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

Авторы благодарны за поддержку Гранта стратегических исследований Городского университета Гонконга с Проектом No 7005547, поддержку со стороны Совета по исследовательским грантам (RGC) Специального административного района Гонконг, Китай, с Проектом No. R5007-18 и поддержка Шэньчжэньского комитета по научно-техническим инновациям в рамках гранта JCYJ20170818103206501.

1. Построение атомистических моделей
<ol><li>Откройте программное обеспечение Materials Studio для создания пяти 3D-атомистических документов и переименуйте эти документы в графен, асфальтен, полярные ароматические вещества, ароматические нафтены и насыщенные соответственно.</li>
	<li>Пос...

Важнейшими этапами в рамках Протокольной части являются: этап 1.4 - Сборка и упаковка четырех типов молекул асфальта; шаг 1.5 - Построить асфальтовую конструкцию с трещиной; шаг 2.3 - Достижение равновесия; Шаг 2.4 - Выполните процесс самовосстановления. Эти шаги указывают на наиболее связное ?...

<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

Графен может улучшить самовосстанавливающиеся свойства асфальта с высокой прочностью. Тем не менее, самовосстанавливающееся поведение нанокомпозита, модифицированного графеном асфальта, и роль инкорпорированного графена все еще неясны на данном этапе. В этом исследовании самовосстанавливающиеся свойства чистого асфальта и графен-модифицированного асфальта исследуются с помощью моделирования молекулярной динамики. Вводятся асфальтовые насыпи с двумя ширинами трещин и местами расположения графена, анализируются молекулярные взаимодействия между компонентами асфальта и графеновым листом. Результаты показывают, что расположение графена значительно влияет на самовосстанавливающееся поведение асфальта. Графен вблизи поверхности трещины может значительно ускорить процесс самовосстановления, взаимодействуя с ароматическими молекулами посредством укладки π-π, в то время как графен в верхней области кончика трещины оказывает незначительное влияние на процесс. Процесс самовосстановления асфальта проходит через переориентацию асфальтена, полярных ароматических и нафтеновых ароматических молекул и мост насыщенных молекул между поверхностями трещин. Это глубокое понимание механизма самовосстановления способствует познанию усиливающихся свойств самовосстановления, что поможет разработать прочные асфальтовые покрытия.

Контур числа атома Контуры числа атомов моделей чистого асфальта и графен-модифицированного асфальта в плоскости yz показаны на рисунке 3, где цветовая полоса от синего до красного показывает номера атомов, варьирующиеся от 0 до 28. Фиг.3а-с</s...

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

Нанокомпозит асфальта, модифицированный графеном, показал продвинутую способность к самовосстановлению по сравнению с чистым асфальтом. В этом протоколе моделирование молекулярной динамики было применено для того, чтобы понять роль графена в процессе самовосстановления и исследовать механизм самовосстановления компонентов асфальта с атомистического уровня.

Усовершенствованный самовосстанавливающийся асфальт, усиленный графеновыми структурами: атомистическое понимание

