Predicted structural and mechanical properties of activated carbon by molecular simulation

材料科学 极限抗拉强度 杨氏模量 多孔性 模数 蒙特卡罗方法 退火(玻璃) 复合材料 分子动力学 断裂(地质) 微观结构 计算化学 化学 数学 统计
作者
Po‐Yu Yang,Shin‐Pon Ju,Siou-Mei Huang
出处
期刊:Computational Materials Science [Elsevier BV]
卷期号:143: 43-54 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.commatsci.2017.10.051
摘要

Combining the time-stamped force-bias Monte Carlo (tfMC) and simulated-annealing methods, different densities of activated carbon (AC) in different quench rates were constructed. Six AC models were constructed, corresponding to densities of 0.5, 0.7, and 1.3 g/cm3 and quench rates of 5 K per 30 tfMC steps and 5 K per 6000 tfMC steps, respectively. The structural properties of these models were examined, including porosity, specific surface area (SSA) and pore distribution. In uniaxial tensile simulation, the Young's modulus and the fracture of microstructures were also investigated. The specific surface area and Young's modulus are proportional to the density of AC, but the porosity and the main distribution of pore size are inversely related. The probability distribution of the ring size shows that six-atom rings translate to four- and five- atom ring during tensile simulation. The local shear strain analysis indicates that the fractures appear adjacent to the non-hexagonal ring defects and at the edge of the carbon wall frame in AC and will expand vertically along the tensile axis. This study not only constructs a structural prediction procedure of AC but also provides several detailed information of AC fracture.
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