Emergence of Undulations and Determination of Materials Properties in Large-Scale Molecular Dynamics Simulation of Layered Double Hydroxides
Source abstract
Abstract
Layered double hydroxides (LDHs) have generated a large amount of interest in recent years because of their ability to intercalate a multitude of anionic species. Atomistic simulation techniques such as molecular dynamics have provided considerable insight into the behavior of these materials. The advent of supercomputing grids allows us to explore larger-scale models with considerable ease. Here, we present our findings from large-scale molecular dynamics simulations of Mg 2 Al-LDHs intercalated with chloride ions. The largest studied system size consists of one million atoms with lateral dimensions of 588 Å × 678 Å. The system exhibits emergent properties, which are suppressed in smaller-scale simulations. Undulatory modes are caused by the collective thermal motion of atoms in the LDH layers. At length scales larger than 20.7 Å, these thermal undulations cause the LDH sheets to interact and the oscillations are damped. The thermal undulations provide information about the materials properties of the system. In this way, we obtain values for the bending modulus of 8.3 ± 0.4 × 10 - 19 J with in-plane Young's moduli of 63.4 ± 0.5 GPa for a hydrated system and 139 ± 1 GPa for the LDH sheets alone.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Layered Double Hydroxides Synthesis and Applications · Magnesium Oxide Properties and Applications · Inorganic Chemistry and Materials
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Centre for Computational Science, Department of Chemistry, University College London, 20 Gordon Street, London WC1H 0AJ, United Kingdom
References (69)
Show source-provided references
1. Takagi K. · J. Am. Chem. Soc. · 1993 · 115 · 434410.1021/ja00063a060 ↗
2. Das D. P. · J. Colloid Interface Sci. · 2003 · 261 · 220
3. Perez M. R. · Appl. Clay Sci. · 2006 · 32 · 25110.1016/j.clay.2006.01.008 ↗
4. Shichi T. · Chem. Lett. · 2003 · 32 · 24110.1246/cl.2003.240 ↗
5. van der Ven L. · Appl. Clay Sci. · 2000 · 17 · 3410.1016/S0169-1317(00)00002-8 ↗
6. Wang X. D. · Polym. Int. · 2004 · 53 · 707
7. Chen H. · J. Electrochem. Soc. · 2003 · 150 · 1404
8. Ballarin B. · J. Electrochem. Soc. · 2000 · 492 · 14
9. Aisawa S. · Appl. Clay Sci. · 2005 · 28 · 14510.1016/j.clay.2004.01.008 ↗
10. Ambrogi V. · Int. J. Pharm. · 2001 · 220 · 3210.1016/S0378-5173(01)00629-9 ↗
11. Greenwell H. C. · J. Mater. Chem. · 2006 · 16 · 723
12. Greenwell H. G. · J. Mater. Chem. · 2006 · 16 · 1094
13. Greenwell H. G. · Macromolecules · 2005 · 38 · 620010.1021/ma0503817 ↗
14. Greenwell H. G. · J. Mol. Struct. · 2003 · 647 · 8310.1016/S0022-2860(02)00514-8 ↗
15. Newman S. P. · Langmuir · 2002 · 18 · 293910.1021/la0114528 ↗
16. Newman S. P. · J. Phys. Chem. B · 1998 · 102 · 671910.1021/jp981426r ↗
17. Aicken A. M. · Adv. Mater. · 1997 · 9 · 50010.1002/adma.19970090610 ↗
18. Boulet P. · Chem. Phys Lett. · 2004 · 389 · 26710.1016/j.cplett.2004.03.084 ↗
19. Greathouse J. A. · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2005 · 7 · 358610.1039/b509307d ↗
