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Engineering

Asphalte auto-cicatrisant avancé renforcé par des structures en graphène: un aperçu atomistique

Published: May 31, 2022 doi: 10.3791/63303
Automatic Translation
*1, *1, 1
1Department of Architecture and Civil Engineering, City University of Hong Kong
* These authors contributed equally

Summary

Le nanocomposite d’asphalte modifié au graphène a montré une capacité d’auto-guérison avancée par rapport à l’asphalte pur. Dans ce protocole, des simulations de dynamique moléculaire ont été appliquées afin de comprendre le rôle du graphène dans le processus d’auto-guérison et d’explorer le mécanisme d’auto-guérison des composants de l’asphalte au niveau atomistique.

Abstract

Le graphène peut améliorer les propriétés d’auto-guérison de l’asphalte avec une grande durabilité. Cependant, les comportements d’auto-guérison des nanocomposites d’asphalte modifiés au graphène et le rôle du graphène incorporé ne sont pas encore clairs à ce stade. Dans cette étude, les propriétés d’auto-guérison de l’asphalte pur et de l’asphalte modifié au graphène sont étudiées par des simulations de dynamique moléculaire. Des vracs d’asphalte avec deux largeurs de fissures et des emplacements pour le graphène sont introduits, et les interactions moléculaires entre les composants de l’asphalte et la feuille de graphène sont analysées. Les résultats montrent que l’emplacement du graphène affecte de manière significative les comportements d’auto-guérison de l’asphalte. Le graphène près de la surface de la fissure peut accélérer considérablement le processus d’auto-guérison en interagissant avec les molécules aromatiques par empilement π π, tandis que le graphène dans la zone supérieure de la pointe de la fissure a un impact mineur sur le processus. Le processus d’auto-guérison de l’asphalte passe par la réorientation des molécules aromatiques d’asphaltène, d’aromatique polaire et de naphtène, et par le pontage des molécules saturées entre les surfaces de fissures. Cette compréhension approfondie du mécanisme d’auto-guérison contribue à la connaissance de l’amélioration des propriétés d’auto-guérison, ce qui aidera à développer des chaussées d’asphalte durables.

Introduction

La détérioration sous les charges quotidiennes des véhicules et les conditions environnementales variables, ainsi que le vieillissement de l’asphalte pendant le service entraînent une dégradation ou même des défaillances structurelles, c’est-à-dire des fissures et des éclatements, ce qui peut affaiblir davantage la durabilité des chaussées en asphalte. La réponse inhérente de l’asphalte pour réparer les microfissures et les vides l’aide automatiquement à se remettre des dommages et à rétablir la résistance1. Cette capacité d’auto-guérison peut prolonger considérablement la durée de vie de l’asphalte, réduire les coûts d’entretien et réduire les émissions de gaz à effet de serre 2,3. Le comportement d’auto-guérison de l’asphalte dépend généralement de plusieurs facteurs d’influence, notamment sa composition chimique, le degré de dommage et les conditions environnementales4. L’amélioration de la capacité d’auto-guérison de l’asphalte qui peut guérir complètement les dommages en peu de temps est souhaitée; cela a suscité un intérêt de recherche approfondi pour l’amélioration des performances mécaniques et de la durabilité des chaussées en asphalte dans le génie civil.

Les nouvelles méthodes pour améliorer la capacité d’auto-guérison de l’asphalte comprennent principalement trois approches - induire le chauffage, la guérison par encapsulation et incorporer des nanomatériaux - qui peuvent être appliquées individuellement ou simultanément5,6. L’induction du chauffage peut améliorer considérablement la mobilité de l’asphalte et activer son auto-guérison pour la récupération7. La technologie d’auto-guérison de l’asphalte en induisant le chauffage peut être attribuée à la technique d’auto-guérison assistée, ce qui indique que les propriétés d’auto-guérison de l’asphalte sont améliorées par des stimuli externes. L’objectif de l’ajout des fibres de laine d’acier est d’améliorer la conductivité électrique afin d’augmenter la capacité de guérison du liant d’asphalte8. L’approche pour induire la chaleur consiste à exposer ces fibres électriquement conductrices au champ électromagnétique alternatif à haute fréquence, ce qui peut induire des courants de Foucault, et l’énergie thermique peut diffuser dans le liant d’asphalte par les fibres conductrices9. Les fibres de laine d’acier améliorent non seulement la conductivité électrique, mais aussi la conductivité thermique, ce qui peut avoir un effet positif sur les propriétés d’auto-guérison de l’asphalte. Cependant, il est difficile de sélectionner le bon temps de mélange pour les fibres10. La longueur des fibres diminue avec l’augmentation du temps de mélange et influence la conductivité thermique, tandis que la diminution du temps de mélange conduit à des grappes de fibres et entrave les propriétés mécaniques de l’asphalte9. La méthode d’encapsulation peut fournir des composants légers de l’asphalte vieilli tels que les aromatiques et les saturés et rafraîchir la capacité d’auto-guérison de l’asphalte11,12. Cependant, il s’agit d’un traitement unique et les matériaux de guérison ne peuvent pas être reconstitués après la libération. Avec le développement de la nanotechnologie, les nanomatériaux sont devenus des modificateurs prometteurs pour améliorer les matériaux à base d’asphalte. Les liants d’asphalte incorporés à des nanomatériaux présentent une meilleure conductivité thermique et de meilleures propriétés mécaniques13. Le graphène avec d’excellentes performances mécaniques et des performances thermiques élevées est considéré comme un excellent candidat pour améliorer la capacité d’auto-guérison de l’asphalte14,15,16,17. Les propriétés curatives accrues de l’asphalte modifié au graphène peuvent être attribuées au fait que le graphène augmente la capacité du liant d’asphalte à être chauffé et à produire un transfert de chaleur à l’intérieur du liant d’asphalte, ce qui signifie que l’asphalte modifié au graphène peut être chauffé plus rapidement et atteindre une température plus élevée que l’asphalte pur.18. La chaleur générée peut être transférée dans l’asphalte modifié au graphène à une vitesse plus rapide que celle de l’asphalte pur. La région de fissure du liant d’asphalte peut être facilement influencée et guérie plus rapidement par le flux de chaleur avec une température plus élevée et une capacité de chauffage plus élevée. La réaction d’auto-guérison commencera si l’énergie égale ou supérieure à l’énergie d’activation de guérison existe à la surface de la fissure de l’asphalte.19. Le graphène peut améliorer les performances de guérison par activation thermique et accélérer le taux de guérison de l’asphalte19,20. En outre, le graphène peut économiser de l’énergie de chauffage jusqu’à 50% pendant le processus de guérison, ce qui peut améliorer l’efficacité énergétique et réduire les coûts de maintenance.21. En tant que matériau absorbant les micro-ondes, le graphène améliorerait la capacité de guérison de l’asphalte pendant la période de repos du chauffage par micro-ondes.22. On s’attend à ce que l’ajout de graphène dans l’asphalte améliore non seulement les performances mécaniques, mais aussi la capacité d’auto-guérison et d’économie d’énergie, ce qui nécessite une connaissance approfondie du mécanisme d’auto-guérison.

