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

Forfatterne er takknemlige for støtten fra City University of Hong Kong Strategic Research Grant med Project No. 7005547, støtten fra Research Grants Council (RGC) i Hong Kong Special Administrative Region, Kina, med prosjektnr. R5007-18, og støtten fra Shenzhen Science and Technology Innovation Committee under tilskuddet JCYJ20170818103206501.

1. Bygg de atomistiske modellene
<ol><li>Åpne Materials Studio-programvaren for å lage fem 3D-atomistiske dokumenter og gi nytt navn til disse dokumentene som henholdsvis grafen, asfalt, polar aromatikk, naftalen aromatikk og mettet.</li>
	<li>Bygg grafenmodellen ved å opprette enhetscellen for grafenarket i det 3D-atomistiske dokumentet ved hjelp av alternativet Skisse atom .</li>
	<li>Konstruer den endelige strukturen ved hjelp av Supercell-alternativet på Bygg > symmetri...

De kritiske trinnene i Protokoll-delen er som følger: trinn 1.4 - Bygg og pakk de fire typer asfaltmolekyler; trinn 1.5 - Bygg asfaltstrukturen med sprekken; trinn 2.3 - Oppnå likevekten; trinn 2.4 - Utfør selvhelbredelsesprosessen. Disse trinnene angir det mest sammenhengende og viktige innholdet i protokollen. For å lage de ønskede formene til den innsatte sprekken, endres pakkeprosessen sammenlignet med den vanlige pakkingen i Materials Studio. Sprekkformen opprettes og fylles inne i simuleringsboksen, og derette...

