Đặc tính cơ học của vật liệu silica vô định hình và sự hình thành hạt nano thông qua phương pháp tính toán

Chỉ số đề mục

61

Lĩnh vực nghiên cứu

Vật liệu tiên tiến

Dạng tài liệu

BB

Tác giả

Le Tien Thinh, Duong Thanh Huan, Dương Thành Huân⁽¹⁾

Nhan đề

Đặc tính cơ học của vật liệu silica vô định hình và sự hình thành hạt nano thông qua phương pháp tính toán

Nhan đề tiếng anh

Mechanical c-haracterization of amorphous silica material and nanoparticle formation via computational approach

Nguồn trích

Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải

Năm xuất bản

2025

Số

4

Trang

583-596

ISSN

1859-2724

Từ khóa

Tính chất cơ học, Tenxơ đàn hồi, Hạt nano, Động lực học phân tử, Silica vô định hình, Vật liệu đẳng hướng

Từ khóa tiếng anh

Mechanical properties, Elasticity tensor, Nanoparticles, Molecular dynamics, Amorphous silica, Isotropic material

Tóm tắt

Silica vô định hình được sử dụng rộng rãi trong các vật liệu tiên tiến và nanocomposite do các tính chất cơ học và cấu trúc độc đáo của nó. Việc hiểu được hành vi cơ học của nó và các đặc điểm của các hạt nano silica là điều cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất của chúng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Nghiên cứu này điều tra về mặt số các tính chất cơ học của vật liệu silica vô định hình và sự hình thành các hạt nano silica bằng cách sử dụng mô phỏng Động lực học phân tử (MD). Silica vô định hình được tạo ra từ một cấu trúc tinh thể thông qua quy trình nóng chảy và làm nguội. Để xác định các tính chất cơ học của nó, sáu thử nghiệm cơ học ảo được thực hiện để tính toán tenxơ đàn hồi biểu kiến, từ đó các mô đun đàn hồi được trích xuất thông qua phép chiếu đẳng hướng. Kết quả chỉ ra rằng silica vô định hình thể hiện hành vi cơ học gần như đẳng hướng, với độ cứng cao được đặc trưng bởi mô đun khối là 36,84 GPa, mô đun cắt là 30,49 GPa, mô đun Young là 71,69 GPa và tỷ số Poisson là 0,18. Ngoài ra, nghiên cứu còn khám phá sự hình thành các hạt nano silica có bán kính 1,5 nm, 3,0 nm và 4,8 nm. Phân tích cho thấy độ nhám bề mặt tăng khi kích thước hạt nano giảm, điều này có thể có ý nghĩa đối với các tương tác giao diện trong vật liệu composite. Những phát hiện này góp phần vào việc hiểu biết về hành vi cơ học của silica vô định hình và ứng dụng tiềm năng của nó như một vật liệu nano gia cố trong vật liệu composite polyme.

Tóm tắt tiếng anh

Amorphous silica is widely used in advanced materials and nanocomposites due to its unique mechanical and structural properties. Understanding its mechanical behavior and the c-haracteristics of silica nanoparticles is essential for optimizing their performance in various applications. This study numerically investigates the mechanical properties of amorphous silica material and the formation of silica nanoparticles using Molecular Dynamics (MD) simulations. Amorphous silica is generated f-rom a crystalline structure through a melt-and-quench procedure. To determine its mechanical properties, six virtual mechanical tests are performed to compute the apparent elasticity tensor, f-rom which the elastic moduli are extracted via an isotropic projection. The results indicate that amorphous silica exhibits nearly isotropic mechanical behavior, with high stiffness c-haracterized by a bulk modulus of 36.84 GPa, a shear modulus of 30.49 GPa, a Young’s modulus of 71.69 GPa, and a Poisson’s ratio of 0.18. Additionally, the study explores the formation of silica nanoparticles with radii of 1.5 nm, 3.0 nm, and 4.8 nm. The analysis reveals that surface roughness increases as nanoparticle size decreases, which may have implications for interfacial interactions in composite materials. These findings contribute to the understanding of amorphous silica’s mechanical behavior and its potential application as a reinforcing nanomaterial in polymer composites.

Kí hiệu kho

TTKHCNQG, CVv 287

File toàn văn

Xem toàn văn