L’auto-guérison à l’échelle nanométrique est principalement due au mouillage et à la diffusion des molécules d’asphalte au niveau des faces fracturées23. Comme l’asphalte se compose de diverses molécules polaires et non polaires, sa capacité d’auto-guérison est fortement liée aux interactions moléculaires et aux mouvements des molécules d’asphalte de différents composants1. Cependant, la recherche actuelle s’appuie principalement sur des techniques expérimentales pour quantifier les propriétés mécaniques macroscopiques, ce qui entraîne des informations manquantes dans le changement de microstructures et les interactions entre les molécules d’asphalte lorsqu’il s’agit de comprendre le mécanisme de guérison. Le mécanisme de renforcement du graphène dans la capacité d’auto-guérison de l’asphalte n’est pas non plus clair à ce stade. Les simulations de dynamique moléculaire (DM) jouent un rôle influent dans l’étude des interactions moléculaires et des mouvements des systèmes nanocomposites, et relient la déformation microstructurale aux interactions et mouvements moléculaires 24,25,26,27,28,29,30,31 . Les simulations MD sont devenues de plus en plus populaires pour analyser les comportements des matériaux qui ne sont pas facilement accessibles par les expériences32,33. Les études existantes ont montré la faisabilité et la disponibilité des simulations md dans les systèmes d’asphalte; la cohésion, l’adhérence, le vieillissement et les propriétés thermomécaniques de l’asphalte et des composites d’asphalte peuvent être explorés par les simulations MD 34,35,36,37. Les comportements d’auto-guérison de l’asphalte peuvent également être prédits par des simulations MD 38,39,40. Par conséquent, on croit que l’enquête utilisant des simulations MD est un moyen efficace de comprendre à la fois les mécanismes d’auto-guérison et de renforcement.

Les objectifs de cette étude sont d’étudier les comportements d’auto-guérison de l’asphalte pur et des nanocomposites d’asphalte modifié au graphène et de comprendre le rôle du graphène dans l’amélioration de la capacité de guérison de l’asphalte grâce à des simulations MD. Les simulations d’auto-guérison de composites d’asphalte pur et d’asphalte modifié au graphène sont réalisées en introduisant des fissures dans les structures initiales. Les capacités d’auto-guérison sont caractérisées par le contour du nombre d’atomes, la réorientation et l’intrication des molécules à la face fracturée et la mobilité des composants de l’asphalte au cours des processus d’auto-guérison. En étudiant l’efficacité de guérison du graphène sur différents sites, le mécanisme de renforcement du graphène contribuant aux capacités d’auto-guérison de l’asphalte est dévoilé, ce qui peut aider à la surveillance des nanocharges de manière optimale et permettre ainsi la prolongation de la durée de vie des chaussées en asphalte. Une étude de la capacité d’auto-guérison à l’échelle atomistique peut fournir un moyen efficace de développer des matériaux avancés à base d’asphalte pour les recherches futures.

Selon la chimie de l’asphalte, l’asphalte se compose de divers types d’hydrocarbures et de non-hydrocarbures de polarité et de formes différentes, qui peuvent principalement être divisés en quatre composants de l’asphaltène, des aromatiques polaires, des aromatiques de naphtène et des saturés41,42. Les molécules d’asphaltène sont relativement plus grandes et plus lourdes que les autres molécules de l’asphalte, avec une masse atomique moyenne d’environ 750 g/mol et un diamètre moléculaire compris entre 10 et 20 Å. Il a été largement admis que l’asphaltène est composé de grands noyaux aromatiques qui contiennent des hétéroatomes et sont entourés de différentes longueurs de groupes alkyles43. Une molécule d’asphaltène modifiée est construite, comme le montre la figure 1a. Les molécules d’aromatiques polaires et d’aromatiques de naphtène sont construites en fonction de la polarité et du rapport d’éléments des molécules d’asphalte, le benzobisbenzothiophène (C18H10S2) représentant la molécule aromatique polaire et le 1,7-diméthylnaphtalène (C12H12) étant choisi comme molécule aromatique représentative du naphtène, comme le montre la figure 1b-c. Le n-docosane (n-C 22H46) est construit comme le montre la figure 1d. Les paramètres énumérés dans le tableau 1 pour les molécules d’asphalte sont sélectionnés et utilisés pour répondre aux critères souhaités, y compris la fraction massique élémentaire, le rapport d’atomes et le rapport aromatique/aliphatique, de l’asphalte réel des expériences41. Le même rapport de masse a été défini dans nos études précédentes, et les autres propriétés thermomécaniques telles que la densité, la température de transition vitreuse et la viscosité sont en bon accord avec les données expérimentales de l’asphalte réel36. La structure moléculaire du graphène appliquée dans cette étude est illustrée à la figure 1e. La feuille de graphène adoptée dans cette étude n’a aucun défaut et aucun pli par rapport à celui du cas réel, tandis que la feuille de graphène réelle présente généralement plusieurs défauts tels que des vides atomiques et des défauts stone-wales44, et certaines des feuilles de graphène peuvent être pliées pendant le processus de mélange dans la matrice d’asphalte45. Ces situations imparfaites ne sont pas prises en compte dans cette étude, puisque nous nous concentrons sur l’effet du site de la feuille de graphène sur les propriétés d’auto-guérison et le choisissons comme seule variable. Les variables des feuilles de graphène en termes de défauts et de boîtiers pliés seront au centre de nos futures études. Le rapport massique du graphène à l’asphalte dans cette étude est de 4,75%, ce qui est la situation normale (<5%) pour l’asphalte modifié au graphène dans l’expérience46,47.

