزز بهياكل الجرافين: رؤية ذرية

Graphene can improve the self-healing properties of asphalt with high durability. However, the self-healing behaviors of graphene-modified asphalt ...

يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الشفاء الذاتي للصدع بالكامل في مركبات النانو القائمة على الأسفلت ، وكيف يمكن للجرافيت تحسين قدرة الأسفلت. يمكن لهذه التقنية تحليل السلوكيات المادية التي لا يمكن تقييمها بسهولة عن طريق التجارب ، ويمكن أن توفر المعلومات الأساسية حول آلية الشفاء الذاتي على المستوى الذري. يمكن أن توفر هذه الطريقة نظرة ثاقبة على الفيزياء الأساسية للتطور الديناميكي في أنظمة المواد المختلفة بما في ذلك الأنظمة غير العضوية غير العضوية والواجهات ذات الصلة ، أو حتى التحديق في الجزيئات الكهربائية.إذا لم تكن على دراية بهذه التقنية ، فيجب على المرء أن يفهم النظرية الأساسية للمحاكاة الديناميكية للجزيئات ومعرفة المعنى الأساسي لكل أمر قبل إجراء أي عمليات محاكاة. لبدء فتح برنامج استوديو المواد ، ثم قم بإنشاء مستند ذري ثلاثي الأبعاد للجرافين وبناء نموذج الجرافين باستخدام خيار ذرة الرسم. بعد استيراد ملف MSI نقطة الجرافيت إلى استوديو المواد ، في قائمة الإنشاء تحت التماثل ، قم ببناء الهيكل النهائي باستخدام خيار الخلية الفائقة.حدد حجم ورقة الجرافين على أنه 40 × 40 أنغستروم ، وهو أكبر من سلاسل الأسفلت في عرض الكراك. بعد ذلك ، لبناء وتعبئة الأنواع الأربعة من جزيئات الأسفلت ، قم بإنشاء الوثائق الذرية ثلاثية الأبعاد للأسفلتين والعطريات القطبية وعطريات الناثين والتشبع بشكل منفصل. ثم باستخدام خيار رسم الذرة ، ارسم الهياكل الجزيئية لهذه الجزيئات.بعد ذلك ، باستخدام خيار الحساب من قائمة الخلايا غير المتبلورة تحت الوحدات النمطية ، قم بتعبئة هذه الأنواع الأربعة من جزيئات الأسفلت في مربع المحاكاة. ثم ، لبناء هيكل الأسفلت مع الكراك ، اضبط ارتفاع منطقة الكراك في البعد X ، تماما مثل ارتفاع الصندوق البالغ 70 أنغستروم ، واضبط عمق منطقة الكراك في البعد Y على نصف ارتفاع الصندوق على أنه 35 أنغستروم. اضبط حالتين من عرض الكراك في البعد Z من 15 و 35 angstroms.بعد ذلك ، باستخدام خيار الحذف ، احذف الجزيئات الزائدة في مناطق التصدع في المنطقة الوسطى السفلية من كتلة الأسفلت ، واحتفظ بمصفوفة الأسفلت في المنطقة الوسطى دون تغيير. لتحقيق التوازن ، ضع صندوق المحاكاة بأكمله مسترخيا تماما بعد 500 بيكو ثانية تحت مجموعة متساوي الحرارة متساوي الحرارة مع درجة حرارة 300 كلفن في ضغط 1 الغلاف الجوي. ثم ، باستخدام الأمر الحراري ، قم بموازنة الجزء الأكبر من الأسفلت مع قيمة الكثافة المطلوبة للقياسات التجريبية من خلال الفحص المستمر لدرجة الحرارة والضغط والكثافة وقيم الطاقة.تحقق من تقارب الطاقة الكامنة في متوسط الإزاحة المربعة في النظام بأكمله لتحقيق حالة الاسترخاء التام. بعد ذلك ، لإجراء عملية الشفاء الذاتي ، اضبط صندوق المحاكاة بالكامل تحت المجموعة متساوية الحرارة متساوي الحرارة بدرجة حرارة 300 كلفن وضغط 1 غلاف جوي. ثم ، قم بإزالة قيود جزيئات الأسفلت على محيط منطقة الكراك.