Forverring under daglige kjøretøybelastninger og variantmiljøforhold, og aldring av asfalt under service resulterer i nedbrytning eller til og med strukturelle feil, det vil si sprekker og raveling, noe som ytterligere kan svekke holdbarheten til asfaltbelegg. Asfaltens iboende respons på å reparere mikrosprekker og hulrom hjelper den automatisk med å komme seg etter skader og gjenopprette styrke1. Denne selvhelbredende evnen kan forlenge asfaltens levetid betydelig, spare kostnader ved vedlikehold og redusere utslipp av klimagasser 2,3. Asfaltens selvhelbredende oppførsel avhenger generelt av flere påvirkningsfaktorer, inkludert dens kjemiske sammensetning, graden av skade og miljøforhold4. Den forbedrede selvhelbredende evnen til asfalt som fullt ut kan helbrede skade innen kort tid, er ønsket; Dette har vakt stor forskningsinteresse i bedre mekanisk ytelse og holdbarhet for asfaltbelegg innen byggteknikk.
Nye metoder for å forbedre asfaltens selvhelbredende evne inkluderer hovedsakelig tre tilnærminger - induserer oppvarming, innkapslingsheling og inkorporerer nanomaterialer - som kan brukes individuelt eller samtidig5,6. Induserende oppvarming kan forbedre asfaltens mobilitet betydelig og aktivere sin selvhelbredelse for utvinning7. Asfaltens selvhelbredende teknologi ved å indusere oppvarming kan tilskrives den assisterte selvhelbredende teknikken, noe som indikerer at asfaltens selvhelbredende egenskaper forbedres av ytre stimuli. Målet med å legge til stålullfibrene er å forbedre den elektriske ledningsevnen for å øke den helbredende kapasiteten til asfaltbinderen.8. Tilnærmingen til å indusere varme er å eksponere disse elektrisk ledende fibrene til det høyfrekvente vekslende elektromagnetiske feltet, noe som kan indusere virvelstrømmer, og varmeenergien kan spre seg inn i asfaltbinderen av de ledende fibrene.9. Stålullfibrene forbedrer ikke bare den elektriske ledningsevnen, men også termisk ledningsevne, som begge kan påvirke asfaltens selvhelbredende egenskaper positivt. Det er imidlertid utfordrende å velge riktig blandetid for fibre10. Lengden på fibrene reduseres med økt blandetid og påvirker termisk ledningsevne, mens den reduserte blandingstiden fører til klynger av fibre og hindrer asfaltens mekaniske egenskaper.9. Innkapslingsmetoden kan levere lette komponenter i alderen asfalt som aromatiske stoffer og mette og oppdatere asfaltens selvhelbredende evne11,12. Dette er imidlertid en engangsbehandling, og helbredende materialer kan ikke etterfylles etter utgivelsen. Med utviklingen av nanoteknologi har nanomaterialer blitt lovende modifikatorer for å forbedre asfaltbaserte materialer. Asfaltbindere inkorporert med nanomaterialer gir bedre termisk ledningsevne og mekaniske egenskaper13. Grafen med utmerket mekanisk ytelse og høy termisk ytelse anses som en utmerket kandidat til å forbedre asfaltens selvhelbredende evne14,15,16,17. De økte helbredende egenskapene til grafenmodifisert asfalt kan tilskrives det faktum at grafen øker kapasiteten til asfaltbinderen som skal varmes opp og produserer varmeoverføring inne i asfaltbinderen, noe som betyr at grafenmodifisert asfalt kan oppvarmes raskere og nå opp til høyere temperatur enn ren asfalt.18. Den genererte varmen kan overføres gjennom den grafenmodifiserte asfalten med raskere hastighet enn gjennom ren asfalt. Sprekkområdet til asfaltbinderen kan påvirkes lett og helbredes raskere av varmestrømmen med høyere temperatur og høyere varmekapasitet. Den selvhelbredende reaksjonen vil begynne hvis energien som er lik eller større enn den helbredende aktiveringsenergien eksisterer på asfaltens sprekkoverflate19. Grafen kan forbedre den termiske aktiveringshelingsytelsen og