FIMAT - Programa de Pós-Graduação em Ciências - Física dos Materiais

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Deposição e caracterização de revestimentos de diamond-like carbon (DLC) sobre substrato de titânio.
(2017) Araújo, Mário Almeida; Batista, Ronaldo Junio Campos; Manhabosco, Taíse Matte; Batista, Ronaldo Junio Campos; Vasconcelos, Cláudia Karina Barbosa de; Soares, Jaqueline dos Santos
Biomateriais metálicos devem apresentar uma combinação de propriedades como resistência à corrosão, biocompatibilidade e resistência mecânica. O titânio e suas ligas aliam essas propriedades. No entanto, são susceptíveis ao desgaste. No presente trabalho, aplicamos sobre o titânio revestimentos obtidos por meio eletrodeposição, utilizando diferentes potenciais, afim de aumentar sua resistência ao desgaste. O filme depositado foi de carbono tipo diamante (DLC). Esses materiais têm alta dureza e resistência ao desgaste, além de biocompatibilidade intrínseca, característica altamente desejada para biomateriais. A caracterização morfológica do titânio revestido com DLC foi realizada por microscopia de força atômica (AFM). O titânio apresentou uma superfície pouco rugosa, resultante do processo de eletropolimento, a qual foi copiada pelo filme. A espectroscopia Raman mostrou a formação das bandas D e G, características de filmes DLC, e possibilitou a determinação do teor de hidrogênio presentes nos filmes. Além das bandas D e G foi encontrado um pico T, atribuído ao diamante nanocristalino. A presença de carbono na superfície do titânio contribuiu para uma melhoria significativa da sua resistência ao desgaste. Em relação ao comportamento corrosivo, o filme mostrou um comportamento mais resistente à corrosão quando comparado ao substrato. A ação simultânea de desgaste-corrosão levou uma falha prematura do filme. Assim, a presença do filme na superfície do titânio contribuiu para uma melhoria significativa da sua resistência ao desgaste e a corrosão, todavia, os revestimentos DLC falham em situações em que a carga e o ambiente corrosivo estão agindo em conjunto.
Deposição e caracterização de revestimentos de hidroxiapatita com incorporação de óxido de grafeno.
(2017) Nicomedes, Daniel Nilson; Manhabosco, Taíse Matte; Batista, Ronaldo Junio Campos; Manhabosco, Taíse Matte; Vasconcelos, Cláudia Karina Barbosa de; Cazati, Thiago
Biomateriais são substâncias de origem natural ou sintética que podem ser utilizados para substituição total ou parcial de tecidos vivos danificados. Dentre os biomateriais utilizados em aplicações médicas, temos as cerâmicas a base de fosfato de cálcio. Um exemplo deste tipo de cerâmica é o mineral Hidroxiapatita HA (Ca5(OH)(PO4)3) que apresenta bastante similaridade com a fase mineral presente em nossos ossos e dentes. O uso desse mineral em implantes tem se mostrado de grande sucesso devido ao seu comportamento in vivo e por apresentar propriedades bioativas e osteocondutivas que favorecem o crescimento ósseo. Entretanto, a Hidroxiapatita, por ser um material cerâmico, é um biomaterial frágil e susceptível a falha por fadiga. Seguindo a linha de outras pesquisas que têm incorporado uma segunda fase de reforço (nanotubos de carbono, talco, etc.), este trabalho propõe, realiza e analisa a incorporação de óxido de grafeno aos revestimentos de Hidroxiapatita depositados sobre titânio com o objetivo de melhoria nas propriedades mecânicas da HA sem prejudicar a biocompatibilidade. Os resultados mostram que a Hidroxiapatita obtida por eletrodeposição pulsada com incorporação de óxido de grafeno apresenta uma melhor resistência ao desgaste comparada à Hidroxiapatita pura sem comprometimento da biocompatibilidade, apresentando resistência à corrosão um pouco melhor quando comparado ao titânio puro.