Figure 1
Figure 1 : Structure chimique. Les modèles atomistiques de (a) molécule d’asphaltène (C53H55NOS), (b) molécule aromatique de naphtène (C12H12), (c) molécule aromatique polaire (C18H10S2), (d) molécule saturée (C22H46), (e) graphène et (f) asphalte pur. Pour le modèle atomistique de l’asphalte, les atomes de carbone, d’oxygène, d’azote, de soufre et d’hydrogène sont représentés en gris, rouge, bleu, jaune et blanc, respectivement. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Modèle d’asphalte Masse (g/mol) Formule chimique Nombre de molécules Masse totale (g/mol) Fraction massique (%)
Asphaltène 754.04 C53H55NOS 43 32423.72 26
Naphthène aromatique 156.22 C12H12 65 10154.3 8
Aromatique polaire 290.38 C18H10S2 74 21485.16 17
Saturer 310.59 C22H46 205 63670.95 49
Liant d’asphalte 387 127734.13 100
Graphène 6369.28 C525H63 1 6369.28

Tableau 1 : Composantes globales du modèle d’asphalte pur et du modèle d’asphalte modifié au graphène.

En ce qui concerne le protocole décrit ci-dessous, deux types de fissures en forme de coin de différentes tailles sont insérés au milieu du modèle d’asphalte avec une pointe de fissure émoussée et deux surfaces de fissure parallèles, tandis que la zone supérieure médiane du vrac d’asphalte reste intacte. Deux largeurs de fissure sont choisies comme 15 Å et 35 Å, comme le montre la figure 2a-b. La raison du choix de 15 Å est que la largeur de la fissure doit être plus large que la coupure de 12 Å pour éviter l’auto-guérison précoce des molécules d’asphalte pendant le processus d’équilibre tout en étudiant un cas extrême pour une petite fissure. La raison du choix de 35 Å est que la largeur de la fissure doit être plus large que la longueur des molécules saturées de 34 Å afin d’éviter l’effet de pontage. La hauteur de la fissure est de 35 Å, la même que la largeur de la boîte, et la profondeur de la fissure est de 70 Å, la même que la longueur de la boîte. Dans la situation réelle, les tailles de microfissures observées peuvent varier de plusieurs micromètres à plusieurs millimètres, ce qui est beaucoup plus grand que l’échelle de longueur que nous modélisons ici. Normalement, l’échelle de longueur dans la simulation MD est limitée à l’échelle de 100 nm, ce qui est encore plusieurs ordres de grandeur plus petit que la taille réelle de la fissure. Cependant, les fissures commencent à l’échelle nanométrique et se transforment en fissures à l’échelle macro avec une déformation continue48. La compréhension du mécanisme d’auto-guérison à l’échelle nanométrique peut aider à prévenir la croissance et la propagation ultérieure de la fissure à l’échelle macro. Même si les tailles de fissures sélectionnées sont de l’ordre du nanomètre, les résultats peuvent toujours être influents et applicables pour explorer les comportements d’auto-guérison des molécules d’asphalte. Il y a deux emplacements pour les feuilles de graphène dans les zones de fissure: l’un est au-dessus de la pointe de la fissure et l’autre est perpendiculaire à la surface de la fissure gauche. Il a été constaté que ce sont les positions les plus courantes pour le graphène dans les nanocomposites modifiés par le graphène avec des fissures49.

Figure 2
Figure 2 : Schémas d’auto-guérison de l’asphalte pur et de l’asphalte modifié au graphène. Le modèle auto-cicatrisant d’asphalte pur avec une largeur de fissure de (a) 15 Å et (b) 35 Å. Le modèle auto-cicatrisant d’asphalte modifié au graphène avec la feuille de graphène est situé (c) au sommet de la pointe de la fissure et (d) perpendiculairement à la surface de la fissure. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Dans les simulations MD, les interactions intramoléculaires et intermoléculaires dans les nanocomposites d’asphalte sont décrites par le champ de force de valence cohérent (CVFF)50, qui fonctionne bien avec les matériaux à base d’asphalte et de graphène. La forme fonctionnelle du CVFF est exprimée comme l’expression suivante :

Equation 1 1

Ici, le total d’énergie totale E est composé des termes d’énergie liée et des termes d’énergie non liée. Les interactions liées comprennent l’étirement de la liaison covalente, l’énergie de flexion de l’angle de liaison, la rotation de l’angle de torsion et les énergies incorrectes exprimées dans les quatre premiers termes. L’énergie non liée comprend une fonction LJ-12-6 pour le terme van der Waals (vdW) et une fonction coulombique pour les interactions électrostatiques. CVFF a été largement utilisé pour simuler des matériaux d’asphalte51,52. Les propriétés physiques et mécaniques simulées telles que la densité, la viscosité et le module en vrac sont en bon accord avec les données expérimentales, qui démontrent la fiabilité du CVFF51. Le CVFF convient non seulement aux matériaux inorganiques, mais il a également été utilisé avec succès dans des structures constituées de phases organiques et inorganiques telles que l’asphalte-silice52 et le système d’époxy-graphène53. De plus, les interactions interfaciales entre le graphène et l’asphalte peuvent être caractérisées par CVFF36,54. Étant donné que la majeure partie de la sélection du champ de force consiste à déterminer l’interface asphalte-graphène, les interactions non liées décrites par CVFF sont plus fiables, ce qui est également pris en compte dans notre étude précédente36. Dans l’ensemble, le CVFF de champ de force est adopté dans cette étude. Les charges partielles pour différents types d’atomes sont calculées par la méthode assignée au champ de force.

