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>出版社>弱氢键是强键的关键,坚固的基础设施:莱斯大学实验室模拟聚合物水泥复合材料,以找到最强的,最坚硬的材料

莱斯大学的科学家们对聚合物(蓝色)和水泥(黄色)的界面相互作用进行了研究,发现正确的氢键组合对于增强用于基础设施的韧性复合材料。如图中所示的计算机模拟测量了硬质水泥滑过层状复合材料中软聚合物时的粘结强度,它模仿了珍珠层的结构,背景:CreditProbhas Hundi/多尺度材料实验室
莱斯大学的科学家们对聚合物(蓝色)和水泥(黄色)的界面相互作用进行了研究,发现正确的氢键组合对于增强用于基础设施的韧性复合材料。如图中所示的计算机模拟测量了硬质水泥滑过层状复合材料中软聚合物时的粘结强度,它模仿了珍珠层的结构,背景:CreditProbhas Hundi/多尺度材料实验室

文摘:
聚合物和水泥复合材料中氢键的正确混合对增强坚固和韧性的基础设施材料,据莱斯大学的科学家们说,他们想用合成材料来模仿珍珠母和类似的天然复合材料的力学原理。

弱氢键是强键的关键,坚固的基础设施:莱斯大学实验室模拟聚合物水泥复合材料,以找到最强的,最坚硬的材料

休斯敦德克萨斯州于1月29日发布,二千零一十八

珍珠母贝壳,又名珍珠从重叠的微米尺寸中获得其显著的性能,由软基质结合在一起的矿化板。这种结构可以通过水泥和聚合物复合材料来接近,例如,做更好的抗震混凝土,根据鲁兹贝·沙沙沙瓦里的说法,土木与环境工程助理教授。

莱斯实验室运行了20多台计算机模拟聚合物和水泥分子在纳米尺度上是如何结合在一起的,以及是什么驱动了它们的粘附力。研究人员表明,氧原子和氢原子的接近是形成连接软层和硬层的弱氢键网络的关键因素。普通聚丙烯酸(PAA)在水泥晶体的重叠层上的结合效果最好,最佳重叠层约为15纳米。

沙沙瓦里说:“这些信息对于制造最好的合成材料很重要。”他和莱斯研究生NavidSakhavand一起管理这个项目。“这些材料的现代工程方法将对社会产生巨大影响,尤其是当我们建设新的和替换老化的基础设施时。”

实验室的结果发表在《应用物理学快报》上。

虽然工程师们了解添加聚合物可以通过阻止“侵蚀性”离子侵入水泥孔隙的破坏作用来改善水泥性能,关于材料如何在分子尺度上相互作用的细节还不清楚,沙沙瓦里说。找出答案,研究人员用多环芳烃(PAA)和聚乙烯醇(PVA)模拟复合材料。这两种软基材料都被用来改善水泥。

他们发现,PAA中的两个不同的氧原子(与PVA中的一个不同)允许它接收和捐赠离子,因为它与托伯莫来石水泥晶体中的氢结合。PAA中的氧有八种与氢结合的方式(六种与PVA结合),也可以参与聚合物与水泥之间的盐桥反应。这使得连接网络更加复杂。

研究人员通过聚合物和水泥的滑动层相互对抗来测试他们的模拟结构,发现复杂性使得PAA和水泥之间的键在材料受到压力时更频繁地断裂和重新连接。这显著增加了它的韧性,无破裂变形的能力。这使得研究人员能够确定水泥晶体之间的最佳重叠。

“与普遍认为氢键较弱的直觉相反,当它们的正确数目——最佳重叠——合作时,它们在复合材料中提供了足够的连通性,以提供高强度和高韧性,”Shahsavari说。“从实验的角度来看,这可以通过在控制水泥矿物形成的同时,仔细调整和控制具有正确分子量的聚合物的添加来实现。的确,我们的同事最近的一篇实验论文证明了这种策略的概念。”

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国家科学基金会(NSF)支持这项研究。超级计算资源由莱斯国家科学基金会支持的达芬奇超级计算机提供,由研究计算中心管理,并与莱斯肯肯尼迪信息技术研究所合作采购。

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关于莱斯大学
位于休斯顿一个占地300英亩的森林校园内,赖斯大学一直在美国排名前20位。新闻与世界报道。赖斯拥有非常受尊敬的建筑学校,业务,继续研究,工程,人文学科,音乐,自然科学和社会科学,是贝克公共政策研究所的所在地。在校生3970人,研究生2934人,赖斯的本科生与教员之比刚刚低于6:1。它的住宿学院体系建立了紧密联系的社区和终身友谊,只有一个原因是大米排名第二。对于生活质量和大量的种族/阶级互动来说,这是一个问题,而且不是。2普林斯顿评论最快乐的学生。根据基普林格的个人理财,莱斯在私立大学中也被评为最有价值的大学。要阅读“他们对大米的看法”,请访问http://tinyurl.com/riceuniversityoverview.

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阅读摘要:

多尺度材料实验室(Shahsavari实验室):

乔治R布朗工程学院:

莱斯土木与环境工程系:

莱斯材料科学与纳米工程系:

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