그래핀 구조에 의해 강화 된 고급 자기 치유 아스팔트 : 원자 론적 통찰력

이 방법은 나노 복합 재료를 기반으로 한 아스팔트의 전체 균열 자체 치유와 흑연이 아스팔트의 용량을 향상시킬 수있는 방법에 대한 답변을 도울 수 있습니다. 이 기술은 실험으로 쉽게 평가할 수없는 물질적 행동을 분석 할 수 있으며 원자 적 수준에서 자기 치유 메커니즘에 대한 기본 정보를 제공 할 수 있습니다. 이 방법은 inorgi-inorganic 시스템 및 관련 인터페이스를 포함한 다양한 재료 시스템에서 동적 진화의 기본 물리학에 대한 통찰력을 제공하거나 전기 분자를 응시 할 수도 있습니다.

이 기술에 익숙하지 않은 경우 분자 동적 시뮬레이션의 기본 이론을 이해하고 시뮬레이션을 수행하기 전에 각 명령의 기본 의미를 파악해야합니다. 재료 스튜디오 소프트웨어를 열려면 그라핀에 대한 삼차원 원자 문서를 만들고 스케치 원자 옵션을 사용하여 그라핀 모델을 빌드하십시오. 흑연 도트 MSI 파일을 재료 스튜디오로 가져온 후 대칭 아래의 빌드 메뉴에서 슈퍼 셀 옵션을 사용하여 최종 구조를 구성합니다.

그래핀 시트의 크기를 균열 폭의 아스팔트 체인보다 큰 40 x 40 옹스트롬으로 정의하십시오. 다음으로, 네 가지 유형의 아스팔트 분자를 만들고 포장하려면 아스팔텐, 극성 방향족제, 나프텐 방향족제 및 포화도에 대한 삼차원 원자 문서를 별도로 만듭니다. 그런 다음 스케치 원자 옵션을 사용하여 이러한 분자의 분자 구조를 그립니다.

다음으로, 모듈 아래의 비정질 셀 메뉴의 계산 옵션을 사용하여 이러한 네 가지 종류의 아스팔트 분자를 시뮬레이션 상자에 포장합니다. 그런 다음 균열이있는 아스팔트 구조물을 건설하고 상자 높이와 동일한 X 차원의 균열 구역의 높이를 70 옹스트롬으로 설정하고 Y 차원의 균열 영역의 깊이를 상자 높이의 절반으로 35 옹스트롬으로 설정합니다. Z 차원에서 균열 폭의 두 케이스를 15 및 35 옹스트롬으로 설정합니다.

그런 다음 삭제 옵션을 사용하여 아스팔트 벌크의 중간 아래 영역의 균열 영역에서 중복 분자를 삭제하고 중간 위 영역의 아스팔트 매트릭스를 변경하지 않고 유지합니다. 평형을 이루려면 1기압의 압력에서 300켈빈의 온도로 등온 등압 앙상블 아래 500피코초 후에 전체 시뮬레이션 박스를 완전히 이완시킵니다. 그런 다음, 열 명령을 사용하여, 온도, 압력, 밀도 및 에너지 값을 지속적으로 조사함으로써 아스팔트 벌크를 실험 측정치의 원하는 밀도 값으로 평형화시킨다.

완전히 이완된 상태를 달성하기 위해 전체 시스템에서 평균 제곱 변위에서 잠재적 에너지의 수렴을 확인하십시오. 다음으로, 자가 치유 과정을 수행하기 위해, 전체 시뮬레이션 박스를 등온 등압 앙상블 하에 300 켈빈의 온도와 1 기압의 압력으로 설정한다. 그런 다음, 균열 영역의 윤곽선에서 아스팔트 분자의 제약을 제거한다.

