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

Fenghua Nie; Wei Jian; Denvid Lau

doi:10.3791/63303

JoVE Journal > Engineering

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Engenharia

उन्नत स्व हीलिंग डामर Graphene संरचनाओं द्वारा प्रबलित: एक Atomistic अंतर्दृष्टि

Published: May 31, 2022

doi:

10.3791/63303

Fenghua Nie*¹, Wei Jian*¹, Denvid Lau

¹Department of Architecture and Civil Engineering,City University of Hong Kong

Summary

Graphene-संशोधित डामर nanocomposite शुद्ध डामर की तुलना में एक उन्नत आत्म-उपचार क्षमता दिखाया गया है। इस प्रोटोकॉल में, आणविक गतिशीलता सिमुलेशन को आत्म-उपचार प्रक्रिया में ग्राफीन की भूमिका को समझने और परमाणुवादी स्तर से डामर घटकों के आत्म-उपचार तंत्र का पता लगाने के लिए लागू किया गया है।

Abstract

Graphene उच्च स्थायित्व के साथ डामर के आत्म-उपचार गुणों में सुधार कर सकते हैं। हालांकि, graphene-संशोधित डामर nanocomposite के आत्म-उपचार व्यवहार और शामिल graphene की भूमिका अभी भी इस स्तर पर अस्पष्ट हैं। इस अध्ययन में, शुद्ध डामर और ग्राफीन-संशोधित डामर के आत्म-उपचार गुणों की जांच आणविक गतिशीलता सिमुलेशन के माध्यम से की जाती है। Graphene के लिए दो दरार चौड़ाई और स्थानों के साथ डामर bulks पेश कर रहे हैं, और डामर घटकों और graphene शीट के बीच आणविक बातचीत का विश्लेषण कर रहे हैं. परिणामों से पता चलता है कि graphene का स्थान डामर के आत्म-उपचार व्यवहार को काफी प्रभावित करता है। दरार की सतह के पास ग्राफीन π-π स्टैकिंग के माध्यम से सुगंधित अणुओं के साथ बातचीत करके आत्म-उपचार प्रक्रिया में तेजी ला सकता है, जबकि दरार टिप के शीर्ष क्षेत्र में ग्राफीन का प्रक्रिया पर मामूली प्रभाव पड़ता है। डामर की आत्म-उपचार प्रक्रिया डामर, ध्रुवीय सुगंधित, और नेफ्थीन सुगंधित अणुओं के पुनरुत्थान और दरार सतहों के बीच संतृप्त अणुओं के ब्रिजिंग के माध्यम से जाती है। स्व-उपचार तंत्र की यह गहराई से समझ आत्म-उपचार गुणों के लिए वृद्धि के ज्ञान में योगदान देती है, जो टिकाऊ डामर फुटपाथों को विकसित करने में मदद करेगी।

Introduction

दैनिक वाहन लोडिंग और वेरिएंट पर्यावरणीय परिस्थितियों के तहत गिरावट, और सेवा के दौरान डामर की उम्र बढ़ने के परिणामस्वरूप गिरावट या यहां तक कि संरचनात्मक विफलताएं होती हैं, यानी, क्रैकिंग और रेवेलिंग, जो डामर फुटपाथों के स्थायित्व को और कमजोर कर सकती है। सूक्ष्म दरारें और voids की मरम्मत के लिए डामर की अंतर्निहित प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से इसे नुकसान से उबरने और ताकत¹ को बहाल करने में मदद करती है। यह आत्म-उपचार क्षमता डामर के सेवा जीवन का काफी विस्तार कर सकती है, रखरखाव पर लागत बचा सकती है, और ग्रीनहाउस गैसों के उत्सर्जन को^{कम कर सकती है} ^2,3। डामर का आत्म-उपचार व्यवहार आमतौर पर इसकी रासायनिक संरचना, क्षति की डिग्री और पर्यावरणीय स्थितियों सहित कई प्रभावित करने वाले कारकों पर निर्भर करता^है। डामर की बेहतर आत्म-उपचार क्षमता जो एक छोटी अवधि के भीतर क्षति को पूरी तरह से ठीक कर सकती है, वांछित है; यह सिविल इंजीनियरिंग के भीतर डामर फुटपाथों के लिए बेहतर यांत्रिक प्रदर्शन और स्थायित्व में व्यापक अनुसंधान रुचि को आकर्षित किया है।

