Multiscale Interfacial Interactions in Carbon Nanotube–Asphalt Nanocomposites: Implications for Asphalt Pavement Materials

碳纳米管 材料科学 沥青 纳米复合材料 范德瓦尔斯力 沥青质 傅里叶变换红外光谱 复合材料 纳米材料 分子 纳米技术 化学工程 化学 有机化学 工程类
作者
Caihua Yu,Qilin Yang
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (9): 7715-7730 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsanm.3c00856
摘要

Carbon nanotube (CNT)–asphalt nanocomposites are considered to be the next generation of pavement materials; however, the interaction between CNT and asphalt at the interface and the mechanisms of property enhancement are not well understood, which limits the application of CNT–asphalt nanocomposites. In this study, CNT is used as a representative of one-dimensional nanomaterials, and the interfacial multiscale interaction mechanism between CNT and asphalt molecules is investigated by density functional theory (DFT), molecular dynamics simulation, atomic force microscopy (AFM), gelation permeation chromatography (GPC), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and performance evaluation. It has been shown that CNT and asphalt substrates are very compatible at the atomic scale, mainly due to π–π stacking, mechanical entanglement, and van der Waals forces. The interfacial energy barrier is −2.63 (kcal/mol)/Å2 and the shear barriers are 52.70 MPa, with asphaltene and aromatic making the greatest contribution to interfacial stress transfer. This research provides a theoretical basis for the targeted tuning of properties and establishes the basis for CNT–asphalt nanocomposites for highway applications.

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