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Protocol

1. Construire les modèles atomistiques

  1. Ouvrez le logiciel Materials Studio pour créer cinq documents atomistiques 3D et renommez ces documents en graphène, asphaltène, aromatiques polaires, aromatiques de naphtène et saturés, respectivement.
  2. Créez le modèle de graphène en créant la cellule unitaire de la feuille de graphène dans le document atomistique 3D à l’aide de l’option Esquisse d’atome .
  3. Construisez la structure finale à l’aide de l’option Supercell du menu Générer > symétrie . Définissez la taille de la feuille de graphène comme 40 Å x 40 Å, ce qui est plus grand que les chaînes d’asphalte et la largeur de la fissure.
  4. Construisez et emballez les quatre types de molécules d’asphalte.
    1. Utilisez l’option Sketch Atom pour dessiner séparément les structures moléculaires de l’asphaltène, des aromatiques polaires, des aromatiques de naphtène et des saturés.
    2. Emballez les quatre types de molécules d’asphalte dans la boîte de simulation à l’aide de l’option Calcul du menu Modules > cellule amorphe .
  5. Construisez la structure d’asphalte avec la fissure.
    1. Réglez la hauteur de la zone de fissure dans la dimension x de la même que la hauteur de la boîte de 70 Å et la profondeur de la zone de fissure dans la dimension y est la moitié de la hauteur de la boîte comme 35 Å.
    2. Définissez deux cas des largeurs de fissure dans la dimension z de 15 Å et 35 Å. Supprimez les molécules redondantes dans les zones de fissure de la zone médiane du vrac d’asphalte à l’aide de l’option Supprimer et conservez la matrice d’asphalte dans la zone médiane inchangée.
  6. Construisez la structure d’asphalte modifiée au graphène avec la fissure. Incorporez la feuille de graphène dans la zone supérieure de la pointe de la fissure et la surface de la fissure gauche séparément avant l’étape d’emballage à l’aide de la commande Copier + Coller .
  7. Emballez les molécules d’asphalte dans la boîte de simulation en fonction des compositions finales énumérées dans le tableau 1 pour construire la structure d’asphalte modifiée au graphène.
  8. Convertissez le fichier de structure en fichier de données. Enregistrez les fichiers de structure en tant que fichiers de molécules avec les informations de structure (*.car et *.mdf) de Materials Studio. Convertissez les fichiers de molécules (*.car et *.mdf) en fichiers de données à l’aide de l’outil msi2lmp dans un simulateur atomique/moléculaire massivement parallèle à grande échelle (LAMMPS)55 . Lisez le fichier de données à l’aide de la commande read_data dans LAMMPS.

2. Effectuer les simulations

  1. Définissez les paramètres des simulations.
    1. Définissez le pas de temps sur 1 fs dans le fichier d’entrée en tenant compte de l’équilibre entre la précision et l’efficacité des simulations effectuées.
    2. Définissez la distance de coupure des interactions non liées sur 12 Å, ce qui représente moins de la moitié de la longueur de la boîte de simulation en tenant compte de la condition aux limites périodique et de l’efficacité de calcul.
    3. Utilisez l’algorithme PPPM (Particle-Mesh) particule-particule pour décrire les interactions coulombiques à longue portée et définir l’erreur relative dans les forces par atome calculées par le solveur à longue portée sur 10-5 pour une grande précision.
  2. Fixez le profil de la fissure. Sélectionnez les molécules d’asphalte sur le profil par la commande Group Molecules dans LAMMPS. Appliquez les contraintes sur les molécules d’asphalte à l’aide de la commande Fix Spring/Self dans LAMMPS pour éviter les mouvements des molécules d’asphalte.
  3. Atteindre l’équilibre
    1. Gardez l’ensemble de la boîte de simulation complètement détendu après 500 ps sous l’ensemble isotherme-isobare (NPT) avec une température de 300 K et une pression de 1 atm.
    2. Rendre l’asphalte en vrac équilibré à la valeur de densité souhaitée des mesures expérimentales41 de 0,95-1,05 g / cm3 en examinant en permanence les valeurs de température, de pression, de densité et d’énergie à l’aide de la commande Thermique .
    3. Vérifiez la convergence de l’énergie potentielle et le déplacement moyen-carré (MSD) dans l’ensemble du système pour atteindre l’état complètement détendu.
  4. Effectuez le processus d’auto-guérison.
    1. Placez l’ensemble de la boîte de simulation sous l’ensemble NPT avec une température de 300 K et une pression de 1 atm.
    2. Supprimer la contrainte des molécules d’asphalte sur le contour de la zone de fissure.
    3. Suivez et enregistrez la taille de la boîte de simulation et les coordonnées des atomes et utilisez la commande Dump pour le post-traitement.
    4. Faites la moyenne des résultats de la simulation au cours du processus d’auto-guérison sur trois configurations indépendantes avec trois graines de vitesse initiale différentes afin de réduire les erreurs aléatoires.

3. Post-traitement

  1. Visualisez les comportements d’auto-guérison. Ouvrez l’outil de visualisation ouvert OVITO56 pour visualiser la progression de la simulation, puis ouvrez les fichiers de trajectoire au format lammpstrj généré par LAMMPS55. Enregistrez les instantanés du processus d’auto-guérison et suivez les trajectoires des molécules d’asphalte à l’aide de la commande Render .
  2. Analysez le contour du nombre d’atomes. Exportez les coordonnées des atomes vers un logiciel d’analyse de données et de représentation graphique à partir des fichiers de trajectoire générés par LAMMPS. Projeter les coordonnées des atomes dans l’ensemble du système sur le plan yz. Enregistrez le nombre d’atomes à différentes zones du plan yz et tracez le contour avec différentes couleurs.
  3. Analysez la mobilité et la position relative de l’atome.
    1. Analysez la mobilité des atomes de différents composants d’asphalte par déplacement moyen-carré (MSD) à l’aide de la commande Compute msd .
    2. Calculez les positions relatives entre les molécules de graphène et d’asphalte par les courbes des fonctions de distribution radiale (RDF) pour le système de systèmes d’asphalte modifiés au graphène avec les largeurs de fissure de 15 Å et 35 Å à l’aide de la commande Compute rdf dans LAMMPS.
    3. Dessinez les courbes RDF pour vérifier comment la densité de l’asphalte varie en fonction de la distance par rapport à la feuille de graphène.