Dinâmica ab initio de líquidos polares : acetonitrila e metanol.
(2014) Costa, Cleidinéia Cavalcante da; Batista, Ronaldo Junio Campos; Manhabosco, Taíse Matte; Oliveira, Alan Barros de; Mota, Vinícius Cândido
Estudo da incorporação de nanopartículas de dióxido de silício em filmes de polianilina a diferentes pHs.
(2018) Carvalho Júnior, José Agenor; Soares, Jaqueline dos Santos; Manhabosco, Taíse Matte; Batista, Ronaldo Junio Campos; Soares, Jaqueline dos Santos; Vasconcelos, Cláudia Karina Barbosa de
O presente trabalho teve origem em resultados preliminares que indicaram que a adição de nanopartículas de TiO2 em filmes de polianilina, quando a deposição ocorreu a pH 5.9, promoveu uma mudança no estado de oxidação da polianilina e um aumento nas densidades de corrente. Destes resultados surgiu a pergunta: será que estas mudanças ocorreriam para qualquer tipo de nanopartícula? Ou seja, são essas mudanças devidas apenas ao tamanho reduzido (elevada razão entre a área e o volume) das nanopartículas ou dependem também de sua composição química. Para tentar responder essa pergunta, selecionamos outras nanopartículas(dióxido de silício e ouro) e verificamos os efeitos da sua adição no depósito de filmes de polianilina. Neste trabalho, nanopartículas de dióxido de silício e ouro foram adicionadas à filmes de polianilina eletrodepositados a diferentes pH’s. Os filmes foram caracterizados pelas técnicas de microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva, espectroscopia Raman, voltametria ciclíca e espectroscopia UV-Vis. Como já verificado anteriormente, o pH da solução eletrolítica influencia no estado de oxidação da poliananilina, na quantidade de polianilina depositada, na morfologia dos filmes e na densidade de corrente desenvolvida pelo sistema. A adição de nanopartículas (SiO2 e Au) não promoveu alteração significativa nas propriedades da polianilina, indicando que a alteração observada pela presença de nanopartículas de TiO2 é uma característica do sistema polianilina/TiO2 e não uma característica conferida pela presença de qualquer nanopartícula.
Estudo sobre a dopagem de diferentes fases de Nb2O5 utilizando a Teoria do Funcional da Densidade.
(2022) Lara, Ramon Silva; Matos, Matheus Josué de Souza; Galvão, Breno Rodrigues Lamaghere; Matos, Matheus Josué de Souza; Batista, Ronaldo Junio Campos; Mazzoni, Mário Sérgio de Carvalho
O Brasil é um dos maiores produtores de nióbio do mundo e a pesquisa com esse material torna- se muito importante para encontrar nichos para sua aplicação. O pentóxido de nióbio (Nb2O5) contém grandes quantidades de nióbio. Este é um material semicondutor que possui diferentes fases. Existem pelo menos três polimorfos Nb2O5 importantes e sua cristalização depende se temos baixa(600 ◦C á 800◦C), média(800◦C á 950◦C) ou alta(acima de 1000◦C) temperatura. As fases em temperatura média são conhecidas como fase B e para temperatura alta temos a fase H. No processo de síntese desses materiais, é possível que existam átomos metálicos dopantes como Co e Ni. Aqui, apresentamos um estudo utilizando a teoria do funcional da densidade so- bre a estrutura eletrônica e propriedades estruturais e energéticas das fases B e H dopadas com átomos de cobalto e níquel. Nossos cálculos são baseados na teoria do funcional da densidade como implementada no código SIESTA. Na primeira parte do estudo, discutimos as proprieda- des estruturais e energéticas das fases do Nb2O5 puras. Os resultados obtidos na primeira parte estão de acordo com que já existe na literatura. A energia de formação das fases B e H dife- rem em apenas 0,2 eV e, de acordo com nossos cálculos, a fase B é a mais estável em T=0. Também descobrimos que a lacuna de energia desses materiais é de aproximadamente 1,5 eV. Para Nb2O5 / H e Nb2O5 / B dopado com átomos de cobalto, surgem estados de defeito loca- lizados próximos ao mínimo da banda de condução (CBM) e ao máximo da banda de valência (VBM). Por outro lado, para dopagem com átomos de níquel, os estados de defeito surgem no meio do gap. Outro resultado foi obtido realizando cálculos com efeito de polarização do spin, indicando a componente de spin que participa da criação de estados, quando a nióbia é dopada.
