Estudo computacional de nanofilamentos de carbono e suas estruturas derivadas

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Silveira, Julian Francisco Rama Vieira
• Orientador(a): Muniz, André Rodrigues
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Nanoestruturas; Carbono
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/188418

Nanoestruturas de carbono têm sido estudadas amplamente nas últimas décadas, apresentando propriedades interessantes e mostrando potencial para elevar os patamares do desenvolvimento tecnológico. A mais recente adição a este grupo são os denominados nanofilamentos de diamante ou nanofilamentos de carbono, nanoestruturas unidimensionais (1D) criadas a partir da compressão do benzeno cristalino, cuja estrutura e propriedades se assemelham às do diamante, em particular sua elevada resistência mecânica. Nesta tese, serão apresentados resultados de diversos estudos desenvolvidos sobre nanofilamentos de diamante, buscando melhor entender estas nanoestruturas, avaliar de maneira mais precisa suas propriedades, e expandir a ideia de utilizar moléculas aromáticas para a construção de novas nanoestruturas de carbono, com propriedades diferenciadas que levem a aplicações práticas. Em um primeiro momento, confirmamos a grande resistência mecânica do material utilizando cálculos de primeiros princípios, além de mostrar que simulações de dinâmica molecular com potenciais interatômicos tradicionais levam a predições com grande discrepância em alguns casos. Em sequência, propomos novas estruturas similares aos nanofilamentos de diamante, derivadas de outras moléculas aromáticas, que permitiram a introdução de heteroátomos e grupos funcionais na estrutura a. Suas propriedades mecânicas e eletrônicas foram determinadas, mostrando poucas alterações em relação aos nanofilamentos originais, porém as novas nanoestruturas mostram um potencial maior para aplicações em compósitos devido à possibilidade de melhorar as interações destes com outros materiais devido à presença de grupos funcionais. Finalmente, propomos a criação de nanoestruturas bidimensionais (2D) e tridimensionais (3D) análogas, utilizando dois princípios: um consiste na substituição do benzeno por moléculas aromáticas policíclicas na criação da estrutura, e outro no arranjo de domínios pré-existentes de nanofilamentos interconectados entre si. As estruturas resultantes são nanoporosas e apresentaram um conjunto interessante de propriedades, como alta resistência mecânica, elevada flexibilidade, distribuição de tamanho de poros bem definida e grande área superficial. Este estudo mostra que nanofilamentos de diamante e estruturas derivadas formam um novo conjunto de materiais com grande potencial de aplicação prática em nanocompósitos, sensores, dispositivos nanoeletromecânicos (NEMS), adsorventes, entre outros, devido à sua interessante combinação de propriedades mecânicas, leveza e características estruturais.