akselerere helbredelseshastigheten til asfalt19,20. Dessuten kan grafen spare oppvarmingsenergi opptil 50% under helbredelsesprosessen, noe som kan være til nytte for energieffektiviteten og redusere vedlikeholdskostnadene21. Som et mikrobølgeabsorberende materiale rapporteres grafen for å forbedre asfaltens helbredende evne i resten av mikrobølgeoppvarmingen.22. Det forventes at tilsetningen av grafen i asfalt vil forbedre ikke bare den mekaniske ytelsen, men også den selvhelbredende og energibesparende kapasiteten, noe som krever inngående kunnskap om selvhelbredelsesmekanismen.
Selvhelbredelse på nanoskala skyldes hovedsakelig fukting og diffusjon av asfaltmolekyler ved de oppsprukne ansiktene23. Siden asfalt består av ulike polare og ikke-polare molekyler, er dens selvhelbredende evne sterkt knyttet til molekylære interaksjoner og bevegelser av asfaltmolekyler av forskjellige komponenter1. Imidlertid er dagens forskning hovedsakelig avhengig av eksperimentelle teknikker for å kvantifisere makroskopiske mekaniske egenskaper, noe som forårsaker manglende informasjon i endring av mikrostrukturer og samspillet mellom asfaltmolekyler når du prøver å forstå helbredelsesmekanismen. Den forsterkende mekanismen til grafen i asfaltens selvhelbredende evne er også uklar på dette stadiet. Molekylære dynamikksimuleringer (MD) spiller en innflytelsesrik rolle i å undersøke molekylære interaksjoner og bevegelser av nanokomposittsystemer, og koble mikrostrukturell deformasjon med molekylære interaksjoner og bevegelser 24,25,26,27,28,29,30,31 . MD-simuleringer har blitt mer og mer populære for å analysere materiell atferd som ikke lett kan nås av eksperimenter 32,33. Eksisterende studier har vist gjennomførbarhet og tilgjengelighet av MD-simuleringer i asfaltsystemer; sammenhengen, vedheft, aldring og termomekaniske egenskaper til asfalt- og asfaltkompositter kan utforskes av MD-simuleringer 34,35,36,37. Den selvhelbredende oppførselen til asfalt kan også forutsies av MD-simuleringer 38,39,40. Derfor antas det at undersøkelsen ved hjelp av MD-simuleringer er en effektiv måte å forstå både selvhelbredende og forsterkende mekanismer.
Hensikten med denne studien er å undersøke selvhelbredende oppførsel av ren asfalt og grafenmodifiserte asfalt nanokompositter og å forstå grafenens rolle i å forbedre asfaltens helbredende kapasitet gjennom MD-simuleringer. De selvhelbredende simuleringene av ren asfalt og grafenmodifiserte asfaltkompositter utføres ved å introdusere sprekker i de opprinnelige strukturene. De selvhelbredende egenskapene er preget av konturen av atomtall, reorientering og sammenfiltring av molekyler i det oppsprukne ansiktet, og mobiliteten til asfaltkomponenter under selvhelbredende prosesser. Ved å undersøke den helbredende effektiviteten til grafen på forskjellige steder, avdukes den forsterkende mekanismen for grafen som bidrar til asfaltens selvhelbredende evner, noe som kan hjelpe med overvåking av nanofyllere på en optimal måte og dermed muliggjøre levetidsforlengelsen av asfaltbelegg. En undersøkelse av selvhelbredende kapasitet i atomistisk skala kan gi en effektiv måte å utvikle avanserte asfaltbaserte materialer for fremtidig forskning.