Estudo sobre fluxo de água em nanotubos de carbono e nitreto de boro hexagonal.
(2018) Souza, Jarbas Ubiratan Vieira de; Batista, Ronaldo Junio Campos; Nascimento, Regiane do; Batista, Ronaldo Junio Campos; Oliveira, Alan Barros de; Chacham, Helio
A Nanociência tem contribuído com várias áreas do conhecimento como biologia, física, química, etc. Sendo, então, uma importante área de estudo com impacto relevante. Dada essa afirmação, este trabalho teve foco no estudo de nanoestruturas, investigando propriedades dinâmicas de nanotubos constituídos de Carbono e Nitreto de Boro hexagonal, interagindo com moléculas de água em seu interior. Para estes fins, realizamos cálculos de dinâmica molecular com os potenciais empíricos: Lennard-Jones e Reaxff. Primeiramente, investigamos as propriedades dinâmicas de nanotubos de Carbono, com diversos diâmetros, interagindo com moléculas de água em seu interior. Onde posteriormente foi aplicado velocidade constante ao tubo, com o objetivo de observar a interação tubo/água a medida que o sistema atingisse equilíbrio. Assim, com auxílio de um modelo analítico foi possível extrair uma variável com unidade de medida de viscosidade (viscosidade aparente). Em seguida, foi feito o mesmo para nanotubos de nitreto de boro hexagonal, uma vez que poderíamos analisar a viscosidade aparente em ambos tipos de nanotubos com objetivo de compará-las. Foi então observado que a viscosidade em nanotubos compostos de carbono/água é maior que as apresentadas nos de h-BN/água. A velocidade constante de movimento do tubo na faixa de valor estudada, não influencia a viscosidade aparente em nenhum dos materiais em ambos potenciais. Com os resultados também conseguimos observar o comportamento da viscosidade na região cujos raios dos tubos variam de 4 a 14 angstroms (quiralidades (6,6), (9,9), (12,12), (16,16) e (20,20)).
A influência da polaridade do solvente para a formação de filmes de Fluoreno-MEH-PPV.
(2016) Dias, Karina da Silva; Savedra, Melissa Fabíola Siqueira; Savedra, Melissa Fabíola Siqueira; Franca, Eduardo Faria de; Batista, Ronaldo Junio Campos
Os polifluorenos são polímeros semicondutores que apresentam versatilidade na estrutura química, eficiência fotoluminescente e eletroluminescente, alta mobilidade de carga. Essas características são interessantes para aplicações em dispositivos emissores de luz, células fotovoltaicas, transistores, dentre outras. No entanto, a sua ampla utilização ainda é limitada, devido à existência de problemas que não foram solucionados, como a fotoestabilidade relativamente baixa desses materiais. Assim, neste trabalho, foram utilizados cálculos baseados nos métodos de dinâmica molecular e mecânica quântica, visando compreender as propriedades estruturais, ópticas e eletrônicas do copolímero Fluoreno-MEH-PPV. Com essa finalidade, foram investigados os efeitos morfológicos e eletrônicos ocasionados por dois solventes com diferentes polaridades (tetrahidrofurano e tolueno) na formação de filmes desse copolímero. Os resultados mostraram que as cadeias oligoméricas em solução tendem a ser mais planares do que em filmes, viabilizando a melhor mobilidade eletrônica intracadeia. Comparando os filmes, observou-se que, em média, os oligômeros apresentaram maior número de torções em tetrahidrofurano do que em tolueno. Essas torções ocasionaram sítios de confinamento eletrônico, modificando o perfil da mobilidade eletrônica, o que explica as diferentes distribuições eletrônicas observadas nos orbitais moleculares de fronteira. Além disso, as análises dos espectros de absorção eletrônica no UV-Vis permitiram concluir que houve um deslocamento hipsocrômico em ambos os filmes. Comparando-se a banda principal do espectro de UV-Vis da cadeia isolada com as da fase condensada, notou-se maior similaridade com os comprimentos de onda das cadeias em solução de tetrahidrofurano do que os do filme. As análises estruturais mostraram que há interações do tipo empilhamento-π. Deste modo, esses resultados mostraram que a escolha do solvente é essencial para o planejamento das propriedades eletrônicas a serem exibidas por filmes de Fluoreno-MEH-PPV, e as simulações poderão contribuir para a predição do comportamento eletrônico e morfológico de novos materiais.