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Representative Results

Le contour du nombre d’atomes
Les contours du nombre d’atomes des modèles d’asphalte pur et d’asphalte modifié au graphène dans le plan yz sont illustrés à la figure 3, où la barre de couleur du bleu au rouge présente un nombre d’atomes variant de 0 à 28. La figure 3a-c illustre le contour du nombre d’atomes des structures avec une largeur de fissure de 15 Å dans l’asphalte pur et les nanocomposites d’asphalte modifiés par le graphène à l’extrémité de la fissure et à la surface de la fissure. Pour l’asphalte pur, la guérison complète se produit après environ 300 ps. Le comportement d’auto-guérison commence à partir de la zone de la pointe de la fissure, car la zone autour de la pointe de la fissure devient une forme émoussée fondue avec une couleur bleue après 50 ps, et plusieurs molécules d’asphalte relient les deux surfaces de fissure au milieu de la pointe de la fissure. La couleur verte dans le contour présente l’asphalte en vrac, qui est l’étape de la zone de fissure devenant entièrement auto-cicatrisante. À environ 100 ps, la zone de fissure est presque fermée avec un petit vide restant, et les couleurs des surfaces de fissure initiales passent au vert, ce qui indique que le processus d’auto-guérison est terminé dans ces zones; cependant, il reste encore quelques zones bleues et blanches à auto-guérir. Après environ 300 ps, la majeure partie de la couleur de la zone de fissure est passée au vert, ce qui est le même que celui du vrac d’asphalte, ce qui indique que le processus d’auto-guérison est terminé. Comme le montre la figure 3b, le processus d’auto-guérison n’est pas modifié de manière significative après l’ajout de la feuille de graphène sur le dessus de la fissure. Le processus d’auto-guérison prend environ 500 ps à compléter, et la zone de fissure est fortement diminuée à 50 ps et disparaît presque à 200 ps. La feuille de graphène sur le dessus de la pointe de la fissure semble avoir peu d’influence sur le processus d’auto-guérison de la surface de la fissure. Cependant, l’insertion du graphène à gauche de la surface de la fissure peut accélérer considérablement le processus d’auto-guérison, comme le montre la figure 3c, où la ligne rouge dans le contour est la feuille de graphène. La période d’auto-guérison est raccourcie à environ 200 ps, soit deux fois moins que celle de l’asphalte pur. La largeur de la fissure est considérablement réduite à 20 ps, et les molécules d’asphalte de la masse ont tendance à se déplacer vers la zone du graphène et à remplir la zone de la fissure. La zone de fissure disparaît presque vers 150 ps, bien que certaines des zones en bas restent bleues. Après 50 ps supplémentaires du processus d’auto-guérison, la zone de fissure est pleine de couleur bleue, ce qui indique la fin du processus.

Le processus d’auto-guérison des modèles avec une largeur de fissure de 35 Å prend presque deux fois plus de temps que celui des modèles avec une largeur de fissure de 15 Å, tandis que le processus d’auto-guérison de l’asphalte pur dure environ 1 000 ps. Le comportement d’auto-guérison commence dans la zone de la pointe de la fissure, et la forme de la fissure devient rétrécie et irrégulière à 100 ps. La majeure partie de la zone de fissure est guérie de 500 ps, avec un petit vide laissé au milieu de la zone de fissure. Après avoir effectué le processus d’auto-guérison pendant 500 ps supplémentaires, la zone de fissure est remplie de molécules d’asphalte jusqu’à ce que le processus d’auto-guérison soit terminé. La feuille de graphène est située sur le dessus de la pointe de la fissure, comme le montre la ligne rouge de la figure 3e. La période d’auto-guérison est d’environ 1 100 ps, ce qui est proche de celui de l’asphalte pur. Cependant, la forme de la fissure change différemment. Il existe des molécules d’asphalte qui relient la zone de fissure à environ 400 ps, ce qui peut faire progresser le processus d’auto-guérison. Comme le montre la figure 3f, les comportements d’auto-guérison peuvent être considérablement améliorés lorsque la feuille de graphène est située à la surface de la fissure gauche. Un phénomène similaire au modèle avec une largeur de fissure de 15 Å peut être observé: certaines des molécules d’asphalte dans le vrac d’asphalte ont tendance à se déplacer vers la zone de graphène et à s’enrouler autour de la feuille de graphène, ce qui peut réduire considérablement la zone de fissure et aider le processus d’auto-guérison. La largeur de la fissure est réduite à environ la moitié de la largeur initiale de la fissure de seulement 50 ps, et la majeure partie de la zone de la fissure est guérie à environ 300 ps. L’ensemble du processus d’auto-guérison dure environ 600 ps et la majeure partie de la zone de fissure disparaît; cela ne prend que la moitié du temps pris par l’asphalte pur.

Figure 3
Figure 3 : Contour du nombre d’atomes pendant le processus d’auto-guérison. Le contour du nombre d’atomes pendant le processus d’auto-guérison pour les modèles avec une largeur de fissure de 15 Å pour (a) l’asphalte pur, (b) le graphène sur la pointe de la fissure et (c) le graphène à la surface gauche de la pointe de la fissure, et les modèles avec une largeur de fissure de 35 Å pour (d) l’asphalte pur, (e) le graphène sur la pointe de la fissure, et f) le graphène à la surface gauche de l’extrémité de la fissure. Les boîtes noires en pointillés font référence aux emplacements du graphène. La barre de couleur du bleu au rouge représente le nombre d’atomes variant de 0 à 28 dans le contour. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Interactions moléculaires
Pour explorer la différence de comportements d’auto-guérison entre l’asphalte pur et les composites d’asphalte modifiés au graphène, les interactions moléculaires et le mouvement au cours du processus d’auto-guérison sont capturés et analysés, comme le montre la figure 4. À partir de la figure 4a, on peut observer que les molécules aromatiques comme l’asphaltène, les aromatiques polaires et les aromatiques de naphtène sont attirées par la feuille de graphène à travers l’empilement π-π lorsque le graphène est placé sur la zone supérieure de la pointe de la fissure. Ces molécules d’asphalte sont capturées hermétiquement par la feuille de graphène et ne peuvent pas facilement se diffuser dans le voisinage de la zone de fissure ou remplir la fissure, ce qui entrave le processus d’auto-guérison dans une certaine mesure. Cependant, les comportements d’auto-guérison proviennent principalement des molécules d’asphalte près de la surface de la fissure, et l’influence de ces molécules dans la zone supérieure nécessite une exploration plus approfondie. À partir de la figure 4b, il est observé que la molécule aromatique polaire à la surface de la fissure est attirée par la feuille de graphène à l’autre surface de la fissure, ce qui peut augmenter encore la probabilité que la molécule aromatique de naphtène voisine se déplace sur la zone de la fissure. Les molécules d’asphalte recueillies attirées par la feuille de graphène peuvent emballer la zone de fissure avec une vitesse plus élevée que celle de l’asphalte pur et la capacité d’auto-guérison du nanocomposite d’asphalte modifié au graphène peut être améliorée. Le processus d’auto-guérison du modèle avec une largeur de fissure de 35 Å modifiée par du graphène à la surface de la fissure gauche est illustré à la figure 4c. Les molécules aromatiques polaires sont attirées par la feuille de graphène par empilement π-π lorsque l’auto-guérison commence, et ces molécules d’asphalte peuvent rapidement s’enrouler autour de la feuille de graphène et réduire l’espace de la zone de fissure, comme le montre la figure 3f. Cela indique que le graphène joue un rôle important dans la phase initiale d’auto-guérison lorsqu’il est situé autour de la surface de la fissure. Un instantané auto-cicatrisant de l’asphalte pur avec une largeur de fissure de 15 Å est illustré à la figure 4d. On peut clairement observer que la structure en chaîne de la saturation est importante pour le processus d’auto-guérison, car les molécules peuvent s’emmêler les unes avec les autres et combler la surface de la fissure. Cet effet de pont entre les molécules saturées et les chaînes latérales des molécules d’asphaltène peut augmenter considérablement l’efficacité de l’emballage et diminuer la période d’auto-guérison. On observe également que les molécules d’asphalte avec des cycles polyaromatiques, telles que l’asphaltène, les aromatiques polaires et les aromatiques de naphtène, se réorientent à la surface de la fissure par empilement π-π. Cette réorientation permet aux molécules d’asphalte de se déplacer dans une direction parallèle et contribue au mouillage des fissures, ce qui ferme davantage les surfaces des fissures.