डामर की आत्म-उपचार क्षमता में सुधार करने के लिए उपन्यास विधियों में मुख्य रूप से तीन दृष्टिकोण शामिल हैं – हीटिंग, एनकैप्सुलेशन हीलिंग को प्रेरित करना, और नैनोमैटेरियल्स को शामिल करना – जिसे व्यक्तिगत रूप से या एक साथ लागू किया जा सकता है⁵^,⁶. उत्प्रेरण हीटिंग डामर की गतिशीलता में काफी सुधार कर सकता है और वसूली के लिए अपने आत्म-उपचार को सक्रिय कर सकता है⁷. हीटिंग को प्रेरित करके डामर की आत्म-उपचार तकनीक को सहायता प्राप्त आत्म-उपचार तकनीक के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, जो इंगित करता है कि डामर के आत्म-उपचार गुणों में बाहरी उत्तेजनाओं द्वारा सुधार किया जाता है। स्टील ऊन फाइबर को जोड़ने का उद्देश्य विद्युत चालकता को बढ़ाना है ताकि डामर बाइंडर की उपचार क्षमता में वृद्धि हो सके⁸. गर्मी को प्रेरित करने का दृष्टिकोण इन विद्युत प्रवाहकीय तंतुओं को उच्च आवृत्ति वाले वैकल्पिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में उजागर करना है, जो भंवर धाराओं को प्रेरित कर सकता है, और गर्मी ऊर्जा प्रवाहकीय फाइबर द्वारा डामर बाइंडर में फैल सकती है⁹. स्टील ऊन फाइबर न केवल विद्युत चालकता को बढ़ाते हैं, बल्कि थर्मल चालकता को भी बढ़ाते हैं, जिनमें से दोनों डामर के आत्म-उपचार गुणों को सकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकते हैं। हालांकि, फाइबर के लिए उचित मिश्रण समय का चयन करना चुनौतीपूर्ण है¹⁰. फाइबर की लंबाई बढ़े हुए मिश्रण समय के साथ कम हो जाती है और थर्मल चालकता को प्रभावित करती है, जबकि कम मिश्रण समय फाइबर के समूहों की ओर जाता है और डामर के यांत्रिक गुणों को बाधित करता है⁹. encapsulation विधि इस तरह के aromatics और संतृप्त के रूप में वृद्ध डामर के प्रकाश घटकों की आपूर्ति कर सकते हैं और डामर की आत्म-चिकित्सा क्षमता को ताज़ा¹¹^,¹². हालांकि, यह एक बार-केवल एक उपचार है, और रिहाई के बाद उपचार सामग्री को फिर से नहीं भरा जा सकता है। नैनो टेक्नोलॉजी के विकास के साथ, नैनोमैटेरियल्स डामर-आधारित सामग्रियों को बढ़ाने के लिए आशाजनक संशोधक बन गए हैं। नैनोमटेरियल्स के साथ शामिल डामर बाइंडर बेहतर थर्मल चालकता और यांत्रिक गुणों को प्रस्तुत करते हैं¹³. उत्कृष्ट यांत्रिक प्रदर्शन और उच्च थर्मल प्रदर्शन के साथ Graphene डामर की आत्म-उपचार क्षमता में सुधार करने के लिए एक उत्कृष्ट उम्मीदवार के रूप में माना जाता है¹⁴^,¹⁵^,¹⁶^,¹⁷. Graphene-संशोधित डामर के बढ़े हुए उपचार गुणों को इस तथ्य के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है कि graphene डामर बाइंडर की क्षमता को गर्म करने और डामर बाइंडर के अंदर गर्मी हस्तांतरण का उत्पादन करने की क्षमता बढ़ाता है, जिसका अर्थ है कि graphene-संशोधित डामर को अधिक तेज़ी से गर्म किया जा सकता है और शुद्ध डामर की तुलना में उच्च तापमान तक पहुंच सकता है¹⁸. उत्पन्न गर्मी को शुद्ध डामर के माध्यम से तेज गति से ग्राफीन-संशोधित डामर में स्थानांतरित किया जा सकता है। डामर बाइंडर के दरार क्षेत्र को आसानी से प्रभावित किया जा सकता है और उच्च तापमान और उच्च हीटिंग क्षमता के साथ गर्मी के प्रवाह से तेजी से चंगा किया जा सकता है। स्व-उपचार प्रतिक्रिया शुरू हो जाएगी यदि ऊर्जा जो उपचार सक्रियण ऊर्जा के बराबर या उससे बड़ी है, डामर की दरार की सतह पर मौजूद है¹⁹. Graphene थर्मल सक्रियण चिकित्सा प्रदर्शन में सुधार और डामर की चिकित्सा दर में तेजी लाने के लिए कर सकते हैं¹⁹^,²⁰. इसके अलावा, graphene उपचार प्रक्रिया के दौरान 50% तक हीटिंग ऊर्जा बचा सकता है, जो ऊर्जा दक्षता को लाभ पहुंचा सकता है और रखरखाव की लागत को कम कर सकता है²¹. माइक्रोवेव-अवशोषक सामग्री के रूप में, ग्राफीन को माइक्रोवेव हीटिंग की बाकी अवधि के दौरान डामर की उपचार क्षमता में सुधार करने की सूचना दी जाती है²². यह उम्मीद की जाती है कि डामर में ग्राफीन के अलावा न केवल यांत्रिक प्रदर्शन में सुधार होगा, बल्कि आत्म-उपचार और ऊर्जा-बचत क्षमता में भी सुधार होगा, जिसके लिए आत्म-उपचार तंत्र के गहन ज्ञान की आवश्यकता होती है।