Investigação da Banda G em dobras de grafeno por Simulações de Dinâmica Molecular.
(2022) Mateus, Rafael Rodrigues; Oliveira, Alan Barros de; Oliveira, Alan Barros de; Batista, Ronaldo Junio Campos; Wardil, Lucas Lages
O grafeno é um material bidimensional que foi obtido experimentalmente pela primeira vez em 2004 e, desde então, tem sido bastante pesquisado devido ao fato de apresentar algumas propriedades de interesse como por exemplo sua grande área superficial e sua alta mobilidade de cargas. Além disso, ele apresenta uma gama de possíveis aplicações como exemplo cé- lulas solares e supercapacitores. O grafeno pode apresentar em sua estrutura rugas e dobras que podem surgir de maneira natural no material e que, por sua vez, podem vir a modificar algumas das propriedades do grafeno planar como por exemplo sua resistência a compressão e deformação e sua afinidade química. Experimentalmente, uma das técnicas mais empregadas no estudo do grafeno tem sido a espectroscopia Raman, que não danifica a amostra e é capaz de nos fornecer informações como dopagem, número de camadas de grafeno, deformações e defeitos na estrutura, por meio da análise das bandas características do grafeno como banda G, D e 2D, advindas dos modos vibracionais do material. Análises dos modos vibracionais do grafeno também podem ser realizadas de maneira teórica empregando simulações compu- tacionais, e seus resultados podem vir a contribuir com a compreensão dos resultados obtidos com a espectroscopia Raman. Tendo isso em vista nosso trabalho propõe investigar, por meio do emprego de simulações de dinâmica molecular clássica, o comportamento da banda G de estruturas compostas por grafeno mono e multicamadas, correlacionando com deformações na estrutura (dobras) e presença ou ausência de substrato, por meio da análise do stress e do strain observados nas estruturas. Durante nosso trabalho, nós utilizamos o software LAMMPS para realizações das simulações de dinâmica molecular. Como potencial interatômico foi utilizado o potencial AIREBO na maior parte de nossas simulações, sendo algumas das simulações feitas com potencial híbrido nas quais foram empregados tanto AIREBO quanto Lennard-Jones. Para análise do stress e do strain foi empregado o software OVITO que nos permitiu, por meio de mapas de cores, observar o comportamento de ambos em nossas estruturas. Nossos resultados nos mostraram que grafeno mono e multicamadas estão sujeitos a strain de compressão e de estiramento na direção das dobras. Apesar disso a relação entre o strain local e a banda G não se mostrou de fácil compreensão, o comportamento observado não era aquele esperado por nós quando comparados aos do grafeno planar (deslocamento do pico da banda G para a direita de- vido à aplicação do strain de compressão e, deslocamento do pico da banda G para a esquerda devido à presença de strain de estiramento). A investigação da presença e ausência do substrato na região das dobras nos mostrou que sua presença era capaz de causar maiores deformações nestas regiões, o que levava a alterações da banda G, principalmente para as folhas mais inter- nas. Os resultados obtidos para as folhas mais internas não se mostraram frutos somente da presença do substrato nas regiões das dobras.
