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

Författarna är tacksamma för stödet från City University of Hong Kong Strategic Research Grant med Project No. 7005547, stödet från Research Grants Council (RGC) i Hong Kong Special Administrative Region, Kina, med projekt nr. R5007-18, och stödet från Shenzhen Science and Technology Innovation Committee under bidraget JCYJ20170818103206501.

1. Bygg de atomistiska modellerna
<ol><li>Öppna programvaran Materials Studio för att skapa fem 3D-atomistiska dokument och byt namn på dessa dokument som grafen, asfalten, polära aromater, naftenaromater respektive mättade ämnen.</li>
	<li>Bygg grafenmodellen genom att skapa enhetscellen i grafenarket i det atomistiska 3D-dokumentet med alternativet Sketch Atom .</li>
	<li>Konstruera den slutliga strukturen med alternativet Supercell i menyn Bygg > symmetri . De...

De kritiska stegen i protokolldelen är följande: steg 1.4 - Bygg och packa de fyra typerna av asfaltmolekyler; steg 1.5 - Bygg asfaltstrukturen med sprickan; steg 2.3 - Uppnå jämvikten; steg 2.4 - Utför självläkningsprocessen. Dessa steg anger det mest sammanhängande och viktiga innehållet i protokollet. För att skapa önskade former av den infogade sprickan modifieras förpackningsprocessen jämfört med den normala förpackningen i Materials Studio. Sprickformen skapas och fylls inuti simuleringslådan, och s...