नैनोस्केल पर आत्म-उपचार मुख्य रूप से फ्रैक्चर चेहरों पर डामर अणुओं के गीलेपन और प्रसार के कारण होता^{है 23}। जैसा कि डामर में विभिन्न ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय अणु होते हैं, इसकी आत्म-उपचार क्षमता^{विभिन्न घटकों} के डामर अणुओं के आणविक इंटरैक्शन और आंदोलनों से दृढ़ता से संबंधित है। हालांकि, वर्तमान शोध मुख्य रूप से मैक्रोस्कोपिक यांत्रिक गुणों को मापने के लिए प्रयोगात्मक तकनीकों पर निर्भर करता है, जो उपचार तंत्र को समझने की कोशिश करते समय माइक्रोस्ट्रक्चर के परिवर्तन और डामर अणुओं के बीच बातचीत में लापता जानकारी का कारण बनता है। डामर की आत्म-उपचार क्षमता में ग्राफीन का मजबूत तंत्र भी इस स्तर पर अस्पष्ट है। आणविक गतिशीलता (एमडी) सिमुलेशन आणविक इंटरैक्शन और नैनोकम्पोजिट सिस्टम की गति की जांच करने में एक प्रभावशाली भूमिका निभाते हैं, और आणविक इंटरैक्शन और आंदोलनों के साथ माइक्रोस्ट्रक्चरल विरूपण को जोड़ते हैं 24,25,26,27,28,29,30,31 . एमडी सिमुलेशन सामग्री व्यवहारों का विश्लेषण करने के लिए अधिक से अधिक लोकप्रिय हो गए हैं जिन्हें^{प्रयोगों द्वारा} आसानी से एक्सेस नहीं किया जा सकता है ^32,33। मौजूदा अध्ययनों ने डामर प्रणालियों में एमडी सिमुलेशन की व्यवहार्यता और उपलब्धता को दिखाया है; सामंजस्य, आसंजन, उम्र बढ़ने, और डामर और डामर कंपोजिट के thermomechanical गुणों एमडी सिमुलेशन ^34,35,36,37 द्वारा पता लगाया जा सकता ^है. डामर के स्व-उपचार व्यवहार ों को एमडी सिमुलेशन ^38,39,40 द्वारा भी भविष्यवाणी की जा सकती ^है। इसलिए, यह माना जाता है कि एमडी सिमुलेशन का उपयोग करके जांच आत्म-उपचार और मजबूत तंत्र दोनों को समझने का एक प्रभावी तरीका है।