Investigação de nanoporos em nitreto de boro 2D por métodos de primeiros princípios e de Monte Carlo.
(2020) Obando Papamija, Manuel Alejandro; Batista, Ronaldo Junio Campos; Batista, Ronaldo Junio Campos; Oliveira, Alan Barros de; Mota, Vinícius Cândido
O estudo de materiais bidimensionais intensificou-se nas últimas décadas devido à grande variedade de aplicações tecnológicas que eles podem oferecer. Já faz alguns anos que o principal protagonista deste interesse crescente tem sido o grafeno, que vinha sendo estudado por métodos teóricos desde os anos 60, mas foi apenas em 2004 que pôde ser obtido experimentalmente através do processo de esfoliação. Desde então, cresceu o interesse em melhorar os métodos de obtenção e em estudar outros materiais bidimensionais com propriedades também promissoras. Neste trabalho, aplicamos cálculos de primeiros princípios com base na teoria funcional da densidade para investigar as propriedades estruturais e eletrônicas de nanoporos em nitreto de boro hexagonal (hBN). Estudamos diferentes tamanhos de nanoporos com geometria triangular, que podem ter apenas um tipo de terminação de borda, B-H (boro-hidrogênio) ou N-H (nitrogênio-hidrogênio), e também estudamos nanoporos com geometrias hexagonais que têm uma mistura estequiométrica entre terminações N-H e B-H. Estes cálculos serviram de base para a parametrização de um modelo de ligação. Tal modelo simplifica um problema complexo de muitos átomos permitindo fazer previsões analíticas e também implementar um algoritmo Monte Carlo, o que torna viável um estudo rápido da estabilidade dos poros em hBN a diferentes temperaturas e ambientes químicos.
Investigação de primeiros princípios de estruturas de carbono com ligações sp2 e sp3.
(2016) Gonçalves, Juliana Aparecida; Batista, Ronaldo Junio Campos; Oliveira, Alan Barros de; Batista, Ronaldo Junio Campos; Chacham, Helio; Barboza, Ana Paula Moreira
Alótropos nanoestruturados de carbono têm atraído a atenção de muitos pesquisadores nas últimas décadas. Entre estes alótropos, o grafeno tem sido intensivamente investigado devido suas interessantes propriedades que podem levar a várias aplicações tecnológicas. Outro alótropo de carbono que tem sido muito estudado são os nanotubos de carbono (CNTs). Eles apresentam potencial para aplicações em nanotecnologia, eletrônica, óptica e outras áreas de ciências dos materiais. A combinação de tais materiais podem resultar em estruturas híbridas com novas propriedades interessantes ou eles poderiam melhorar as propriedades que impedem a sua real aplicação, como por exemplo a manipulação de uma única folha de grafeno. Neste trabalho, empregamos cálculos de Primeiros Princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) dentro da Aproximação de Gradiente Generalizado (GGA), como implementado no programa SIESTA, para investigar nanoestruturas compostas por nanotubos de carbono, grafeno e fitas de grafeno de poucas camadas. Observamos que uma estrutura híbrida composta por 4 camadas de grafeno e um nanotubo de carbono (10,0) é a estrutura energeticamente mais estável entre aqueles que combinam tubo e algumas camadas de grafeno. A presença do tubo modifica a resistência mecânica do grafeno e tal estrutura híbrida é ferromagnética, apesar de ser feita de apenas átomos de carbono. Reconstruções de bordas foram observadas quando a estrutura híbrida foi esticada até o seu colapso, o que nos leva a investigar a estrutura de poucas camadas de bordas de grafeno. Um padrão no qual átomos das extremidades de algumas camadas de fitas grafeno formam pentágonos e heptágonos foi identificado. Com base em tal padrão, geramos fitas de grafeno com 3, 4, 5 e 6 camadas. No que diz respeito à estabilidade energética de tais estruturas, notou-se que elas são energeticamente mais estáveis do que nanotubos de carbono (10,0) e C60, os quais existem na natureza. Essas estruturas também têm características ferromagnéticas, que podem ser associadas com a presença de defeitos topológicos, heptágonos e pentágonos, e suas conexões sp2 e sp3.
