Asfalto avançado de auto-cura reforçado por estruturas de grafeno: uma visão atomística

Este método pode ajudar a responder toda a rachadura auto-cura em asfalto com base nos nano compósitos, e como o grafite pode melhorar a capacidade dos asfaltos. Esta técnica pode analisar comportamentos materiais que não podem ser avaliados facilmente por experimentos, e podem fornecer as informações subjacentes sobre o mecanismo de auto-recuperação a um nível atomístico. Este método poderia fornecer insights sobre a física fundamental da evolução dinâmica em vários sistemas materiais, incluindo sistemas inorgi-inorgânicos e interfaces relacionadas, ou mesmo olhar para moléculas eletro.

Se não estiver familiarizado com essa técnica, deve-se entender a teoria básica das simulações dinâmicas das moléculas e descobrir o significado básico de cada comando antes de realizar qualquer simulação. Para começar a abrir o software do estúdio de material, então crie um documento atomístico tridimensional para grafite e construa o modelo de grafina usando a opção átomo de esboço. Depois de importar o arquivo MSI do ponto de grafite em estúdio de material, no menu de compilação sob simetria, construa a estrutura final usando a opção super célula.

Defina o tamanho da folha de grafina como 40 por 40 angstroms, que é maior do que as cadeias asfálticas na largura da rachadura. Em seguida, para construir e embalar os quatro tipos de moléculas asfálticas, crie os documentos atomísticos tridimensionais para asfalto, aromáticos polares, aromáticos de napthene e saturados separadamente. Em seguida, usando a opção átomo de esboço, desenhar as estruturas moleculares dessas moléculas.

Em seguida, usando a opção de cálculo do menu celular amorfo sob módulos, embale esses quatro tipos de moléculas asfálticas na caixa de simulação. Em seguida, para construir a estrutura asfáltica com a rachadura, coloque a altura da zona de rachadura na dimensão X, assim como a altura da caixa de 70 angstroms, e ajuste a profundidade da zona de rachaduras na dimensão Y para metade da altura da caixa como 35 angstroms. Coloque dois casos das larguras de rachadura na dimensão Z de 15 e 35 angstroms.

Em seguida, usando a opção de exclusão, exclua as moléculas redundantes nas zonas de rachaduras da área de médio para baixo do granel asfáltico, e mantenha a matriz asfáltica na área intermediária inalterada. Para alcançar o equilíbrio, coloque toda a caixa de simulação totalmente relaxada após 500 picosegundos sob o conjunto isotérmico isotémico com uma temperatura de 300 Kelvin em pressão de 1 atmosfera. Em seguida, utilizando o comando térmico, equilibre o volume asfáltico ao valor de densidade desejado das medições experimentais examinando continuamente os valores de temperatura, pressão, densidade e energia.

Verifique a convergência de energia potencial no deslocamento médio ao quadrado em todo o sistema para alcançar o estado totalmente relaxado. Em seguida, para realizar o processo de auto-cura, coloque toda a caixa de simulação sob o conjunto isotérmico isotérmico com uma temperatura de 300 Kelvin e pressão de 1 atmosfera. Em seguida, remova a restrição das moléculas asfálticas no contorno da zona de rachaduras.

Rastreie e regise o tamanho da caixa de simulação nas coordenadas dos átomos. Em seguida, use o comando de despejo para pós-processamento. Finalmente, a média dos resultados da simulação durante o processo de auto-recuperação sobre 3 configurações independentes com 3 diferentes sementes de velocidade inicial para diminuir os erros aleatórios.

Para visualizar os comportamentos de auto-cura e o progresso da simulação, abra a ferramenta de visualização aberta OVITO", então abra os arquivos de trajetória no formato LAMMPS TRJ gerado pelo LAMMPS. Registo os instantâneos do processo de auto-cura, então, usando o comando renderização, rastreie os caminhos das moléculas asfálticas. Em seguida, para analisar o contorno do número do átomo, exporte as coordenadas dos átomos dos arquivos de trajetória para o software de análise e grafia de dados.

Projete as coordenadas dos átomos em todo o sistema para o plano YZ, em seguida, registe os números de átomos em diferentes áreas do plano YZ e plote o contorno com cores diferentes. Em seguida, analise a mobilidade atômica de diferentes componentes asfálticos calculando o deslocamento quadrado médio usando o comando MSD computacional. Em seguida, utilizando o comando RDF computacional e LAMMPS, calcule as posições relativas entre as moléculas de grafina e asfalto pelo fator de distribuição radial, ou curvas RDF, para os sistemas de asfalto modificados de gráficos com as larguras de rachaduras de 15 e 35 angstrom.

Por fim, desenhe as curvas RDF para verificar como a densidade do asfalto varia em função da distância da folha de grafite. Para asfalto puro, a auto-cura completa ocorre após 300 picosegundos. A zona de rachaduras diminui acentuadamente aos 50, quase desaparece a 200 picosegundos.

Inserir a grafina à esquerda da superfície da rachadura pode acelerar significativamente o processo de auto-cura. O período de cura encurta para 200 picosegundos, com a largura da rachadura diminuindo significativamente aos 20, e quase desaparecendo em cerca de 150 picosegundos. Os comportamentos de auto-cura melhoraram significativamente quando a folha de grafite está na superfície da rachadura esquerda.

Quando a gractina é colocada na superfície da rachadura esquerda, as mobilidades de aromáticos polares, aromáticos de napthene e grafina melhoraram significativamente em comparação com a do asfalto puro. Os valores de RDF entre a gratina na superfície da rachadura esquerda nos componentes asfálticos para o modelo de largura de fenda de 15 angstrom mostram que as moléculas aromáticas e o asfalto se aproximam da folha de grafina, especialmente as moléculas aromáticas polares e moléculas aromáticas de naptoeno. Onde os valores RDF do modelo RDF de largura de fenda de 35 angstrom além de 4 angstroms são mais óbvios do que os do modelo de largura de crack de 15 angstrom porque o asfalto tem mais espaço para difundir e mover-se em direção à grafina na zona de rachadura maior.

É muito importante definir uma rachadura razoável no modelo asfáltico, garantindo que uma rachadura seja bem guardada e que o sistema esteja totalmente equilibrado. A modelagem de grãos de custo pode ser realizada com base neste procedimento para abraçar uma gama mais ampla de escala de comprimento, e ainda é trazida, a auto-cura da rachadura no asfalto em diferentes escalas. Esta técnica pode monitorar e otimizar a estrutura molecular de nano preenchimentos com design especial, como defeitos, estrutura fotográfica e grupos funcionais para melhoria avançada de nanocompostos à base de asfalto.