I henhold til asfaltkjemi består asfalt av ulike typer hydrokarboner og ikke-hydrokarboner med forskjellig polaritet og former, som hovedsakelig kan deles inn i de fire komponentene av asfalt, polar aromatikk, naftalen aromatikk og mettet41,42. Asfaltmolekyler er relativt større og tyngre enn andre molekyler i asfalt, med en gjennomsnittlig atommasse på ca. 750 g/mol og en molekylær diameter i området 10-20 Å. Det har blitt allment akseptert at asfalt består av store aromatiske kjerner som inneholder heteroatomer og er omgitt av forskjellige lengder av alkylgruppe43. Et modifisert asfaltmolekyl er konstruert, som vist i figur 1a. Molekylene av polar aromatikk og naftalen aromatikk er konstruert basert på polariteten og elementforholdet mellom asfaltmolekyler, med benzobisbenzothiophene (C18H10S2) som representerer det polare aromatiske molekylet og 1,7-dimetylnaftalen (C12H12) valgt som det representative naftalen aromatiske molekylet, som vist i figur 1b. N-dokosan (n-C 22H46) er konstruert som vist i figur 1d. Parametrene som er oppført i tabell 1 for asfaltmolekyler, velges og brukes til å oppfylle de ønskede kriteriene, inkludert elementær massefraksjon, atomforholdet og det aromatiske/alifatiske forholdet, av ekte asfalt fra forsøk41. Det samme masseforholdet er definert i våre tidligere studier, og de andre termomekaniske egenskapene som tetthet, glassovergangstemperatur og viskositet er i god samsvar med eksperimentelle data fra ekte asfalt36. Den molekylære strukturen av grafen som brukes i denne studien er vist i figur 1e. Det vedtatte grafenarket i denne studien har ingen feil og ingen fold i forhold til det virkelige tilfellet, mens det virkelige grafenarket vanligvis har flere feil som atomiske ledige stillinger og Stone-Wales-feil44, og noen av grafenplatene kan brettes under blandingsprosessen i asfaltmatrisen45. Disse ufullkomne situasjonene vurderes ikke i denne studien, siden vi fokuserer på effekten av grafenarkets sted på de selvhelbredende egenskapene og velger det som den eneste variabelen. Variablene av grafenark når det gjelder feil og brettede tilfeller vil være fokus for våre fremtidige studier. Masseforholdet mellom grafen og asfalt i denne studien er 4,75%, som er den normale situasjonen (<5%) for grafenmodifisert asfalt i forsøket46,47.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63303/63303fig01.jpg"> Figur 1: Kjemisk struktur. De atomistiske modellene av (a) asfaltmolekyl (C53H55NOS), (b) naftalen aromatisk molekyl (C12H12), (c) polar aromatisk molekyl (C18H10S2), (d) mettet molekyl (C22H46), (e) grafen og (f) ren asfalt. For den atomistiske asfaltmodellen vises karbon-, oksygen-, nitrogen-, svovel- og hydrogenatomer i henholdsvis grå, rød, blå, gul og hvit. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63303/63303fig01large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Asfaltmodell</td>
			<td>Masse (g/mol)</td>
			<td>Kjemisk formel</td>
			<td>Antall molekyler</td>
			<td>Total masse (g/mol)</td>
			<td>Massebrøk (%)</td>
		</tr>
<tr>
<td>Asfalt</td>
			<td>754.04</td>
			<td>C53H55NOS</td>
			<td>43</td>
			<td>32423.72</td>
			<td>26</td>
		</tr>
<tr>
<td>Naftalen aromatisk</td>
			<td>156.22</td>
			<td>C12H12
</td>
			<td>65</td>
			<td>10154.3</td>
			<td>8</td>
		</tr>
<tr>
<td>Polar aromatisk</td>
			<td>290.38</td>
			<td>C18H10S2
</td>
			<td>74</td>
			<td>21485.16</td>
			<td>17</td>
		</tr>
<tr>
<td>Mette</td>
			<td>310.59</td>
			<td>C22H46
</td>
			<td>205</td>
			<td>63670.95</td>
			<td>49</td>
		</tr>
<tr>
<td>Asfaltperm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>387</td>
			<td>127734.13</td>
			<td>100</td>
		</tr>
<tr>
<td>Grafen</td>
			<td>6369.28</td>
			<td>C525H63
</td>
			<td>1</td>
			<td>6369.28</td>
			<td></td>
		</tr>
</tbody></table>Tabell 1: Generelle komponenter i ren asfaltmodell og grafenmodifisert asfaltmodell.