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

Этот метод может помочь ответить на самовосстановление целых трещин в асфальте на основе нанокомпозитов, и как графит может улучшить емкость асфальта. Этот метод может анализировать поведение материала, которое не может быть легко оценено экспериментами, и может предоставить основную информацию о механизме самовосстановления на атомистическом уровне. Этот метод может дать представление о фундаментальной физике динамической эволюции в различных материальных системах, включая инорги-неорганические системы и связанные с ними интерфейсы, или даже взглянуть на электромолекулы.Если вы не знакомы с этой техникой, следует понять основную теорию динамического моделирования молекул и выяснить основной смысл каждой команды, прежде чем проводить какие-либо симуляции. Чтобы начать открывать программное обеспечение студии материалов, затем создайте трехмерный атомистический документ для графина и постройте графиновую модель, используя опцию эскизного атома. После импорта MSI-файла графитовой точки в material studio, в меню сборки под симметрией, постройте окончательную структуру с помощью опции super cell.Определите размер графинового листа как 40 на 40 ангстрем, что больше асфальтовых цепей по ширине трещины. Затем, чтобы построить и упаковать четыре типа молекул асфальта, создайте трехмерные атомистические документы для асфальтена, полярных ароматических веществ, ароматических веществ наптена и насыщенных веществ отдельно. Затем, используя опцию эскиза атома, нарисуйте молекулярные структуры этих молекул.Затем, используя опцию расчета из меню аморфных ячеек под модулями, упакуйте эти четыре вида молекул асфальта в поле моделирования. Затем, чтобы построить асфальтовую конструкцию с трещиной, установите высоту зоны трещины в измерении X, такую же, как высота коробки 70 ангстрем, и установите глубину зоны трещины в измерении Y половиной высоты коробки как 35 ангстрем. Установите два корпуса трещины шириной в Z размер 15 и 35 ангстрем.Затем, используя опцию удаления, удалите лишние молекулы в зонах трещин средней нижней области асфальтовой массы и сохраните асфальтовую матрицу в средней области вверх без изменений. Для достижения равновесия поместите весь блок моделирования полностью расслабленным через 500 пикосекунд под изотермический изобарический ансамбль с температурой 300 Кельвинов при давлении 1 атмосфера. Затем, используя тепловую команду, уравновешивайте асфальтовую массу до желаемого значения плотности экспериментальных измерений, непрерывно исследуя значения температуры, давления, плотности и энергии.Проверьте сходимость потенциальной энергии в среднем квадрате смещения во всей системе для достижения полностью расслабленного состояния. Далее, чтобы выполнить процесс самовосстановления, установите весь блок моделирования под изотермический изобарический ансамбль с температурой 300 Кельвинов и давлением 1 атмосфера. Затем снимите ограничение молекул асфальта по контуру зоны трещины.Отслеживайте и записывайте размер блока моделирования в координатах атомов. Затем используйте команду dump для постобработки. Наконец, усредните результаты моделирования во время процесса самовосстановления по 3 независимым конфигурациям с 3 различными начальными скоростями семян, чтобы уменьшить случайные ошибки.Для визуализации самовосстанавливающегося поведения и прогресса моделирования откройте инструмент визуализации OVITO" затем откройте файлы траектории в формате LAMMPS TRJ, сгенерированном LAMMPS. Запишите снимки процесса самовосстановления, затем с помощью команды render отслеживайте пути молекул асфальта. Затем, чтобы проанализировать контур числа атома, экспортируйте координаты атомов из файлов траектории в программное обеспечение для анализа данных и построения графиков.Проецируйте координаты атомов во всей системе на плоскость YZ, затем записывайте числа атомов в разных областях плоскости YZ и стройте контур различными цветами. Затем проанализируйте подвижность атомов различных компонентов асфальта, вычислив среднее квадратичное смещение с помощью команды compute MSD. Затем, используя команду вычисления RDF и LAMMPS, рассчитайте относительные положения между молекулами графина и асфальта по коэффициенту радиального распределения, или кривым RDF, для построения графиков модифицированных асфальтовых систем с шириной трещин 15 и 35 ангстрем.Наконец, нарисуйте кривые RDF, чтобы проверить, как плотность асфальта изменяется в зависимости от расстояния от графинового листа. Для чистого асфальта полное самовосстановление происходит через 300 пикосекунд. Зона трещин резко уменьшается в 50, почти исчезает через 200 пикосекунд.Введение графина слева от поверхности трещины может значительно ускорить процесс самовосстановления. Период заживления сокращается до 200 пикосекунд, при этом ширина трещины значительно уменьшается на 20 и почти исчезает примерно на 150 пикосекундах. Поведение самовосстановления значительно улучшилось, когда графиновый лист находится на левой поверхности трещины.Когда графин помещается на левую поверхность трещины, подвижность полярных ароматических веществ, ароматических соединений наптена и графина значительно улучшается по сравнению с чистым асфальтом. Значения RDF между графином на левой поверхности трещины в компонентах асфальта для модели ширины трещины 15 ангстрем показывают, что ароматические молекулы и асфальт движутся ближе к графиновому листу, особенно полярные ароматические молекулы и ароматические молекулы наптена. Где 35 ангстрем модель ширины трещины RDF значения выше 4 ангстрем более очевидны, чем у модели ширины трещины 15 ангстрем, потому что асфальтит имеет больше пространства для диффузии и перемещения к графину в большей зоне трещины.Очень важно установить разумную трещину в асфальтовой модели, гарантируя, что трещина хорошо сохранилась, а система полностью уравновешена. Моделирование затрат зерна может быть выполнено на основе этой процедуры, чтобы охватить более широкий диапазон длин шкалы, и в дальнейшем приводится, самовосстановление трещин в асфальте в разных масштабах. Этот метод может контролировать и оптимизировать молекулярную структуру нанонаполнителей со специальной конструкцией, такой как дефекты, фотоструктура и функциональные группы для расширенного улучшения нанокомпозитов на основе асфальта.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Синтез и Функционализация 3D нано-графена материалов: графена АЭРОГЕЛЕЙ и графена Макро Ассамблей

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

Интеграция легкими прилипания Серебряные наноструктур в гидрогенизированное микрокристаллическая кремниевых солнечных элементов по трансферная печать

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

Подготовка ZnO наностержней / Графен / ZnO наностержней эпитаксиальных двойной гетероструктуры для пьезоэлектрических Nanogenerator с помощью Нагрев гидротермальных

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

Штамм зондирования на основе Многомасштабное композитных материалов, армированных с графеновых нанопластинок

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

Сканирование СКВИД Исследование вихревых Манипуляции с местным представителем компании

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

Экспериментальный протокол, чтобы определить значение порога хлорида для коррозии в образцах, взятых из железобетонных конструкций

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

Атмосферное давление изготовление большого размера однослойная прямоугольной SnSe хлопьев

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

Эффективный метод для селективного опреснения анионов радиоактивного йода с использованием золотых наночастиц встроенный мембранный фильтр

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

Мультимасштабный структуры агрегирования тисненой нановолокна для функциональных поверхностей

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

Подготовка клетки графена жидкость для наблюдения за литий ионный аккумулятор материала

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