تتبع وتسجيل حجم مربع المحاكاة في إحداثيات الذرات. ثم استخدم أمر التفريغ للمعالجة اللاحقة. وأخيرا، متوسط نتائج المحاكاة أثناء عملية الشفاء الذاتي على مدى 3 تكوينات مستقلة مع 3 بذور سرعة أولية مختلفة لتقليل الأخطاء العشوائية.لتصور سلوكيات الشفاء الذاتي وتقدم المحاكاة ، افتح أداة التصور المفتوحة OVITO"ثم افتح ملفات المسار بتنسيق LAMMPS TRJ الذي تم إنشاؤه بواسطة LAMMPS. سجل لقطات عملية الشفاء الذاتي ، ثم ، باستخدام أمر العرض ، تتبع مسارات جزيئات الأسفلت. بعد ذلك ، لتحليل محيط رقم الذرة ، قم بتصدير إحداثيات الذرات من ملفات المسار إلى برنامج تحليل البيانات والرسوم البيانية.اعرض إحداثيات الذرات في النظام بأكمله على مستوى YZ ، ثم سجل أرقام الذرات في مناطق مختلفة من مستوى YZ وارسم الكفاف بألوان مختلفة. بعد ذلك ، قم بتحليل حركة الذرة لمكونات الأسفلت المختلفة عن طريق حساب متوسط الإزاحة التربيعية باستخدام أمر حساب MSD. ثم باستخدام أمر حساب RDF و LAMMPS ، احسب المواقع النسبية بين جزيئات الجرافين والأسفلت بواسطة عامل التوزيع الشعاعي ، أو منحنيات RDF ، لأنظمة الأسفلت المعدلة بيانيا مع عرض صدع أنغستروم 15 و 35.أخيرا ، ارسم منحنيات RDF للتحقق من كيفية اختلاف كثافة الأسفلت كدالة للمسافة من ورقة الجرافين. بالنسبة للأسفلت النقي ، يحدث الشفاء الذاتي الكامل بعد 300 بيكو ثانية. تنخفض منطقة الكراك بشكل حاد عند 50 ، وتختفي تقريبا في 200 بيكو ثانية.يمكن أن يؤدي إدخال الجرافين على يسار سطح الكراك إلى تسريع عملية الشفاء الذاتي بشكل كبير. تقصر فترة الشفاء إلى 200 بيكو ثانية ، مع انخفاض عرض الكراك بشكل كبير عند 20 ، ويختفي تقريبا في حوالي 150 بيكو ثانية. تحسنت سلوكيات الشفاء الذاتي بشكل كبير عندما تكون ورقة الجرافين على سطح الكراك الأيسر.عندما يتم وضع الجرافين على سطح الكراك الأيسر ، تحسنت حركات العطريات القطبية ، وعطريات الناثين ، والجرافين بشكل كبير مقارنة بالأسفلت النقي. تظهر قيم RDF بين الجرافين على سطح الكراك الأيسر في مكونات الأسفلت لنموذج عرض صدع أنغستروم 15 أن الجزيئات العطرية والأسفلت تقترب من ورقة الجرافين ، وخاصة الجزيئات العطرية القطبية وجزيئات النافين العطرية. حيث يكون نموذج عرض صدع أنغستروم 35 قيم RDF التي تتجاوز 4 angstroms أكثر وضوحا من تلك الموجودة في نموذج عرض صدع angstrom 15 لأن الأسفلت لديه مساحة أكبر للانتشار والتحرك نحو الجرافين في منطقة الكراك الأكبر.من المهم جدا تعيين صدع معقول في نموذج الأسفلت مع ضمان الحفاظ على الكراك بشكل جيد وتوازن النظام بالكامل. يمكن إجراء نمذجة الحبوب التكلفة بناء على هذا الإجراء لاحتضان مجموعة أوسع من مقياس الطول ، ويتم جلب المزيد من الشفاء الذاتي للكراك في الأسفلت على مستويات مختلفة. يمكن لهذه التقنية مراقبة وتحسين البنية الجزيئية لحشوات النانو بتصميم خاص ، مثل العيوب وبنية الصور والمجموعات الوظيفية للتحسين المتقدم لمركبات النانو القائمة على الأسفلت.