Försämring vid daglig fordonslastning och variantmiljöförhållanden och åldrande av asfalt under drift leder till nedbrytning eller till och med strukturella fel, dvs. sprickbildning och raveling, vilket ytterligare kan försvaga asfaltbeläggningarnas hållbarhet. Asfaltens inneboende svar på att reparera mikrosprickor och hålrum hjälper den automatiskt att återhämta sig från skador och återställa styrkan1. Denna självläkande förmåga kan avsevärt förlänga asfaltens livslängd, spara kostnader för underhåll och minska utsläppen av växthusgaser 2,3. Asfaltens självläkande beteende beror i allmänhet på flera påverkande faktorer, inklusive dess kemiska sammansättning, graden av skada och miljöförhållanden4. Den förbättrade självläkande förmågan hos asfalt som helt kan läka skador inom en kort period önskas; Detta har väckt ett omfattande forskningsintresse för bättre mekanisk prestanda och hållbarhet för asfaltbeläggningar inom anläggningsarbeten.
Nya metoder för att förbättra asfaltens självläkande förmåga omfattar huvudsakligen tre tillvägagångssätt - inducera uppvärmning, inkapslingsläkning och införlivande av nanomaterial - som kan appliceras individuellt eller samtidigt5,6. Inducerande uppvärmning kan avsevärt förbättra asfaltens rörlighet och aktivera dess självläkning för återhämtning7. Den självläkande tekniken för asfalt genom att inducera uppvärmning kan tillskrivas den assisterade självläkande tekniken, vilket indikerar att asfaltens självläkande egenskaper förbättras av yttre stimuli. Målet med att tillsätta stålullsfibrerna är att förbättra den elektriska ledningsförmågan för att öka asfaltbindemedlets läkningsförmåga8. Tillvägagångssättet för att inducera värme är att utsätta dessa elektriskt ledande fibrer för det högfrekventa alternerande elektromagnetiska fältet, vilket kan inducera virvelströmmar, och värmeenergin kan diffundera in i asfaltbindemedlet av de ledande fibrerna9. Stålullsfibrerna förbättrar inte bara den elektriska ledningsförmågan utan också värmeledningsförmågan, som båda kan påverka asfaltens självläkande egenskaper positivt. Det är dock utmanande att välja rätt blandningstid för fibrer10. Fibrernas längd minskar med ökad blandningstid och påverkar värmeledningsförmågan, medan den minskade blandningstiden leder till kluster av fibrer och hindrar asfaltens mekaniska egenskaper9. Inkapslingsmetoden kan leverera lätta komponenter i åldrad asfalt som aromater och mättade och uppdatera asfaltens självläkande förmåga11,12. Detta är emellertid en enda behandling, och de helande materialen kan inte fyllas på efter frisläppandet. Med utvecklingen av nanoteknik har nanomaterial blivit lovande modifierare för att förbättra asfaltbaserade material. Asfaltbindemedel som ingår i nanomaterial har bättre värmeledningsförmåga och mekaniska egenskaper13. Grafen med utmärkt mekanisk prestanda och hög termisk prestanda anses vara en utmärkt kandidat för att förbättra asfaltens självläkande förmåga14,15,16,17. De ökade läkningsegenskaperna hos grafenmodifierad asfalt kan hänföras till det faktum att grafen ökar kapaciteten hos asfaltbindemedlet som ska värmas upp och producera värmeöverföring inuti asfaltbindemedlet, vilket innebär att grafenmodifierad asfalt kan värmas upp snabbare och nå upp till högre temperatur än ren asfalt18. Den genererade värmen kan överföras genom den grafenmodifierade asfalten med en snabbare hastighet än den genom ren asfalt. Sprickområdet i asfaltbindemedlet kan lätt påverkas och läkas snabbare av värmeflödet med högre temperatur och högre värmekapacitet. Den självläkande reaktionen börjar om den energi som är lika med eller större än den helande aktiveringsenergin finns vid asfaltens sprickyta19. Grafen kan förbättra den termiska aktiveringsläkningsprestandan och påskynda läkningshastigheten för asfalt19,20. Dessutom kan grafen spara uppvärmningsenergi upp till 50% under läkningsprocessen, vilket kan gynna energieffektiviteten och minska underhållskostnaderna21. Som ett mikrovågsabsorberande material rapporteras grafen förbättra asfaltens läkningsförmåga under resten av mikrovågsuppvärmningen22. Det förväntas att tillsatsen av grafen i asfalt kommer att förbättra inte bara den mekaniska prestandan utan också den självläkande och energibesparande kapaciteten, vilket kräver fördjupad kunskap om den självläkande mekanismen.
Självläkning i nanoskala beror främst på vätning och diffusion av asfaltmolekyler vid de spruckna ytorna23. Eftersom asfalt består av olika polära och icke-polära molekyler är dess självläkande förmåga starkt relaterad till molekylära interaktioner och rörelser av asfaltmolekyler av olika komponenter1. Aktuell forskning bygger emellertid huvudsakligen på experimentella tekniker för att kvantifiera makroskopiska mekaniska egenskaper, vilket orsakar saknad information i förändringen av mikrostrukturer och interaktionerna mellan asfaltmolekyler när man försöker förstå läkningsmekanismen. Den förstärkande mekanismen för grafen i asfaltens självläkande förmåga är också oklar i detta skede. Molekylär dynamik (MD) simuleringar spelar en inflytelserik roll för att undersöka molekylära interaktioner och rörelser hos nanokompositsystem och kopplar mikrostrukturell deformation med molekylära interaktioner och rörelser 24,25,26,27,28,29,30,31 . MD-simuleringar har blivit mer och mer populära för att analysera materialbeteenden som inte lätt kan nås genom experiment 32,33. Befintliga studier har visat genomförbarheten och tillgängligheten av MD-simuleringar i asfaltsystem. sammanhållning, vidhäftning, åldrande och termomekaniska egenskaper hos asfalt- och asfaltkompositer kan utforskas av MD-simuleringar 34,35,36,37. Asfaltens självläkande beteenden kan också förutsägas av MD-simuleringar 38,39,40. Därför tror man att undersökningen med MD-simuleringar är ett effektivt sätt att förstå både självläkande och förstärkande mekanismer.