Figure 4
Figure 4 : Détails de l’interaction non liée de l’asphalte pur et des nanocomposites d’asphalte modifié au graphène pendant le processus d’auto-guérison. Pour le modèle avec (a) 15 Å de largeur de fissure et du graphène situé sur le dessus de la pointe de la fissure, les molécules aromatiques dans l’asphalte sont attirées par la feuille de graphène par empilement π-π. Pour le modèle avec (b) 15 Å de largeur de fissure et du graphène sur le côté gauche de la surface de la fissure, les molécules aromatiques polaires à l’autre surface de la fissure se déplacent sur la surface du graphène en raison de fortes interactions aromatiques. Pour le modèle avec (c) 35 Å de largeur de fissure et du graphène sur le côté gauche de la surface de la fissure, les molécules aromatiques polaires sont attirées par la feuille de graphène et dépassent ainsi de la surface de la fissure. Pour le modèle avec (d) 15 Å de largeur de fissure et de l’asphalte pur, il y a une réorientation des molécules aromatiques à la surface de la fissure et un pontage en chaîne et un enchevêtrement des molécules saturées pendant le processus d’auto-guérison. Les cases pointillées bleues et les cases pointillées violettes de la figure indiquent les comportements d’empilement et de réorientation π-π, respectivement. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

La réorientation des molécules aromatiques, y compris l’asphaltène, les aromatiques polaires et les aromatiques de naphtène autour de la surface de la fissure pendant le processus d’auto-guérison, est illustrée à la figure 5. La figure 5a montre que les molécules suivies avant l’auto-guérison sont presque perpendiculaires entre les aromatiques naphténiques et les aromatiques polaires et entre l’asphaltène et les aromatiques polaires. La distance entre l’asphaltène et les deux autres molécules aromatiques est de 13,3 Å, ce qui est plus grand que la distance entre les molécules aromatiques. Après auto-guérison pendant 40 ps, la molécule aromatique de naphtène diffuse dans l’espace entre l’asphaltène et les aromatiques polaires et joue un rôle important dans l’interaction avec les deux autres molécules. Sur la figure 5b, on peut observer que la distance et l’angle entre la molécule aromatique polaire et la molécule aromatique de naphtène sont de 4,6 Å et 89°, ce qui indique une interaction d’empilement π-π en forme de T entre les deux molécules aromatiques. L’angle et la distance entre le naphthène aromatique et l’asphaltène diminuent à 32° et 4,6 Å, respectivement. Cela indique que les interactions non liées entre les aromatiques de naphtène et l’asphaltène les font tourner et ajuster l’orientation progressivement, contribuant au mouillage de la surface de la fissure. Les orientations des trois molécules sont presque parallèles après 50 ps, car les angles entre elles sont de 26° et 35°, comme le montre la figure 5c. La distance entre eux diminue en dessous de 4,0 Å, ce qui indique que l’empilement π-π facilite la structure parallèle et rapproche les molécules aromatiques. Dans l’ensemble, la réorientation à la surface de la fissure favorise l’interaction des molécules d’asphalte, ce qui raccourcit la distance intermoléculaire et augmente l’attraction entre elles. La réorientation et la diffusion des molécules d’asphalte facilitent davantage le remplissage de la zone de fissure et accélèrent le processus d’auto-guérison.

Figure 5
Figure 5 : La réorientation des molécules d’asphalte au cours du processus d’auto-guérison. Angles et distances entre les molécules d’asphalte (a) avant l’auto-guérison, (b) après 40 ps et (c) à 50 ps. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Mobilité des composants d’asphalte
Pour comprendre quantitativement les rôles des différents composants dans les comportements d’auto-guérison de l’asphalte, le MSD de la masse centrale pour le composite d’asphalte est calculé pour représenter la mobilité transitionnelle au cours du processus d’auto-guérison, qui est exprimée par:

