氧化石墨烯（GO）正在被考慮用于改善環(huán)氧樹(shù)脂-混凝土界面的粘合性能，這對(duì)于提高嵌入混凝土結(jié)構(gòu)的纖維增強(qiáng)聚合物（FRP）的耐久性和可持續(xù)性具有重要意義。GO納米材料對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂混凝土界面粘結(jié)性能的實(shí)質(zhì)性提高在很大程度上依賴(lài)于界面區(qū)域GO插入的最佳設(shè)計(jì)，這種操作需要全面了解GO改性前后環(huán)氧樹(shù)脂混凝土界面的界面附著力。在此，使用分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了具有及不具有GO改性的環(huán)氧樹(shù)脂-水化硅酸鈣（CSH）界面的粘合性能。值得注意的是，粘附在GO薄片上的環(huán)氧樹(shù)脂比直接粘附在CSH表面上的環(huán)氧樹(shù)脂具有更好的抗拉性能，這表明GO改性后粘合性得到改善。除了在GO的環(huán)氧樹(shù)脂和含氧官能團(tuán)之間形成的氫鍵連接之外，環(huán)氧樹(shù)脂和石墨烯片之間的高相互作用在環(huán)氧樹(shù)脂-GO界面處主導(dǎo)優(yōu)異的性能。
圖1. (a)GO改性的環(huán)氧樹(shù)脂分子、(b)使用GO改性的環(huán)氧樹(shù)脂作為粘結(jié)劑的FRP-混凝土界面和(c)環(huán)氧樹(shù)脂-混凝土界面和環(huán)氧樹(shù)脂-GO-CSH界面的示意圖。
圖2. （a）交聯(lián)環(huán)氧樹(shù)脂分子、（b）GO片和（c）CSH基底的原子結(jié)構(gòu)。（d）環(huán)氧樹(shù)脂-CSH界面和（e）環(huán)氧樹(shù)脂-GO-CSH界面的微觀示意圖（模擬快照取自界面模型的平衡狀態(tài)）
圖3. 環(huán)氧樹(shù)脂-CSH界面和環(huán)氧樹(shù)脂-GO-CSH界面的力-位移曲線。
圖4. （a）環(huán)氧樹(shù)脂-CSH系統(tǒng)和（b）環(huán)氧樹(shù)脂-GO-CSH系統(tǒng)中環(huán)氧樹(shù)脂分子的密度等值線圖。
圖5. 環(huán)氧樹(shù)脂-CSH系統(tǒng)：（a）具有相應(yīng)六個(gè)階段的力-位移曲線；（b）環(huán)氧樹(shù)脂分子質(zhì)心（COM）的動(dòng)態(tài)演化；（c）環(huán)氧樹(shù)脂分子與CSH基底接觸的均質(zhì)等離子體，以及（d）相應(yīng)階段的模擬快照。
圖6. 環(huán)氧樹(shù)脂-GO-CSH系統(tǒng)：（a）具有相應(yīng)六個(gè)階段的力-位移曲線，（b）環(huán)氧樹(shù)脂分子質(zhì)心（COM）的動(dòng)態(tài)演化，（c）環(huán)氧樹(shù)脂分子與CSH基底接觸的均質(zhì)等離子體，以及（d）相應(yīng)階段的模擬快照。
圖7. 絲狀失效階段環(huán)氧樹(shù)脂-GO-CSH系統(tǒng)的模擬快照。
圖8. （a） 環(huán)氧樹(shù)脂-CSH和環(huán)氧樹(shù)脂-GO的相互作用能；（b）各組分（石墨烯片和含氧官能團(tuán)）對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂-GO相互作用能的貢獻(xiàn)。
圖9. （a）H
GO-O
epoxy對(duì)和（b）O
GO-H
epoxy對(duì)的徑向分布函數(shù)。（c）SMD模擬期間環(huán)氧樹(shù)脂分子和GO薄片之間氫鍵的動(dòng)態(tài)數(shù)量。
圖10. （a）C
GO-H
epoxy對(duì)、（b）C
GO-O
epoxy對(duì)和（c）C
GO-C
epoxy對(duì)的徑向分布函數(shù)。
相關(guān)研究成果由青島理工大學(xué)土木工程系侯東帥課題組于2021年發(fā)表在Applied Surface Science(https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.150896)上。原文：Enhancing interfacial bonding between epoxy and CSH using graphene oxide: An atomistic investigation。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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