Syftet med denna studie är att undersöka de självläkande beteendena hos ren asfalt och grafenmodifierade asfaltnanokompositer och att förstå grafens roll för att förbättra asfaltens läkningsförmåga genom MD-simuleringar. De självläkande simuleringarna av ren asfalt och grafenmodifierade asfaltkompositer utförs genom att införa sprickor i de ursprungliga strukturerna. De självläkande förmågorna kännetecknas av konturen av atomnummer, omorientering och intrassling av molekyler vid det brutna ansiktet och rörligheten hos asfaltkomponenter under de självläkande processerna. Genom att undersöka grafenets läkningseffektivitet på olika platser avslöjas den förstärkande mekanismen för grafen som bidrar till asfaltens självläkande förmågor, vilket kan hjälpa till med övervakning av nanofyllare på ett optimalt sätt och därmed möjliggöra livslängdsförlängning av asfaltbeläggningar. En undersökning av den självläkande kapaciteten i atomistisk skala kan ge ett effektivt sätt att utveckla avancerade asfaltbaserade material för framtida forskning.
Enligt asfaltkemi består asfalt av olika typer av kolväten och icke-kolväten med olika polaritet och former, som huvudsakligen kan delas in i de fyra komponenterna asfalt, polära aromater, naftenaromater och mättar41,42. Asfaltenmolekyler är relativt större och tyngre än andra molekyler i asfalt, med en genomsnittlig atommassa på ungefär 750 g / mol och en molekyldiameter i intervallet 10-20 Å. Det har varit allmänt accepterat att asfalten består av stora aromatiska kärnor som innehåller heteroatomer och omges av olika längder av alkylgrupper43. En modifierad asfaltmolekyl är konstruerad, som visas i figur 1a. Molekylerna av polära aromater och naftenaromater är konstruerade baserat på polariteten och elementförhållandet mellan asfaltmolekyler, där bensobisbensotiofen (C18H10S2) representerar den polära aromatiska molekylen och 1,7-dimetylnaftalen (C12H12) väljs som representativ naften aromatisk molekyl, såsom visas i figur 1b-c. N-dokosan (n-C 22H46) är konstruerad enligt figur 1d. De parametrar som anges i tabell 1 för asfaltmolekyler väljs ut och används för att uppfylla de önskade kriterierna, inklusive elementmassfraktionen, atomförhållandet och det aromatiska/alifatiska förhållandet för verklig asfalt från experiment41. Samma massförhållande har definierats i våra tidigare studier, och de andra termomekaniska egenskaperna som densitet, glasövergångstemperatur och viskositet är i god överensstämmelse med experimentella data om verklig asfalt36. Den molekylära strukturen hos grafen som tillämpas i denna studie visas i figur 1e. Det antagna grafenarket i denna studie har ingen defekt och ingen vikning jämfört med det verkliga fallet, medan det verkliga grafenarket vanligtvis har flera defekter såsom atomvakanser och Stone-Wales-defekter44, och några av grafenarken kan vikas under blandningsprocessen i asfaltmatrisen45. Dessa ofullkomliga situationer beaktas inte i denna studie, eftersom vi fokuserar på effekten av grafenarkets plats på de självläkande egenskaperna och väljer den som den enda variabeln. Variablerna för grafenark när det gäller defekter och vikta fall kommer att vara i fokus för våra framtida studier. Massförhållandet mellan grafen och asfalt i denna studie är 4,75%, vilket är den normala situationen (<5%) för grafenmodifierad asfalt i experimentet46,47.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63303/63303fig01.jpg"> Figur 1: Kemisk struktur. De atomistiska modellerna av (a) asfaltenmolekyl (C53H55NOS), (b) naften aromatisk molekyl (C12H12), (c) polär aromatisk molekyl (C18H10S2),(d) mättad molekyl (C22H46), (e) grafen och (f) ren asfalt. För den atomistiska asfaltmodellen visas kol-, syre-, kväve-, svavel- och väteatomerna i grått, rött, blått, gult respektive vitt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63303/63303fig01large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna figur.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Asfalt modell</td>
			<td>Vikt (g/mol)</td>
			<td>Kemisk formel</td>
			<td>Antal molekyler</td>
			<td>Total massa (g/mol)</td>
			<td>Massfraktion (%)</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>Naften aromatisk</td>
			<td>156.22</td>
			<td>C12H12
</td>
			<td>65</td>
			<td>10154.3</td>
			<td>8</td>
		</tr>
<tr>
<td>Polär aromatisk</td>
			<td>290.38</td>
			<td>C18H10S2
</td>
			<td>74</td>
			<td>21485.16</td>
			<td>17</td>
		</tr>
<tr>
<td>Mätta</td>
			<td>310.59</td>
			<td>C22H46
</td>
			<td>205</td>
			<td>63670.95</td>
			<td>49</td>
		</tr>
<tr>
<td>Asfaltbindemedel</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: Övergripande komponenter i ren asfaltmodell och grafenmodifierad asfaltmodell.