Når det gjelder protokollen beskrevet nedenfor, settes to typer kilelignende sprekker med forskjellige størrelser inn i midten av asfaltmodellen med en stump sprekkspiss og to parallelle sprekkflater, mens det midterste området av asfaltdelen forblir intakt. To sprekkbredder velges som 15 Å og 35 Å, som vist i figur 2a-b. Begrunnelsen for å velge 15 Å er at sprekkbredden skal være bredere enn avskjæringen på 12 Å for å unngå tidlig selvhelbredelse av asfaltmolekyler under likevektsprosessen mens man undersøker en ekstrem sak for en liten sprekk. Begrunnelsen for å velge 35 Å er at sprekkbredden skal være bredere enn lengden på metningsmolekylene på 34 Å for å hindre broeffekten. Sprekkens høyde er 35 Å, det samme som boksbredden, og sprekkdybden er 70 Å, det samme som bokslengden. I den virkelige situasjonen kan de observerte mikrosprekkstørrelsene varieres i området fra flere mikrometer til flere millimeter, noe som er langt større enn lengdeskalaen vi modellerer her. Normalt er lengdeskalaen i MD-simulering begrenset til skalaen på 100 nm, som fortsatt er flere størrelsesordener mindre enn den virkelige sprekkstørrelsen. Sprekkene starter imidlertid på nanoskalaen og vokser til makroskala sprekker med kontinuerlig deformasjon48. Forståelsen av selvhelbredende mekanismen på nanoskalaen kan bidra til å forhindre vekst og videre forplantning av sprekken i makroskalaen. Selv om de valgte sprekkstørrelsene er innenfor rekkevidden av nanometer, kan resultatene fortsatt være innflytelsesrike og anvendelige for å utforske selvhelbredende oppførsel av asfaltmolekyler. Det er to steder for grafenplatene i sprekkområdene: den ene er på toppen av sprekkspissen og den andre er vinkelrett på venstre sprekkflate. Det har blitt funnet at disse er de vanligste posisjonene for grafen i grafenmodifiserte nanokompositter med sprekker49.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63303/63303fig02.jpg"> Figur 2: Selvhelbredende ordninger for ren asfalt og grafenmodifisert asfalt. Den selvhelbredende modellen av ren asfalt med en sprekkbredde på (a) 15 Å og (b) 35 Å. Den selvhelbredende modellen av grafenmodifisert asfalt med grafenplaten ligger (c) øverst på sprekkspissen og (d) vinkelrett på sprekkoverflaten. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63303/63303fig02large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
I MD-simuleringer er de intramolekylære og intermolekylære interaksjonene i asfalt nanokomposittene beskrevet av Consistent Valence Forcefield (CVFF)50, som fungerer godt med asfalt- og grafenbaserte materialer. Den funksjonelle formen for CVFF uttrykkes som følgende uttrykk:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/63303/63303eq01v2.jpg"> 1
Her består den totale energi-E-summen av bindingsenergibetingelsene og de ikke-limte energibetingelsene. De limte interaksjonene består av den kovalente bindingsstrekkingen, bindingsvinkelbøyeenergien, torsjonsvinkelrotasjonen og feil energi som uttrykt i de fire første termene. Den ikke-limte energien inkluderer en LJ-12-6-funksjon for van der Waals (vdW)-begrepet og en Coulombic-funksjon for elektrostatiske interaksjoner. CVFF har vært mye brukt i å simulere asfaltmaterialer51,52. De simulerte fysiske og mekaniske egenskapene som tetthet, viskositet og bulkmodul er i god samsvar med eksperimentelle data, noe som viser påliteligheten til CVFF51. CVFF er ikke bare egnet for uorganiske materialer, men det har også blitt brukt med hell i konstruksjoner som består av organiske og uorganiske faser som asfalt-silika52 og systemet med epoksy-grafen53. I tillegg kan de interfaciale interaksjonene mellom grafen og asfalt karakteriseres av CVFF36,54. Siden hoveddelen i valg av kraftfelt er å bestemme asfalt-grafengrensesnittet, er de ikke-bindede interaksjonene beskrevet av CVFF mer pålitelige, noe som også vurderes i vår forrige studie36. Samlet sett er forcefield CVFF vedtatt i denne studien. De delvise ladningene for ulike typer atomer beregnes ved hjelp av den forcefield-tilordnede metoden.

