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Type: Trabalho de Conclusão de Curso
Title: Estudo estrutural e eletrônico de grafinos em diferentes configurações via simulações atomísticas
Author: Morais, Arthur Barreto
First Advisor: Sato, Fernando
Referee Member: Dantas, Socrates de Oliveira
Referee Member: Anjos, Virgilio de Carvalho dos
Resumo: O estudo baseado na caracterização e aplicação de nanomateriais nas grandes áreas de conhecimento humano cresce e se desenvolve exponencialmente com o passar do tempo. Recentemente, as pesquisas com enfoque nos nanomateriais bidimensionais receberam um grande holofote no meio científico e tecnológico, visto que a baixa necessidade espacial das nanoestruturas bidimensionais possibilita um aumento na eficiência de equipamentos tecnológicos, sem a necessidade de aumentar o volume do mesmo. Em especial, vale a pena destacarmos o grafeno, rede cristalina formada inteiramente por carbonos com hibridização do tipo sp2 , que possui incríveis qualidades mecânicas e eletrônicas, tais como um elevado módulo de Young, da ordem de 1 T P a, e uma exímia mobilidade eletrônica à temperatura ambiente [1]. Mediante a isso, este projeto tem como alvo de estudo um nanomaterial bidimensional, alótropo de carbono, semelhante ao grafeno, denominado de grafino. Estrutura esta formada por anéis benzênicos conectados por meio de cadeias carbônicas, apresentando tanto carbonos com hibridizações sp2 , quanto sp em sua composição. Outro fator importante da sua geometria a ser comentado é a sua nomenclatura, denotada como grafino-n, onde n indica o número de ligações triplas nas cadeias carbônicas que ligam os anéis benzênicos. Este trabalho possui o intuito de caracterizar estrutural e eletronicamente diferentes conformações de estruturas oriundas do grafino, que nomeamos como G(1-5) e estruturas bicamadas de grafino, por meio de simulações atomísticas, tanto para métodos semi-empíricos (PM3,PM6), quanto para métodos baseados em primeiros princípios como DFT (DFTB). Outra proposta perseguida neste trabalho é desenvolver e encontrar qual a configuração de empilhamento, semelhante ao grafite, das redes cristalinas oriundas de G(1-5). Por fim, as grandezas calculadas neste trabalho são, no âmbito molecular, análise dos tamanhos de ligação, energia de formação e GAP molecular de todas as estruturas moleculares presentes neste trabalho. Já no âmbito periódico, as grandezas obtidas são, o número mínimo de pontos k’s, energia de coesão, Estrutura de Bandas e módulo de Young para todas as redes cristalinas presentes neste trabalho.
Abstract: The study based on the characterization and application of nanomaterials in major areas of human knowledge is growing and developing exponentially over time. Recently, research focusing on two-dimensional nanomaterials has received significant attention in the scientific and technological communities, as the low spatial requirement of two- dimensional nanostructures allows for increased efficiency of technological devices without the need to increase their volume. In particular, it is worth highlighting graphene, a crystal lattice composed entirely of carbon with sp2 hybridization, which possesses remarkable mechanical and electronic qualities, such as a high Young’s modulus of around 1 TPa and exceptional electronic mobility at room temperature [1]. In light of this, this project aims to study a two-dimensional nanomaterial, a carbon allotrope similar to graphene, known as graphyne. This structure is formed by benzene rings connected by carbon chains, featuring both sp2 and sp hybridizations in its composition. Another important aspect of its geometry to be discussed is its nomenclature, denoted as graphyne-n, where n indicates the number of triple bonds in the carbon chains connecting the benzene rings. This work aims to characterize the structural and electronic properties of different conformations of graphyne-derived structures, such as G(1-5) and bilayer graphyne structures, through atomistic simulations using both semi-empirical methods (PM3, PM6) and DFT-based methods (DFTB). Another goal of this work is to develop and identify the stacking configuration, similar to graphite, of the crystal lattices derived from G(1-5). Finally, the quantities calculated in this work include, in the molecular domain, bond lengths, formation energy, and molecular GAP of all molecular structures studied. In the periodic domain, the quantities obtained are the minimum number of k-points, cohesive energy, Band Structure, and Young’s modulus for all crystal lattices studied in this work.
Keywords: Grafino
Energia de formação
Módulo de Young
Estrutura de bandas.
GAP molecular
Empilhamento
Graphine
Formation energy
Young's modulus
Band structure
Molecular GAP
Stacking
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Access Type: Acesso Aberto
Attribution 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/18906
Issue Date: 26-Aug-2024
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