Med avseende på protokollet som beskrivs nedan sätts två typer av killiknande sprickor med olika storlekar in i mitten av asfaltmodellen med en trubbig sprickspets och två parallella sprickytor, medan asfaltbulkbulens mittyta förblir intakt. Två sprickbredder väljs som 15 Å och 35 Å, som visas i figur 2a-b. Anledningen till att välja 15 Å är att sprickbredden ska vara bredare än cutoffen på 12 Å för att undvika tidig självläkning av asfaltmolekyler under jämviktsprocessen samtidigt som man undersöker ett extremfall för en liten spricka. Anledningen till att välja 35 Å är att sprickbredden ska vara bredare än längden på mättnadsmolekylerna på 34 Å för att förhindra överbryggningseffekten. Sprickans höjd är 35 Å, samma som lådbredden, och sprickans djup är 70 Å, samma som lådans längd. I den verkliga situationen kan de observerade mikrosprickstorlekarna varieras i intervallet från flera mikrometer till flera millimeter, vilket är mycket större än längdskalan vi modellerar här. Normalt är längdskalan i MD-simulering begränsad till skalan 100 nm, vilket fortfarande är flera storleksordningar mindre än den verkliga sprickstorleken. Sprickorna initieras dock i nanoskala och växer till makroskala sprickor med kontinuerlig deformation48. Förståelsen av den självläkande mekanismen i nanoskala kan bidra till att förhindra tillväxt och ytterligare förökning av sprickan på makroskala. Även om de valda sprickstorlekarna ligger i intervallet nanometer, kan resultaten fortfarande vara inflytelserika och tillämpliga för att utforska de självläkande beteendena hos asfaltmolekyler. Det finns två platser för grafenarken i sprickområdena: en är ovanpå sprickspetsen och den andra är vinkelrätt mot vänster sprickyta. Det har visat sig att dessa är de vanligaste positionerna för grafen i grafenmodifierade nanokompositer med sprickor49.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63303/63303fig02.jpg"> Figur 2: De självläkande systemen för ren asfalt och grafenmodifierad asfalt. Den självläkande modellen av ren asfalt med en sprickbredd på (a) 15 Å och (b) 35 Å. Den självläkande modellen av grafenmodifierad asfalt med grafenarket är belägen (c) på toppen av sprickspetsen och (d) vinkelrätt mot sprickytan. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63303/63303fig02large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna figur.</a>
I MD-simuleringar beskrivs de intramolekylära och intermolekylära interaktionerna i asfaltnanokompositerna av Consistent Valence Forcefield (CVFF)50, som fungerar bra med asfalt- och grafenbaserade material. Den funktionella formen av CVFF uttrycks som följande uttryck:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/63303/63303eq01v2.jpg"> 1
Här består den totala energin Etotalt av de bundna energivillkoren och de icke-bundna energivillkoren. De bundna interaktionerna består av den kovalenta bindningssträckningen, bindningsvinkelns böjningsenergi, torsionsvinkelrotationen och de felaktiga energierna som uttrycks i de fyra första termerna. Den icke-bundna energin innefattar en LJ-12-6-funktion för van der Waals (vdW) -termen och en coulombisk funktion för de elektrostatiska interaktionerna. CVFF har använts i stor utsträckning för att simulera asfaltmaterial51,52. De simulerade fysikaliska och mekaniska egenskaperna såsom densitet, viskositet och bulkmodul är i god överensstämmelse med experimentella data, vilket visar tillförlitligheten hos CVFF51. CVFF är inte bara lämpligt för oorganiska material, men det har också framgångsrikt använts i strukturer som består av organiska och oorganiska faser som asfalt-kiseldioxid52 och systemet med epoxigrafen53. Dessutom kan gränssnittsinteraktionerna mellan grafen och asfalt karakteriseras av CVFF36,54. Eftersom den största delen i valet av kraftfält är att bestämma asfalt-grafengränssnittet, är de icke-bundna interaktionerna som beskrivs av CVFF mer tillförlitliga, vilket också beaktas i vår tidigare studie36. Sammantaget antas kraftfältet CVFF i denna studie. De partiella laddningarna för olika typer av atomer beräknas med den kraftfältstilldelade 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 förbättra asfaltens självläkande egenskaper med hög hållbarhet. De självläkande beteendena hos grafenmodifierad asfaltnanokomposit och rollen som införlivad grafen är emellertid fortfarande oklara i detta skede. I denna studie undersöks de självläkande egenskaperna hos ren asfalt och grafenmodifierad asfalt genom molekyldynamiksimuleringar. Asfaltbulk med två sprickbredder och platser för grafen introduceras, och de molekylära interaktionerna mellan asfaltkomponenter och grafenarket analyseras. Resultaten visar att placeringen av grafen signifikant påverkar asfaltens självläkande beteenden. Grafen nära sprickytan kan kraftigt påskynda den självläkande processen genom att interagera med de aromatiska molekylerna genom π-π stapling, medan grafen i det övre området av sprickspetsen har en mindre inverkan på processen. Den självläkande processen för asfalt går igenom omorientering av asfalten, polära aromatiska och naftenaromatiska molekyler och överbryggning av mättade molekyler mellan sprickytor. Denna fördjupade förståelse av den självläkande mekanismen bidrar till kunskapen om förbättringen för självläkande egenskaper, vilket kommer att bidra till att utveckla hållbara asfaltbeläggningar.