<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

Grafen kan forbedre de selvhelbredende egenskapene til asfalt med høy holdbarhet. Imidlertid er selvhelbredende oppførsel av grafenmodifisert asfalt nanokompositt og rollen som innlemmet grafen fortsatt uklar på dette stadiet. I denne studien undersøkes de selvhelbredende egenskapene til ren asfalt og grafenmodifisert asfalt gjennom molekylære dynamikksimuleringer. Asfaltmasser med to sprekkbredder og steder for grafen innføres, og molekylære interaksjoner mellom asfaltkomponenter og grafenarket analyseres. Resultatene viser at plasseringen av grafen påvirker asfaltens selvhelbredende oppførsel betydelig. Grafen nær sprekkoverflaten kan i stor grad akselerere selvhelbredelsesprosessen ved å samhandle med de aromatiske molekylene gjennom π-π stabling, mens grafen på det øverste området av sprekkspissen har en liten innvirkning på prosessen. Den selvhelbredende prosessen med asfalt går gjennom reorientering av asfalt, polar aromatisk og naftalen aromatiske molekyler, og brobygging av mettede molekyler mellom sprekkflater. Denne dyptgående forståelsen av selvhelbredende mekanismen bidrar til kunnskapen om forbedringen for selvhelbredende egenskaper, noe som vil bidra til å utvikle holdbare asfaltbelegg.

Konturen av atomnummer Konturene av atomnummeret til rene asfalt- og grafenmodifiserte asfaltmodeller i yz-planet er vist i figur 3, der fargelinjen fra blå til rød viser atomtall som varierer fra 0 til 28. Figur 3a-c illustrerer konturen av atomnummeret til strukturene med 15 Å sprekkbredde i ren asfalt og asfalt nanokompositter modifisert av grafen på sprekkspissen og sprekkoverflaten. For ren asfalt op...

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

Grafenmodifisert asfalt nanokompositt har vist en avansert selvhelbredende evne sammenlignet med ren asfalt. I denne protokollen har molekylære dynamikksimuleringer blitt brukt for å forstå grafenens rolle i selvhelbredelsesprosessen og for å utforske selvhelbredende mekanisme for asfaltkomponenter fra atomistisk nivå.