इस अध्ययन के उद्देश्यों को शुद्ध डामर और graphene-संशोधित डामर nanocomposites के आत्म-चिकित्सा व्यवहार की जांच करने के लिए और एमडी सिमुलेशन के माध्यम से डामर की चिकित्सा क्षमता में सुधार में graphene की भूमिका को समझने के लिए कर रहे हैं। शुद्ध डामर और graphene-संशोधित डामर कंपोजिट के स्व-उपचार सिमुलेशन प्रारंभिक संरचनाओं में दरारें पेश करके किए जाते हैं। आत्म-उपचार क्षमताओं को परमाणु संख्याओं के समोच्च, खंडित चेहरे पर अणुओं के पुनर्विन्यास और उलझन, और आत्म-उपचार प्रक्रियाओं के दौरान डामर घटकों की गतिशीलता की विशेषता है। विभिन्न साइटों पर graphene की चिकित्सा दक्षता की जांच करके, डामर की आत्म-चिकित्सा क्षमताओं में योगदान करने वाले graphene के मजबूत तंत्र का अनावरण किया जाता है, जो एक इष्टतम तरीके से नैनोफिलर की निगरानी में मदद कर सकता है और इस प्रकार डामर फुटपाथों के जीवन विस्तार को सक्षम कर सकता है। परमाणुवादी पैमाने पर आत्म-उपचार क्षमता की जांच भविष्य के अनुसंधान के लिए उन्नत डामर-आधारित सामग्री विकसित करने का एक कुशल तरीका प्रदान कर सकती है।

डामर रसायन विज्ञान के अनुसार, डामर में विभिन्न प्रकार के हाइड्रोकार्बन और गैर-हाइड्रोकार्बन होते हैं, जिनमें विभिन्न ध्रुवीयता और आकार होते हैं, जिन्हें मुख्य रूप से डामर के चार घटकों, ध्रुवीय एरोमैटिक्स, नेफ्थेन एरोमैटिक्स और^{संतृप्त 41,42} में विभाजित किया जा सकता है। डामर के अन्य अणुओं की तुलना में एस्फाल्ट के अणु अपेक्षाकृत बड़े और भारी होते हैं, जिसमें लगभग 750 ग्राम / मोल का औसत परमाणु द्रव्यमान होता है और 10-20 Å की सीमा में एक आणविक व्यास होता है। यह व्यापक रूप से स्वीकार किया गया है कि एस्फाल्टीन बड़े सुगंधित कोर से बना है जिसमें हेटेरोएटम होते हैं और अल्काइल समूहों की विभिन्न लंबाई से घिरे होते हैं⁴³। एक संशोधित एस्फाल्टीन अणु का निर्माण किया जाता है, जैसा कि चित्र 1 ए में दिखाया गया है। ध्रुवीय एरोमैटिक्स और नेफ्थेन एरोमैटिक्स के अणुओं का निर्माण ध्रुवीयता और डामर अणुओं के तत्व अनुपात के आधार पर किया जाता है, जिसमें बेंजोबिसबेंजोथियोफेन (सी₁₈एच₁₀एस₂) ध्रुवीय सुगंधित अणु का प्रतिनिधित्व करते हैं और 1,7-डाइमिथाइलनेफ्थलीन (सी₁₂एच₁₂) को प्रतिनिधि नेफ्थीन सुगंधित अणु के रूप में चुना जाता है, जैसा कि चित्र 1 बी-सी में दिखाया गया है। N-docosane (n-C ₂₂H₄₆) का निर्माण किया गया है जैसा कि चित्र 1d में दिखाया गया है। डामर अणुओं के लिए तालिका 1 में सूचीबद्ध मापदंडों का चयन किया जाता है और प्रयोगों से वास्तविक डामर के मौलिक द्रव्यमान अंश, परमाणु अनुपात और सुगंधित / एलिफेटिक अनुपात सहित वांछित मानदंडों को पूरा करने के लिए उपयोग किया जाता^है। हमारे पिछले अध्ययनों में एक ही द्रव्यमान अनुपात को परिभाषित किया गया है, और घनत्व, कांच संक्रमण तापमान और चिपचिपाहट जैसे अन्य थर्मोमैकेनिकल गुण वास्तविक डामर³⁶ के प्रयोगात्मक डेटा के साथ अच्छे समझौते में हैं। इस अध्ययन में लागू graphene की आणविक संरचना चित्र 1e में दिखाया गया है। इस अध्ययन में अपनाई गई ग्राफीन शीट में कोई दोष नहीं है और वास्तविक मामले की तुलना में कोई गुना नहीं है, जबकि वास्तविक ग्राफीन शीट में आमतौर पर परमाणु रिक्तियों और स्टोन-वेल्स दोष⁴⁴ जैसे कई दोष होते हैं, और कुछ ग्राफीन शीट को डामर मैट्रिक्स⁴⁵ में मिश्रण प्रक्रिया के दौरान मोड़ा जा सकता है। इन अपूर्ण स्थितियों को इस अध्ययन में नहीं माना जाता है, क्योंकि हम आत्म-चिकित्सा गुणों पर ग्राफीन शीट की साइट के प्रभाव पर ध्यान केंद्रित करते हैं और इसे एकमात्र चर के रूप में चुनते हैं। दोषों और मुड़े हुए मामलों के संदर्भ में ग्राफीन शीट के चर हमारे भविष्य के अध्ययनों का ध्यान केंद्रित करेंगे। इस अध्ययन में डामर के लिए graphene का द्रव्यमान अनुपात 4.75% है, जो प्रयोग^46,47 में graphene संशोधित डामर के लिए सामान्य स्थिति (<5%) है।