Konturen av atomnummer Konturerna av atomantalet för rena asfalt- och grafenmodifierade asfaltmodeller i yz-planet visas i figur 3, där färgfältet från blått till rött uppvisar atomnummer som varierar från 0 till 28. Figur 3a-c illustrerar konturen av atomnumret för strukturerna med 15 Å sprickbredd i ren asfalt och asfaltnanokompositer modifierade av grafen vid sprickspetsen och sprickytan. För re...

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

Grafenmodifierad asfaltnanokomposit har visat en avancerad självläkande förmåga jämfört med ren asfalt. I detta protokoll har molekylära dynamiksimuleringar tillämpats för att förstå grafens roll i den självläkande processen och för att utforska den självläkande mekanismen hos asfaltkomponenter från atomistisk nivå.

Avancerad självläkande asfalt förstärkt av grafenstrukturer: En atomistisk insikt

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

Denna metod kan hjälpa till att svara på hela sprickan självläker i asfaltbaserade nanokompositer, och hur grafit kan förbättra asfaltens kapacitet. Denna teknik kan analysera materialbeteenden som inte lätt kan bedömas genom experiment och kan ge den underliggande informationen om självläkningsmekanismen på atomistisk nivå. Denna metod kan ge insikter i grundläggande fysik för dynamisk utveckling i olika materialsystem, inklusive inorgi-oorganiska system och relaterade gränssnitt, eller till och med titta på elektromolekyler.Om man inte känner till denna teknik bör man förstå den grundläggande teorin om molekyldynamiska simuleringar och räkna ut den grundläggande betydelsen av varje kommando innan man utför några simuleringar. För att börja öppna materialstudioprogramvaran, skapa sedan ett tredimensionellt atomistiskt dokument för grafin och bygg grafinmodellen med hjälp av skissatomalternativet. När du har importerat MSI-filen med grafitpell till materialstudion, i byggmenyn under symmetri, konstruera den slutliga strukturen med hjälp av supercellalternativet.Definiera storleken på grafinirket som 40 x 40 ångström, vilket är större än asfaltkedjorna i sprickbredden. Därefter, för att bygga och packa de fyra typerna av asfaltmolekyler, skapa de tredimensionella atomistiska dokumenten för asfalt, polära aromater, napthene aromater och mättade separat. Använd sedan skissatomalternativet och rita de molekylära strukturerna för dessa molekyler.Därefter, med hjälp av beräkningsalternativet från den amorfa cellmenyn under moduler, packa dessa fyra typer av asfaltmolekyler i simuleringsrutan. Sedan, för att bygga asfaltstrukturen med sprickan, ställ in höjden på sprickzonen i X-dimensionen, samma som höjden på lådan med 70 ångström, och ställ in djupet på sprickzonen i Y-dimensionen till hälften av lådans höjd som 35 ångström. Ställ in två fall av sprickbredderna i Z-dimensionen 15 och 35 ångström.Sedan, med hjälp av raderingsalternativet, ta bort de överflödiga molekylerna i sprickzonerna i det mellersta nedåtområdet av asfaltmassa och håll asfaltmatrisen i mitten av området oförändrat. För att uppnå jämvikt, placera hela simuleringslådan helt avslappnad efter 500 pikosekunder under det isotermiska isobariska ensemblet med en temperatur på 300 Kelvin i tryck av 1 atmosfär. Sedan, med hjälp av det termiska kommandot, balansera asfaltmassan till önskat densitetsvärde för de experimentella mätningarna genom att kontinuerligt undersöka temperatur-, tryck-, densitets- och energivärdena.Kontrollera konvergensen av potentiell energi i den genomsnittliga kvadratiska förskjutningen i hela systemet för att uppnå det helt avslappnade tillståndet. Därefter, för att utföra den självläkande processen, sätt hela simuleringsboxen under det isotermiska isobariska ensemblet med en temperatur av 300 Kelvin och tryck på 1 atmosfär. Ta sedan bort begränsningen av asfaltmolekylerna på sprickzonens kontur.Spåra och registrera storleken på simuleringsrutan i atomernas koordinater. Använd sedan dumpkommandot för efterbehandling. Slutligen, genomsnittliga simuleringsresultaten under självläkningsprocessen över 3 oberoende konfigurationer med 3 olika initialhastighetsfrön för att minska de slumpmässiga felen.För att visualisera de självläkande beteendena och simuleringsförloppet, öppna det öppna