Investigação por métodos de primeiros princípios do metanol.
(Programa de Pós-Graduação em Ciências – Física de Materiais. Departamento de Física, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2013) Dias, Rafael Freitas; Batista, Ronaldo Junio Campos
Neste trabalho, aplicamos métodos de primeiros princípios, baseado na teoria do funcional da densidade para investigar as propriedades estruturais e a estabilidade do metanol líquido sob efeito de campo elétrico externo. Utilizando o potencial ReaxFF para gerar os líquidos usados na dinâmica de primeiros princípios conseguimos reduzir o tempo computacional para obter a convergência da energia (600 ps usando ReaxFF mais 1 ps utilizando primeiros princípios). Observamos que o funcional PBE é capaz de descrever com boa precisão (erro de 4%) a densidade correta do metanol em condições normais de temperatura e pressão, que no caso da água somente é obtido com a inclusão da interação de Van der Waals. Vimos que o campo elétrico externo alinha as moléculas formando cadeias unidimensionais. Observamos que a estabilidade aumenta com o número de moléculas na cadeia. A presença de reservatórios de cargas facilita a quebra do metanol sendo que, é energeticamente favorável que a quebra ocorra no reservatório de elétrons. Vimos também que se a quebra ocorre no ligação C - H é energeticamente favorável que a quebra ocorre na molécula da cadeia mais próxima ao eletrodo. Entretanto, se a quebra ocorrer na ligação O - H é energeticamente favorável que a quebra aconteça na molécula da cadeia mais distante ao eletrodo.
Modelo de clock de p-estados 2D com campo externo nulo : um estudo sobre transições de fase por meio do método de Monte Carlo e dos zeros da função de partição.
(2021) Silva, Maycon Júnior da Cruz; Rocha, Julio Cesar Siqueira; Costa, Bismarck Vaz da; Rocha, Julio Cesar Siqueira; Batista, Ronaldo Junio Campos; Martins, Paulo Henrique Lana
A transição de fase é um comportamento que ocorre diariamente em diversos sistemas físicos, por exemplo em ligas metálicas. Quando há mudanças bruscas e descontínuas nas propriedades termodinâmicas do sistema, provocadas pela variação contínua de um determinado parâmetro externo, temos uma transição de fase de primeira ordem. Mas, se houver uma continuidade em uma propriedade termodinâmica e uma descontinuidade em outra para a mesma transição, então temos uma transição de fase de segunda ordem ou contínua. Portanto, podemos afirmar que os pontos de transição de fase são pontos não analíticos nas propriedades termodinâmicas. O magnetismo é utilizado em muitas aplicações tecnológicas, por isso é extremamente importante compreender como ocorre a transição de fase nos magnetos. Este trabalho tem o objetivo de estudar as transições de fase de um modelo de material ferromagnético, chamado de modelo de clock de p-estados 2D, a campo externo nulo. Existe uma controvérsia na literatura a respeito da quantidade e do tipo de transições observadas nesse modelo de spins, o que justifica o interesse em seu estudo. Para descobrir quantas e os tipos de transições de fase observadas para os valores intermediários de p, utilizamos o método de Monte Carlo e os zeros da função de partição canônica, conhecido como zeros de Fisher. O método de Monte Carlo é usado neste trabalho para obter a distribuição de Boltzmann. Já os zeros de Fisher são utilizados como uma ferramenta de análise que possibilita obter os pontos de transição. Nessa técnica, as transições de fase são associadas a pontos de não-analiticidade da energia livre, assim sendo, podemos