Research

JoVE Journal

Engineering

Synthesis and Functionalization of 3D Nano-graphene Materials: Graphene Aerogels and Graphene Macro Assemblies

التوليف وFunctionalization من 3D مواد النانو الجرافين: الجرافين Aerogels والجرافين جمعيات الكلية

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

دمج ضوء الاصطياد الفضة النانوية في مهدرج الجريزوفولفين سيليكون الخلايا الشمسية عن طريق التحويل الطباعة

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Preparation of ZnO Nanorod/Graphene/ZnO Nanorod Epitaxial Double Heterostructure for Piezoelectrical Nanogenerator by Using Preheating Hydrothermal

إعداد أكسيد الزنك Nanorod / الجرافين / أكسيد الزنك Nanorod الفوقي Heterostructure مزدوجة لPiezoelectrical Nanogenerator باستخدام التسخين الحرارية المائية

Well-aligned ZnO nanostructures have been intensively studied over the last decade for remarkable physical properties and enormous applications. Here, we ...

Strain Sensing Based on Multiscale Composite Materials Reinforced with Graphene Nanoplatelets

سلالة الاستشعار استنادا متعددة النطاقات المواد المركبة مسلح مع الجرافين Nanoplatelets

The electrical response of NH2-functionalized graphene nanoplatelets composite materials under strain was studied. Two different manufacturing methods are ...

Scanning SQUID Study of Vortex Manipulation by Local Contact

مسح دراسة الحبار من التلاعب دوامة من الاتصال المحلي

Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual ...

Experimental Protocol to Determine the Chloride Threshold Value for Corrosion in Samples Taken from Reinforced Concrete Structures

بروتوكول تجريبي لتحديد قيمة العتبة كلوريد للتآكل في العينات المأخوذة من هياكل الخرسانة المسلحة

The aging of reinforced concrete infrastructure in developed countries imposes an urgent need for methods to reliably assess the condition of these ...

Atmospheric Pressure Fabrication of Large-Sized Single-Layer Rectangular SnSe Flakes

الضغط الجوي تصنيع رقائق سنسي مستطيلة طبقة واحدة كبيرة الحجم

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for ...

An Efficient Method for Selective Desalination of Radioactive Iodine Anions by Using Gold Nanoparticles-Embedded Membrane Filter

طريقة فعالة لتحلية المياه انتقائية من الأنيونات اليود المشع باستخدام عامل تصفية الذهب غشاء جزءا لا يتجزأ من جسيمات نانوية

Here, we demonstrate a detail protocol for the preparation of nanomaterials-embedded composite membranes and its application to the efficient and ...

Multiscale Structures Aggregated by Imprinted Nanofibers for Functional Surfaces

هياكل متعددة النطاقات تجميعه بواسطة النانو مطبوع للأسطح الوظيفية

Multiscale surface structures have attracted increasing interest owing to several potential applications in surface devices. However, an existing ...

Preparation of Graphene Liquid Cells for the Observation of Lithium-ion Battery Material

إعداد خلايا السائل الجرافين لمراقبة المواد بطارية ليثيوم أيون

In this work, we introduce the preparation of graphene liquid cells (GLCs), encapsulating both electrode materials and organic liquid electrolytes between ...