Avansert selvhelbredende asfalt forsterket av grafenstrukturer: En atomistisk innsikt

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

Denne metoden kan bidra til å svare på hele sprekk selv-helbreder i asfalt basert nano kompositter, og hvordan grafitt kan forbedre kapasiteten til asfalter. Denne teknikken kan analysere materiell atferd som ikke lett kan vurderes ved eksperimenter, og kan gi den underliggende informasjonen om selvhelbredende mekanismen på et atomistisk nivå. Denne metoden kan gi innsikt i grunnleggende fysikk for dynamisk evolusjon i ulike materialsystemer, inkludert uorganiske systemer og relaterte grensesnitt, eller til og med se på elektromolekyler.Hvis man ikke er kjent med denne teknikken, bør man forstå den grunnleggende teorien om molekyldynamikksimuleringer og finne ut den grunnleggende betydningen av hver kommando før man utfører simuleringer. For å begynne å åpne materialstudioprogramvaren, lag deretter et tredimensjonalt atomistisk dokument for grafin og bygg grafinmodellen ved hjelp av skisseatomalternativet. Etter å ha importert GRAFITE DOT MSI-filen til materialstudio, konstruerer du den endelige strukturen ved hjelp av supercellealternativet i byggemenyen under symmetri.Definer størrelsen på grafinarket som 40 x 40 angstrom, som er større enn asfaltkjedene i sprekkbredden. Deretter, for å bygge og pakke de fire typer asfaltmolekyler, lag de tredimensjonale atomistiske dokumentene for asfalt, polar aromatikk, napthene aromatikk og mettet separat. Deretter bruker du skisseatomalternativet, tegner molekylstrukturene til disse molekylene.Deretter bruker du beregningsalternativet fra den amorfe cellemenyen under moduler, pakker du disse fire typene asfaltmolekyler inn i simuleringsboksen. Deretter, for å bygge asfaltstrukturen med sprekken, sett høyden på sprekksonen i X-dimensjonen, samme som høyden på esken på 70 angstroms, og sett dybden på sprekksonen i Y-dimensjonen til halvparten av høyden på esken som 35 angstroms. Sett to tilfeller av sprekkbreddene i Z-dimensjonen på 15 og 35 angstrom.Deretter sletter du de overflødige molekylene i sprekksonene i midtre ned-område av asfaltmasse, og holder asfaltmatrisen i midten opp-området uendret. For å oppnå likevekt, plasser hele simuleringsboksen helt avslappet etter 500 picoseconds under det isotermiske isobariske ensemblet med en temperatur på 300 Kelvin i trykk på 1 atmosfære. Deretter, ved hjelp av den termiske kommandoen, likevekt asfaltdelen til ønsket tetthetsverdi av de eksperimentelle målingene ved å kontinuerlig undersøke temperatur, trykk, tetthet og energiverdier.Kontroller konvergensen av potensiell energi i den gjennomsnittlige kvadrerte forskyvningen i hele systemet for å oppnå den helt avslappede tilstanden. Deretter, for å utføre selvhelbredelsesprosessen, sett hele simuleringsboksen under det isotermiske isobariske ensemblet med en temperatur på 300 Kelvin og trykk på 1 atmosfære. Fjern deretter begrensningen av asfaltmolekylene på konturen av sprekksonen.Spor og registrer størrelsen på simuleringsboksen i koordinatene til atomene. Deretter bruker du dumpkommandoen til etterbehandling. Til slutt, gjennomsnittlig simuleringsresultatene under selvhelbredelsesprosessen over 3 uavhengige konfigurasjoner med 3 forskjellige innledende hastighetsfrø for å redusere de tilfeldige feilene.For å visualisere selvhelbredende atferd og simuleringsfremdrift, åpne det åpne visualiseringsverktøyet OVITO", åpne deretter banefilene i LAMMPS TRJ-formatet generert av LAMMPS. Registrer øyeblikksbildene av selvhelbredelsesprosessen, og spor deretter banene til asfaltmolekylene ved hjelp av gjengivelseskommandoen. Deretter eksporterer du koordinatene til atomene fra banefilene til dataanalyse- og grafprogramvaren for å analysere konturen til atomnummeret.Projiser koordinatene til atomene i hele systemet på YZ-planet, registrer deretter atomtall på forskjellige områder av YZ-planet og plott konturen med forskjellige farger. Deretter analyserer du atommobiliteten til forskjellige asfaltkomponenter ved å beregne gjennomsnittlig kvadrert forskyvning ved hjelp av MSD-kommandoen for databehandling. Deretter beregner du de relative posisjonene mellom grafin- og asfaltmolekylene ved hjelp av den radiale fordelingsfaktoren, eller RDF-kurvene, for de graferte modifiserte asfaltsystemene med 15 og 35 angstrom sprekkbredder.Til slutt tegner du RDF-kurvene for å kontrollere hvordan tettheten av asfalt varierer som en funksjon av avstand fra grafinarket. For ren asfalt oppstår fullstendig selvhelbredelse etter 300 picoseconds. Sprekksonen reduseres kraftig ved 50, forsvinner nesten ved 200 picoseconds.Å sette inn grafinen til venstre for sprekkoverflaten kan akselerere selvhelbredelsesprosessen betydelig. Helbredelsesperioden forkortes til 200 picoseconds, med sprekkbredden betydelig avtagende ved 20, og nesten forsvinner på rundt 150 picoseconds. Selvhelbredende oppførsel forbedret seg betydelig når grafinarket er på venstre sprekkoverflate.Når grafin er plassert på venstre sprekkoverflate, forbedret mobilitetene til polar aromatikk, napthene aromatikk og grafin betydelig sammenlignet med ren asfalt. RDF-verdier mellom grafin på venstre sprekkoverflate i asfaltkomponentene for 15 angstrom sprekkbreddemodellen viser at aromatiske molekyler og asfalt beveger seg nærmere grafinarket, spesielt de polare aromatiske molekylene og napthene aromatiske molekylene. Der 35 angstrom sprekkbreddemodellen RDF verdier utover 4 angstroms er mer åpenbare enn de av 15 angstrom sprekkbredde modell fordi asfalt har mer plass til å diffusere og bevege seg mot grafin i større sprekk sone.Det er svært viktig å sette en rimelig sprekk i asfaltmodellen samtidig som man sørger for at en sprekk holdes godt og systemet er fullt likevektet. Kostnadskornmodellering kan utføres basert på denne prosedyren for å omfavne et bredere spekter av lengdeskala, og videre bringes, selvhelbredelse av sprekk i asfalt i forskjellige skalaer. Denne teknikken kan overvåke og optimalisere molekylstrukturen til nanofyllere med spesiell design, for eksempel feil, fotostruktur og funksjonelle grupper for avansert forbedring av asfaltbaserte nanokompositter.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Syntese og funksjon av 3D Nano-graphene Materialer: Graphene aerogels og Graphene Makro Assemblies

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

Integrering av Lys Overlappings sølv nanostrukturer i hydrogenert mikrokrystallinsk silisium solceller ved Transfer Printing

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

Utarbeidelse av ZnO Nanorod / Graphene / ZnO Nanorod Epitaxial Double hetrostruktur for piezo-elektrisk Nanogenerator ved hjelp Forvarming Hydrothermal

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

Strain Sensing Basert på Multiscale komposittmaterialer forsterket med Graphene 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

Skanning SQUID Study of Vortex Manipulasjon av Local Kontakt

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

Eksperimentell protokollen å bestemme klorid terskelverdien for korrosjon i prøver tatt av armert betong strukturer

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

Lufttrykk fabrikasjon av store enkeltlags-rektangulære SnSe Flakes

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

En effektiv metode for selektiv desalinering av radioaktivt jod anioner ved hjelp av gull nanopartikler-Embedded membran Filter

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

Multiscale strukturer aggregert av trykt Nanofibers for funksjonell overflater

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

Utarbeidelse av Graphene væske celler for observasjon av litium-ion batteri materiale

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