20. Suter J. L. · J. Phys. Chem. C. · 2007 · 111 · 825910.1021/jp070294b ↗
21. Solin S. A. · J. Non-Cryst. Solids · 1995 · 182 · 22010.1016/0022-3093(94)00541-9 ↗
22. Cygan R. T. · J. Phys. Chem. B · 2004 · 108 · 1266
23. Skipper N. T. · Chem. Geol. · 2006 · 230 · 19610.1016/j.chemgeo.2006.02.023 ↗
24. Wang J. · Chem. Mater. · 2001 · 13 · 150
25. Kalinichev A. G. · J. Chem. Mater. · 2002 · 14 · 354910.1021/cm0107070 ↗
26. Wang J. · J. Am. Mineral. · 2003 · 88 · 409
27. Wang J. · J. Geochim. Cosmochim. Acta · 2006 · 70 · 582
28. Hockney R. W. · 1981
29. Berendsen H. J. C. · 1981
30. Bellotto M. · J. Phys. Chem. · 1996 · 100 · 8534
31. Drits V. A. · Appl. Clay Sci. · 2002 · 22 · 76
32. de la Calle C. · Clays. Clay. Miner. · 2003 · 51 · 13210.1346/CCMN.2003.0510201 ↗
33. Bookin A. S. · Clays. Clay. Miner. · 1993 · 41 · 557
34. Trave A. · J. Phys. Chem. B · 2002 · 106 · 1229610.1021/jp026339k ↗
35. Giese R. F. · Clays. Clay Min. · 1975 · 23 · 16610.1346/CCMN.1975.0230218 ↗
36. Vera R. L. · J. Inorg. Chem. · 1995 · 34 · 892
37. Cases J. M. · Langmuir · 1992 · 8 · 2739
38. Hensen E. J. M. · J. Phys. Chem. B · 2002 · 106 · 12667
39. Arfken G. · 1985
40. Hestenes M. R. · J. Res. Nat. Bur. Stand. (U. S.) · 1952 · 49 · 43610.6028/jres.049.044 ↗
41. Plimpton S. · J. Comput. Phys. · 1995 · 117 · 1910.1006/jcph.1995.1039 ↗
42. Wang J. · J. Geochim. Cosmochim. Acta · 2006 · 70 · 582
43. Hou X. · J. Chem. Mater. · 2002 · 14 · 2085
44. Coveney P. V. · Comput. Phys. Commun. · 2007 · 176 · 41810.1016/j.cpc.2006.11.011 ↗
45. Li J. · Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. · 2003 · 11 · 177
46. Helfrich W. · Z. Naturforsch., C · 1973 · 28 · 70310.1515/znc-1973-11-1209 ↗
47. Lipowsky R. · Nature · 1991 · 349 · 48110.1038/349475a0 ↗
48. Farago O. · J. Chem. Phys. · 2003 · 119 · 60510.1063/1.1578612 ↗
49. Frankland S. J. V. · Comput. Sci. Technol. · 2003 · 63 · 1661
50. Manevitch O. L. · J. Phys. Chem. B · 2004 · 108 · 143510.1021/jp0302818 ↗
51. Lombardo G. M. · Eur. J. Inorg. Chem. · 2005 · 24 · 5034
52. Kalinichev A. G. · Am. Mineral. · 2000 · 85 · 105210.2138/am-2000-0720 ↗
53. Yeh I. N. · J. Phys. Chem. B · 2004 · 108 · 15879
54. Kagunya W. W. · J. Phys. Chem. · 1996 · 100 · 33010.1021/jp951858r ↗
55. Marcelin G. · J. Phys. Chem. · 1989 · 93 · 465010.1021/j100348a048 ↗
56. Loison C. · J. Chem. Phys. · 2003 · 119 · 1314810.1063/1.1626634 ↗
57. Pauling L. · 1960
58. Xia X. · Am. Mineral. · 1998 · 83 · 74
59. Sato H. · J. Phys. Chem. B · 2001 · 105 · 7997
60. Kwak S.-Y. · Biomaterials · 2004 · 25 · 6001
61. Leroux F. · Chem. Mater. · 2001 · 13 · 351510.1021/cm0110268 ↗
62. Solin S. A. · Ann. Rev. Mater. Sci. · 1997 · 27 · 11510.1146/annurev.matsci.27.1.89 ↗
63. Schon, J. C.; Adler, D.; Dresselhaus, G.J. Phys. C: Solid State Phys.1988,21, 5595−5614.10.1088/0022-3719/21/33/005 ↗
64. Misenheimer M. E. · Phys. Rev. Lett. · 1985 · 54 · 252410.1103/PhysRevLett.54.2521 ↗
65. Safran S. A. · Phys Rev. Lett. · 1980 · 44 · 94010.1103/PhysRevLett.44.937 ↗
66. Kirczenow G. · Phys. Rev. Lett. · 1982 · 49 · 185610.1103/PhysRevLett.49.1853 ↗
67. Pisson J. · J. Chem. Phys B · 2003 · 107 · 924810.1021/jp030209+ ↗
68. O'Hare D. O. · Polyhedron · 2000 · 19 · 305
69. Iyi N. · Chem. Mater. · 2002 · 14 · 589