चित्र 1: रासायनिक संरचना। (ए) डामर के अणु (सी_{53 एच 55}एनओएस), (बी) नेफ्थेन सुगंधित अणु (सी_{12 एच 12}), (सी) ध्रुवीय सुगंधित अणु (सी₁₈एच₁₀एस₂), (डी) संतृप्त अणु (सी₂₂एच₄₆), (ई) ग्राफीन, और (एफ) शुद्ध डामर के परमाणुवादी मॉडल। परमाणुवादी डामर मॉडल के लिए, कार्बन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, सल्फर और हाइड्रोजन परमाणुओं को क्रमशः ग्रे, लाल, नीले, पीले और सफेद रंग में दिखाया गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

डामर मॉडल	द्रव्यमान (g/mol)	रासायनिक सूत्र	अणुओं की संख्या	कुल द्रव्यमान (g/mol)	द्रव्यमान अंश (%)
एस्फाल्टीन	754.04	C₅₃H₅₅NOS	43	32423.72	26
नेफ्थीन सुगंधित	156.22	C₁₂H₁₂	65	10154.3	8
ध्रुवीय सुगंधित	290.38	C₁₈H₁₀S₂	74	21485.16	17
तर	310.59	C₂₂H₄₆	205	63670.95	49
डामर बाइंडर			387	127734.13	100
Graphene	6369.28	C₅₂₅H₆₃	1	6369.28

तालिका 1: शुद्ध डामर मॉडल और graphene संशोधित डामर मॉडल के समग्र घटकों.