Equation 2

où ri(t) est le vecteur position de la particule i au temps t, et le crochet angulaire indique la valeur moyenne de la distance parcourue. Les valeurs MSD de l’asphalte pur et de l’asphalte modifié au graphène sont suivies et illustrées à la figure 6. La figure 6a-c montre la MSD du composite d’asphalte avec une fissure de largeur de 15 Å, tandis que ceux avec une fissure de largeur de 35 Å sont représentés à la figure 6d-f. On peut observer que les acides gras saturés sont le composant le plus actif dans les comportements d’auto-guérison de l’asphalte, tandis que l’asphaltène est le moins actif. Il y a deux raisons possibles: l’une concerne la masse moléculaire, car les asphaltènes ont la masse moléculaire la plus élevée dans l’asphalte, et ils sont moins capables de se déplacer et de remplir la zone de fissure. L’autre est la structure en forme de chaîne des saturés, qui ont une mobilité plus élevée que les autres composants et sont plus susceptibles de s’emmêler et de s’étirer à la surface de la fissure. La mobilité des aromatiques polaires est supérieure à celle des aromatiques au naphtène; cela est dû à la masse moléculaire et à la polarité plus élevées des aromatiques polaires. Les atomes polaires sur les aromatiques polaires, tels que les atomes de soufre, peuvent former une liaison H avec les asphaltènes, et la mobilité peut être entravée. Les valeurs MSD pour l’asphalte modifié au graphène sur la zone supérieure de la pointe de la fissure et la surface de la fissure gauche sont illustrées à la figure 6b et à la figure 6c. On peut voir à la figure 6b que le TMS du graphène est inférieur à celui des composants de l’asphalte puisque le graphène occupe le plus grand volume et a la masse moléculaire la plus élevée dans les nanocomposites d’asphalte. Les valeurs MSD des composants de l’asphalte sont relativement inférieures à celles de l’asphalte pur; en effet, les interactions entre ces molécules et le graphène entravent la mobilité des molécules d’asphalte et ralentissent le processus d’auto-guérison. Cependant, lorsque le graphène est placé à la surface de la fissure gauche, les mobilités des aromatiques polaires, des aromatiques de naphtène et du graphène s’améliorent considérablement par rapport à celles de l’asphalte pur. Cela indique que le graphène joue un rôle important dans le processus d’auto-guérison et que ses interactions avec les molécules aromatiques de l’asphalte contribuent au processus d’auto-guérison de l’asphalte. Pour le cas de fissure de 35 Å de largeur de la figure 6d, le MSD de l’asphalte pur suit une tendance similaire à celle du cas avec une largeur de fissure de 15 Å, car le MSD de l’asphaltène, des aromatiques polaires, des aromatiques de naphtène et des satures varie de manière croissante. Lors de l’insertion de graphène dans la zone supérieure de la pointe de la fissure, le TMS des saturés diminue d’environ 15 Å2. L’existence de feuilles de graphène en vrac d’asphalte influence verticalement l’espace mobile des molécules saturées et empêche les voies d’auto-guérison. À partir de la figure 6f, on peut observer que les valeurs de TMS de l’asphaltène, des aromatiques polaires et des aromatiques de naphtène sont toutes améliorées par rapport à l’asphalte pur, tandis que les TMS des acides gras saturés diminuent légèrement. Le graphène est fortement responsable de l’amélioration du processus d’auto-guérison, en particulier avec des molécules contenant des aromatiques. Les interactions d’empilement π-π entre le graphène et l’asphaltène, les aromatiques polaires et les aromatiques de naphtène améliorent la mobilité de ces molécules d’asphalte et aident à former une structure d’emballage stable dans la zone de fissure, ce qui accélère le processus d’auto-guérison de l’asphalte.

Figure 6
Figure 6 : TMS d’asphalte pur et de molécules d’asphalte modifiées au graphène pendant le processus d’auto-guérison. Pour les modèles avec une largeur de fissure de 15 Å, MSD de (a) asphalte pur et d’asphalte modifié au graphène sur (b) le haut de la pointe de la fissure et (c) la surface gauche est présenté. Pour les modèles avec une largeur de fissure de 35 Å, MSD de (d) asphalte pur et d’asphalte modifié au graphène sur (e) le haut de la pointe de la fissure et (f) la surface de fissure gauche est présenté. L’axe X représente le temps de la simulation et l’axe Y représente les valeurs MSD des composants d’asphalte et de la molécule de graphène pendant le processus d’auto-guérison. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Emplacements moléculaires après auto-guérison
Pour explorer les emplacements relatifs entre les molécules de graphène et d’asphalte au cours du processus d’auto-guérison, les fonctions de distribution radiale entre le graphène et les molécules aromatiques dans l’asphalte sont calculées et illustrées à la figure 7. La figure 7a-c montre le RDF du modèle avec une largeur de fissure de 15 Å avant et après le processus d’auto-réparation. On peut voir que les molécules aromatiques dans l’asphalte se rapprochent de la feuille de graphène après le processus d’auto-guérison, en particulier les molécules aromatiques polaires et les molécules aromatiques de naphtène. Comme l’indique la figure 4, il existe de fortes interactions d’empilement π-π entre le graphène et les molécules aromatiques telles que l’asphaltène, les aromatiques polaires et les aromatiques de naphtène, qui amènent la feuille de graphène à attirer ces molécules vers la surface de la fissure. Cependant, la différence dans les valeurs g(r) de l’asphaltène avant et après l’auto-guérison n’est pas aussi significative que celles des aromatiques polaires et des aromatiques de naphtène. En effet, les molécules d’asphaltène obtiennent une masse moléculaire et un volume plus élevés que les molécules aromatiques polaires et aromatiques de naphtène, ce qui rend plus difficile leur rotation et leur diffusion dans la zone du graphène et remplissent la zone de fissure. Les valeurs g(r) accrues entre le graphène et les molécules aromatiques polaires ou aromatiques de naphtène dans les 4,0 Å sont dans la distance d’interaction typique pour l’empilement π-π, et les valeurs g(r) accrues au-delà de 4,0 Å sont dues à la combinaison d’interactions moléculaires et à l’élimination de la zone de fissure. Un RDF du modèle avec une largeur de fissure de 35 Å avant et après le processus d’auto-réparation est illustré à la figure 7d-f. Les valeurs g(r) entre le graphène et l’asphaltène au-delà de 4,0 Å par le processus d’auto-guérison sont plus évidentes que celles de la largeur de fissure de 15 Å; c’est parce que l’asphaltène a plus d’espace pour diffuser et se déplacer vers le graphène dans la plus grande zone de fissure. Les valeurs g(r) comprises dans 4,0 Å sont plus significatives pour les aromatiques de naphtène que pour les aromatiques polaires; cela est dû à la plus petite masse moléculaire et à la meilleure capacité de diffusion des molécules aromatiques de naphtène.