시뮬레이션 상자의 크기를 원자의 좌표로 추적하고 기록합니다. 그런 다음 사후 처리를 위해 dump 명령을 사용하십시오. 마지막으로, 무작위 오류를 줄이기 위해 3 개의 초기 속도 시드가있는 3 개의 독립적 인 구성에 대한 자체 복구 프로세스 중 시뮬레이션 결과를 평균화하십시오.

자가 복구 동작 및 시뮬레이션 진행률을 시각화하려면 개방형 시각화 도구 OVITO"를 연 다음 LAMMPS에서 생성된 LAMMPS TRJ 형식의 궤적 파일을 엽니다. 자가 복구 프로세스의 스냅숏을 기록한 다음 render 명령을 사용하여 아스팔트 분자의 경로를 추적합니다. 다음으로 원자 번호의 윤곽선을 분석하려면 궤적 파일에서 원자의 좌표를 데이터 분석 및 그래프 소프트웨어로 내보냅니다.

전체 시스템의 원자 좌표를 YZ 평면에 투영 한 다음 YZ 평면의 다른 영역에서 원자 번호를 기록하고 다른 색상으로 윤곽선을 그립니다. 다음으로, 계산 MSD 명령을 사용하여 평균 제곱 변위를 계산하여 서로 다른 아스팔트 성분의 원자 이동성을 분석합니다. 그런 다음 계산 RDF 명령 및 LAMMPS를 사용하여 15 및 35 옹스트롬 균열 폭을 갖는 그래프 수정 아스팔트 시스템에 대한 방사형 분포 계수 또는 RDF 곡선에 의해 그래핀과 아스팔트 분자 사이의 상대적 위치를 계산합니다.

마지막으로, RDF 곡선을 그려 아스팔트의 밀도가 그래핀 시트와의 거리의 함수로 어떻게 변하는지 확인하십시오. 순수한 아스팔트의 경우, 완전한 자기 치유는 300 피코 초 후에 발생합니다. 균열 영역은 50에서 급격히 감소하고 200 피코 초에서 거의 사라집니다.

균열 표면의 왼쪽에 그래핀을 삽입하면 자가 치유 과정을 상당히 가속화 할 수 있습니다. 치유 기간은 200 피코 초로 단축되며 균열 폭은 20에서 크게 감소하고 약 150 피코 초에서 거의 사라집니다. 자가 치유 거동은 그래핀 시트가 왼쪽 균열 표면에있을 때 크게 개선되었습니다.

그래핀이 왼쪽 균열 표면에 배치되면 극성 방향족제, 나프텐 방향족제 및 그라핀의 이동성이 순수한 아스팔트에 비해 크게 향상되었습니다. 15 옹스트롬 크랙 폭 모델에 대한 아스팔트 성분에서 좌측 균열 표면에서 그래핀 사이의 RDF 값은 방향족 분자 및 아스팔트가 그래핀 시트, 특히 극성 방향족 분자 및 나프텐 방향족 분자에 더 가깝게 이동한다는 것을 보여준다. 4 옹스트롬을 초과하는 35 옹스트롬 균열 폭 모델 RDF 값은 아스팔타이트가 더 큰 균열 영역에서 그래프쪽으로 확산되고 이동할 수있는 더 많은 공간을 가지고 있기 때문에 15 옹스트롬 균열 폭 모델의 값보다 더 분명합니다.

균열이 잘 유지되고 시스템이 완전히 평형화되도록 보장하면서 아스팔트 모델에 합리적인 균열을 설정하는 것이 매우 중요합니다. 비용 입자 모델링은 더 넓은 범위의 길이 스케일을 포용하기 위해이 절차를 기반으로 수행 될 수 있으며, 더 나아가 다른 스케일에서 아스팔트의 균열의 자체 치유가 이루어집니다. 이 기술은 아스팔트 기반 나노 복합체의 고급 개선을위한 결함, 사진 구조 및 기능 그룹과 같은 특수 설계로 나노 필러의 분자 구조를 모니터링하고 최적화 할 수 있습니다.