visualiseringsverktyget OVITO"sedan, öppna banfilerna i LAMMPS TRJ-formatet som genereras av LAMMPS. Spela in ögonblicksbilderna av den självläkande processen och spåra sedan asfaltmolekylernas vägar med hjälp av renderingskommandot. Därefter, för att analysera atomnumrets kontur, exportera atomernas koordinater från banfilerna till dataanalys- och grafprogramvaran.Projicera koordinaterna för atomerna i hela systemet på YZ-planet, registrera sedan atomnummer vid olika områden i YZ-planet och plotta konturen med olika färger. Analysera sedan atomrörligheten hos olika asfaltkomponenter genom att beräkna den genomsnittliga kvadratiska förskjutningen med hjälp av beräknings-MSD-kommandot. Använd sedan beräknings-RDF-kommandot och LAMMPS, beräkna de relativa positionerna mellan grafin- och asfaltmolekylerna med den radiella fördelningsfaktorn, eller RDF-kurvorna, för graferingsmodifierade asfaltsystem med 15 och 35 ångströmsprickbredder.Slutligen rita RDF-kurvorna för att kontrollera hur asfaltens densitet varierar som en funktion av avståndet från grafinirket. För ren asfalt sker fullständig självläkning efter 300 pikosekunder. Sprickzonen minskar kraftigt vid 50, försvinner nästan vid 200 pikosekunder.Att sätta in grafinen till vänster om sprickytan kan påskynda den självläkande processen avsevärt. Läkningstiden förkortas till 200 pikosekunder, med sprickbredden signifikant minskande vid 20 och försvinner nästan vid cirka 150 pikosekunder. De självläkande beteendena förbättrades avsevärt när grafinarket är vid vänster sprickyta.När grafin placeras vid vänster sprickyta förbättras mobiliteterna hos polära aromater, napthene aromater och grafin avsevärt jämfört med ren asfalt. RDF-värden mellan grafin vid vänster sprickyta i asfaltkomponenterna för modellen med 15 ångströmssprickbredd visar att de aromatiska molekylerna och asfalten rör sig närmare grafinirket, särskilt de polära aromatiska molekylerna och napthene aromatiska molekylerna. Där 35 ångströmssprickbreddsmodellen RDF-värden utöver 4 ångström är mer uppenbara än de för modellen med 15 ångströmssprickbredd eftersom asfaltit har mer utrymme att diffundera och röra sig mot grafinen i den större sprickzonen.Det är mycket viktigt att sätta en rimlig spricka i asfaltmodellen samtidigt som man ser till att en spricka hålls väl och systemet är helt balanserat. Kostnadskornsmodellering kan utföras baserat på denna procedur för att omfamna ett bredare spektrum av längdskala, och vidare bringas, självläkning av spricka i asfalt i olika skalor. Denna teknik kan övervaka och optimera den molekylära strukturen hos nanofyllmedel med speciell design, såsom defekter, fotostruktur och funktionella grupper för avancerad förbättring av asfaltbaserade nanokompositer.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Syntes och Funktion av 3D Nano-grafen Material: Grafen aerogel och Grafenmakro församlingar

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

Integration of Light fångst Silver nanostrukturer i Hydromikro Silicon solceller genom Transfer Tryck

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

Framställning av ZnO nanorod / Grafen / ZnO nanorod epitaxiell dubbel hetero för piezoelektriska Nanogenerator med hjälp Förvärmning Hydro

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

Stam Sensing Baserat på Multiscale Composite Materials förstärkt 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

Scanning SQUID Studie av Vortex Manipulation av Lokalt 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

Experimentellt protokoll att bestämma klorid tröskelvärdet för korrosion i prover tagna från armerade betongkonstruktioner

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

Atmosfäriskt tryck tillverkning av stora lager rektangulära SnSe flingor

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 metod för selektiv avsaltning av radioaktiv jod anjoner med guld nanopartiklar-Embedded membranfilter

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 samman av präglade nanofibrer för funktionella ytor

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

Beredning av grafen flytande celler för observationen av litium-jon batterimaterial

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