Figure 7
Figure 7 : Valeurs RDF entre le graphène à la surface de la fissure gauche et les composants de l’asphalte. Les valeurs RDF entre le graphène à la surface de la fissure gauche et les composants de l’asphalte (a) asphaltène, (b) aromatiques polaires, (c) aromatiques de naphtène du modèle avec une largeur de fissure de 15 Å, (d) asphaltène, (e) aromatiques polaires et (f) aromatiques de naphtène des modèles avec une largeur de fissure de 35 Å. L’axe X représente la distance des deux molécules et l’axe Y représente les valeurs RDF. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

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Discussion

Les étapes critiques de la partie Protocole sont les suivantes : étape 1.4 - Construire et emballer les quatre types de molécules d’asphalte ; étape 1.5 - Construire la structure d’asphalte avec la fissure; étape 2.3 - Atteindre l’équilibre; étape 2.4 - Effectuez le processus d’auto-guérison. Ces étapes indiquent le contenu le plus cohérent et le plus important du protocole. Pour créer les formes souhaitées de la fissure insérée, le processus d’emballage est modifié par rapport à l’emballage normal dans Materials Studio. La forme de la fissure est créée et remplie à l’intérieur de la boîte de simulation, puis les molécules d’asphalte sont emballées dans l’autre partie de la boîte de simulation. Après cela, les molécules d’asphalte redondantes sont supprimées autour du contour de fissure créé. La limite des simulations MD est que l’échelle de temps et l’échelle de longueur sont relativement petites de l’ordre de la nanoseconde et du nanomètre par rapport aux méthodes traditionnelles telles que la méthode des éléments finis, dans laquelle les simulations peuvent être analysées jusqu’à quelques secondes et mètres57. L’importance de cette méthode est qu’elle peut révéler le mécanisme d’auto-guérison de l’asphalte et de l’asphalte modifié par le graphène au niveau atomistique en capturant l’évolution de la nanostructure, les interactions moléculaires et les mouvements, qui sont difficiles d’accès par les approches traditionnelles58. Le mécanisme d’auto-guérison peut aider les chercheurs et les ingénieurs à appliquer des nanomatériaux sur le site approprié et à améliorer l’asphalte de manière efficace. L’application future de cette technique est qu’elle peut surveiller la structure moléculaire de manière décente et aider à étudier l’effet d’autres variables des nanomatériaux tels que les défauts, les structures pliées et les groupes fonctionnels. Cette technique peut également être combinée avec d’autres approches pour observer les comportements d’auto-guérison des nanocomposites d’asphalte d’un point de vue multi-échelle. Les propriétés auto-cicatrisantes de l’asphalte peuvent être bien comprises et s’améliorer considérablement à l’avenir.

Le graphène est essentiel dans les changements et la migration de l’interface et des composants pendant le processus d’auto-guérison. Sans insérer la feuille de graphène, le saturate joue un rôle important dans le processus d’auto-guérison, car la structure en chaîne des saturés peut s’enchevêtrer les unes avec les autres et combler la surface de la fissure. L’effet de pont entre les molécules saturées et les chaînes latérales des molécules d’asphaltène peut fortement augmenter la densité d’emballage et diminuer le temps du processus d’auto-guérison. En outre, les molécules d’asphalte avec des anneaux polyaromatiques, telles que l’asphaltène, les aromatiques polaires et les aromatiques de naphtène, se réorientent à la surface de la fissure par empilement π-π, ce qui fait que les molécules d’asphalte se déplacent dans une direction parallèle et contribue au mouillage des fissures et ferme les surfaces des fissures. Avec l’insertion de graphène, les molécules aromatiques polaires d’un côté de la surface de la fissure sont attirées par la feuille de graphène de l’autre côté de la surface de la fissure, ce qui peut encore augmenter la possibilité que les molécules aromatiques de naphtène voisines se déplacent dans la zone de la fissure. Les molécules d’asphalte recueillies attirées par la feuille de graphène peuvent remplir la zone de fissure à une vitesse plus élevée que celle de l’asphalte pur, et la capacité d’auto-guérison est considérablement améliorée dans le nanocomposite d’asphalte modifié au graphène. Les molécules d’asphaltène ont une masse moléculaire et un volume plus élevés dans la matrice d’asphalte, ce qui les rend difficiles à diffuser dans la partie en graphène et à remplir la zone de fissure. Les aromatiques de naphtène ont un mouvement plus rapide que les aromatiques polaires, ce qui est dû à la masse moléculaire plus petite et à la meilleure capacité de diffusion des molécules aromatiques de naphténique39.

Dans cette étude, les propriétés d’auto-guérison de l’asphalte pur et des nanocomposites d’asphalte modifié au graphène sont étudiées en tenant compte de différentes largeurs de fissures et emplacements de graphène à l’aide de simulations MD. On observe que le comportement d’auto-guérison commence à partir de la zone de la pointe de la fissure, la pointe pointue devenant émoussée et floue. Les molécules d’asphalte à la limite de la fissure peuvent se diffuser pour diminuer la largeur de la fissure et continuer à combler l’espace. Le processus complet d’auto-guérison est confirmé lorsque la densité atomique de la zone de fissure est la même que celle du vrac d’asphalte. Les simulations MD peuvent aider à révéler les interactions moléculaires et le mouvement de la chaîne dans la matrice d’asphalte pendant le processus d’auto-guérison. L’enchevêtrement et la réorientation des molécules d’asphalte jouent un rôle important dans les comportements d’auto-guérison. Le taux d’auto-guérison avec l’incorporation de la feuille de graphène est déterminé par son emplacement. Pour la feuille de graphène située à l’extrémité de la fissure, le mouvement des molécules d’asphalte est entravé et ne peut pas facilement se diffuser dans la zone de fissure. Pour la feuille de graphène sur le côté de la zone de fissure, les molécules d’asphalte sont attirées par la feuille de graphène en raison de l’interaction d’empilement π-π et se rassemblent facilement dans la zone de fissure, indiquant un taux d’auto-guérison croissant. Les résultats de la simulation montrent que la modification de l’asphalte par les nanomatériaux peut améliorer à la fois les propriétés thermomécaniques et auto-cicatrisantes, ce qui a un grand potentiel pour le développement de chaussées d’asphalte intelligentes. La compréhension fondamentale du mécanisme d’auto-guérison dans les nanocomposites d’asphalte basée sur des simulations MD peut faciliter la manipulation efficace des nanomatériaux sur le site optimal, ce qui est bénéfique pour la conception avancée de nanocomposites d’asphalte avec les propriétés et les fonctions souhaitées.

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Disclosures

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à déclarer.

Acknowledgments

Les auteurs sont reconnaissants du soutien de la subvention de recherche stratégique de la City University of Hong Kong avec le projet n ° 7005547, le soutien du Conseil des subventions de recherche (RGC) de la Région administrative spéciale de Hong Kong, Chine, avec le projet n ° R5007-18, et le soutien du Shenzhen Science and Technology Innovation Committee dans le cadre de la subvention JCYJ20170818103206501.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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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Ingénierie numéro 183 asphalte graphène simulations de dynamique moléculaire auto-guérison
Asphalte auto-cicatrisant avancé renforcé par des structures en graphène: un aperçu atomistique
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Nie, F., Jian, W., Lau, D. Advanced… More

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).

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