नीचे वर्णित प्रोटोकॉल के संबंध में, विभिन्न आकारों के साथ दो प्रकार के कील जैसी दरारें डामर मॉडल के बीच में एक कुंद दरार टिप और दो समानांतर दरार सतहों के साथ डाली जाती हैं, जबकि डामर थोक का मध्य-शीर्ष क्षेत्र बरकरार रहता है। दो दरार चौड़ाई को 15 Å और 35 Å के रूप में चुना गया है, जैसा कि चित्र 2a-b में दिखाया गया है। 15 Å का चयन करने का कारण यह है कि दरार चौड़ाई 12 Å की कटऑफ से अधिक चौड़ी होनी चाहिए ताकि संतुलन प्रक्रिया के दौरान डामर अणुओं के शुरुआती आत्म-उपचार से बचा जा सके, जबकि एक छोटी सी दरार के लिए एक चरम मामले की जांच की जा सके। 35 Å का चयन करने का कारण यह है कि दरार की चौड़ाई ब्रिजिंग प्रभाव को रोकने के लिए 34 Å के संतृप्त अणुओं की लंबाई से अधिक चौड़ी होनी चाहिए। दरार की ऊंचाई 35 Å है, जो बॉक्स चौड़ाई के समान है, और दरार की गहराई 70 Å है, जो बॉक्स की लंबाई के समान है। वास्तविक स्थिति में, मनाया माइक्रो-क्रैक आकार कई माइक्रोमीटर से लेकर कई मिलीमीटर तक की सीमा में भिन्न हो सकता है, जो कि लंबाई के पैमाने से कहीं बड़ा है जिसे हम यहां मॉडलिंग कर रहे हैं। आम तौर पर, एमडी सिमुलेशन में लंबाई का पैमाना 100 एनएम के पैमाने तक सीमित होता है, जो अभी भी वास्तविक दरार आकार से छोटे परिमाण के कई आदेश हैं। हालांकि, दरारें नैनोस्केल पर शुरू होती हैं और निरंतर विरूपण⁴⁸ के साथ मैक्रोस्केल दरारों में बढ़ती हैं। नैनोस्केल पर स्व-उपचार तंत्र की समझ मैक्रोस्केल पर दरार के विकास और आगे के प्रसार को रोकने में मदद कर सकती है। भले ही चयनित दरार आकार नैनोमीटर की सीमा में हैं, परिणाम अभी भी प्रभावशाली हो सकते हैं और डामर अणुओं के आत्म-उपचार व्यवहार का पता लगाने के लिए लागू हो सकते हैं। दरार क्षेत्रों में ग्राफीन शीट के लिए दो स्थान हैं: एक दरार टिप के शीर्ष पर है और दूसरा बाईं दरार सतह पर लंबवत है। यह पाया गया है कि ये ग्राफीन में graphene के लिए सबसे आम पदों रहे हैं संशोधित nanocomposites दरारें⁴⁹ के साथ.

चित्रा 2: शुद्ध डामर और graphene-संशोधित डामर के लिए स्व-चिकित्सा योजनाएं। (ए) 15 Å और (b) 35 Å की दरार चौड़ाई के साथ शुद्ध डामर का स्व-उपचार मॉडल। Graphene शीट के साथ graphene-संशोधित डामर के स्व-उपचार मॉडल (सी) दरार टिप के शीर्ष पर और (डी) दरार सतह के लंबवत स्थित है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

एमडी सिमुलेशन में, डामर nanocomposites में intramolecular और intermolecular इंटरैक्शन सुसंगत वैलेंस फोर्सफील्ड (CVFF) ⁵⁰, जो डामर और graphene आधारित सामग्री के साथ अच्छी तरह से काम करता है द्वारा वर्णित कर रहे हैं। CVFF के कार्यात्मक रूप को निम्नलिखित व्यंजक के रूप में व्यक्त किया गया है:

