【原】青岛理工大学土木工程系侯东帅课题组—氧化石墨烯增强环氧树脂与CSH界面结合的原子学研究

氧化石墨烯（GO）正在被考虑用于改善环氧树脂-混凝土界面的粘合性能，这对于提高嵌入混凝土结构的纤维增强聚合物（FRP）的耐久性和可持续性具有重要意义。GO纳米材料对环氧树脂混凝土界面粘结性能的实质性提高在很大程度上依赖于界面区域GO插入的最佳设计，这种操作需要全面了解GO改性前后环氧树脂混凝土界面的界面附着力。在此，使用分子动力学模拟研究了具有及不具有GO改性的环氧树脂-水化硅酸钙（CSH）界面的粘合性能。值得注意的是，粘附在GO薄片上的环氧树脂比直接粘附在CSH表面上的环氧树脂具有更好的抗拉性能，这表明GO改性后粘合性得到改善。除了在GO的环氧树脂和含氧官能团之间形成的氢键连接之外，环氧树脂和石墨烯片之间的高相互作用在环氧树脂-GO界面处主导优异的性能。

图1. (a)GO改性的环氧树脂分子、(b)使用GO改性的环氧树脂作为粘结剂的FRP-混凝土界面和(c)环氧树脂-混凝土界面和环氧树脂-GO-CSH界面的示意图。

 图2. （a）交联环氧树脂分子、（b）GO片和（c）CSH基底的原子结构。（d）环氧树脂-CSH界面和（e）环氧树脂-GO-CSH界面的微观示意图（模拟快照取自界面模型的平衡状态）

图3. 环氧树脂-CSH界面和环氧树脂-GO-CSH界面的力-位移曲线。

图4. （a）环氧树脂-CSH系统和（b）环氧树脂-GO-CSH系统中环氧树脂分子的密度等值线图。

图5. 环氧树脂-CSH系统：（a）具有相应六个阶段的力-位移曲线；（b）环氧树脂分子质心（COM）的动态演化；（c）环氧树脂分子与CSH基底接触的均质等离子体，以及（d）相应阶段的模拟快照。

图6. 环氧树脂-GO-CSH系统：（a）具有相应六个阶段的力-位移曲线，（b）环氧树脂分子质心（COM）的动态演化，（c）环氧树脂分子与CSH基底接触的均质等离子体，以及（d）相应阶段的模拟快照。

图7. 丝状失效阶段环氧树脂-GO-CSH系统的模拟快照。

图8. （a） 环氧树脂-CSH和环氧树脂-GO的相互作用能；（b）各组分（石墨烯片和含氧官能团）对环氧树脂-GO相互作用能的贡献。

图9. （a）H_GO-O_epoxy对和（b）O_GO-H_epoxy对的径向分布函数。（c）SMD模拟期间环氧树脂分子和GO薄片之间氢键的动态数量。

图10. （a）C_GO-H_epoxy对、（b）C_GO-O_epoxy对和（c）C_GO-C_epoxy对的径向分布函数。

相关研究成果由青岛理工大学土木工程系侯东帅课题组于2021年发表在Applied Surface Science(https:///10.1016/j.apsusc.2021.150896)上。原文：Enhancing interfacial bonding between epoxy and CSH using graphene oxide: An atomistic investigation。