1

यहां, कुल ऊर्जा ई_कुल बंधुआ ऊर्जा शब्दों और गैर-बंधुआ ऊर्जा शब्दों से बना है। बंधुआ इंटरैक्शन में सहसंयोजक बंधन खिंचाव, बंधन कोण झुकने वाली ऊर्जा, मरोड़ कोण रोटेशन, और अनुचित ऊर्जा शामिल होती है जैसा कि पहले चार शब्दों में व्यक्त किया गया है। गैर-बंधुआ ऊर्जा में वैन डेर वाल्स (वीडीडब्ल्यू) शब्द के लिए एक एलजे -12-6 फ़ंक्शन और इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन के लिए एक कूलम्बिक फ़ंक्शन शामिल है। सीवीएफएफ को व्यापक रूप से डामर सामग्री^51,52 का अनुकरण करने में नियोजित किया गया ^है। घनत्व, चिपचिपाहट और थोक मापांक जैसे नकली भौतिक और यांत्रिक गुण प्रयोगात्मक डेटा के साथ अच्छे समझौते में हैं, जो सीवीएफएफ⁵¹ की विश्वसनीयता को दर्शाता है। CVFF न केवल अकार्बनिक पदार्थों के लिए उपयुक्त है, बल्कि इसे कार्बनिक और अकार्बनिक चरणों जैसे डामर-सिलिका⁵² और एपॉक्सी-ग्राफीन⁵³ की प्रणाली वाली संरचनाओं में भी सफलतापूर्वक नियोजित किया गया है। इसके अलावा, graphene और डामर के बीच इंटरफेसियल इंटरैक्शन CVFF^36,54 की विशेषता हो सकती ^है। चूंकि फोर्सफील्ड का चयन करने में प्रमुख हिस्सा डामर-ग्राफीन इंटरफ़ेस को निर्धारित करना है, इसलिए सीवीएफएफ द्वारा वर्णित गैर-बंधुआ इंटरैक्शन अधिक विश्वसनीय हैं, जिसे हमारे पिछले अध्ययन³⁶ में भी माना जाता है। कुल मिलाकर, इस अध्ययन में फोर्सफील्ड सीवीएफएफ को अपनाया गया है। विभिन्न प्रकार के परमाणुओं के लिए आंशिक आवेशों की गणना फोर्सफील्ड-असाइन की गई विधि द्वारा की जाती है।

Protocol

1. परमाणुवादी मॉडल का निर्माण पांच 3 डी परमाणुवादी दस्तावेज बनाने के लिए सामग्री स्टूडियो सॉफ्टवेयर खोलें और क्रमशः graphene, asphaltene, ध्रुवीय aromatics, naphthene aromatics, और संतृप्त के रूप में इन दस्तावेजों का नाम बद?…

Representative Results

परमाणु संख्या का समोच्चyz विमान में शुद्ध डामर और graphene-संशोधित डामर मॉडल की परमाणु संख्या की रूपरेखा को चित्र 3 में दिखाया गया है, जहां नीले से लाल रंग की रंग पट्टी परमाणु संख्याओं को 0 स?…

Discussion

प्रोटोकॉल भाग के भीतर महत्वपूर्ण चरण निम्नानुसार हैं: चरण 1.4 – चार प्रकार के डामर अणुओं का निर्माण और पैक करें; चरण 1.5 – दरार के साथ डामर संरचना का निर्माण; चरण 2.3 – संतुलन प्राप्त करें; चरण 2.4 – आत्म-उपचार प्रक्?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

लेखकों को परियोजना संख्या 7005547 के साथ हांगकांग सामरिक अनुसंधान अनुदान के सिटी विश्वविद्यालय से समर्थन के लिए आभारी हैं, हांगकांग विशेष प्रशासनिक क्षेत्र, चीन के अनुसंधान अनुदान परिषद (RGC) से समर्थन, परियोजना सं. R5007-18, और अनुदान JCYJ20170818103206501 के तहत शेन्ज़ेन विज्ञान और प्रौद्योगिकी नवाचार समिति से समर्थन।

Materials

Atomistic models of asphalt and graphene/Materials Studio	BIOVIA	Materials Studio 8.0	The atomistic models are built for molecular dynamics simulations.
Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator Package	Sandia National Laboratories	lammps-stable20	The equilibrium is achieved under NPT ensemble, and the atomistic models get self-healed.
OVITO	Materials Science Department of Technische Universität Darmstadt, Germany	ovito-basic-3.1.0-win64	The self-healing behaviors of the atomistic models are visualized.
Origin	OriginLab	Origin 2018 64Bit	The contours of the atom numbers of the trajectory are drawn and analyzed.

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Citar este artigo

Nie, F., Jian, W., Lau, D. Advanced Self-Healing Asphalt Reinforced by Graphene Structures: An Atomistic Insight. J. Vis. Exp. (183), e63303, doi:10.3791/63303 (2022).