associá-los aos pontos onde a função de partição é igual a zero. A ideia aqui é escrever a função de partição como um polinômio, fazendo com que nossa tarefa se resuma a encontrar as raízes desse polinômio. Como o grau do polinômio gerado pela função de partição canônica é muito alto, utilizamos um método alternativo para encontrar esses pontos sem a necessidade de realizar operações com polinômios de grau elevado. Neste método, chamado de zeros reduzidos, os coeficientes do polinômio são representados pela distribuição de Boltzmann. Logo, podemos estudar somente a região do espaço dos parâmetros termodinâmicos próximo ao ponto de transição. Além disso, desprezando os estados com baixa probabilidade, conseguimos reduzir de forma significativa o grau do polinômio e otimizamos a rotina computacional utilizada. Por conseguinte, mostramos que para valores intermediários de p o sistema apresenta duas transições de fase, uma na classe de universalidade de Ising a baixa temperatura e outra do tipo BKT para temperaturas mais elevadas. Contudo, a presença de dois tipos de transições só é vista a partir de p = 5, diferente de alguns resultados na literatura que apontam duas transições a temperaturas finitas e distintas já para p = 3 e 4.
Polítropa quântica anisotrópica.
(2023) Trindade, Nadson de Jesus da Silva; Velten, Hermano Endlich Schneider; Velten, Hermano Endlich Schneider; Batista, Ronaldo Junio Campos; Fabris, Júlio César
A mecânica quântica de De Broglie-Bohm pode estabelecer uma conexão entre a Mecânica Quântica não-relativística com o movimento de partículas em Dinâmica dos Fluidos. De fato, essa interpretação mostra que um sistema quântico pode ser decomposto em um sistema hidrodinâmico, submetido a um potencial adicional, de origem quântica. Neste tipo de sistema podemos observar possíveis manifestações de fenômenos quânticos em objetos macroscópicos. Sabemos que para um fluido que obedece ao princípio de Pascal (tensões principais iguais), a pressão é tida como isotrópica. No entanto, conhecemos objetos com desvio de isotropia local como, por exemplo, Polítropas Anisotrópicas. Polítropas são configurações em equilíbrio hidrostático como, por exemplo, estrelas ideais. Podemos considerar uma grande diversidade de eventos físicos que dão origem a configurações anisotrópicas. Um possível grau de anisotropia em um sistema pode acontecer tanto em regimes de baixa ou alta densidade. A anisotropia pode provocar certas instabilidades em estruturas astrofísicas. Neste trabalho estudamos as propriedades físicas de um objeto que denominamos Polítropa Quântica Anisotrópica.
Propriedades eletrônicas e estruturais de grafeno depositado sobre o substrato diamante hidrogenado (111).
(2014) Oliveira, Adriano Soares; Batista, Ronaldo Junio Campos
Dispositivos que combinam a elevada condução de eletricidade a temperatura ambiente do grafeno com a excelente capacidade do diamante em dissipar energia são de grande interesse para as indústrias de equipamentos ópticos, eletrônicos e eletromecânicos. Sendo assim, nesta dissertação investigamos as propriedades estruturais e eletrônicas de grafeno depositado sobre uma superfície de diamante hidrogenado orientado no plano cristalino (111). Observamos que, com aplicação de pressão, o grafeno comensurável com o substrato de diamante hidrogenado. Esta comensurabilidade deu origem à quebra de simetria das sub-redes A e B do grafeno e, consequentemente, a um gap no ponto de Dirac. Como a superfície de diamante transferiu elétrons para o grafeno, o gap não estava no nível de Fermi e, por isso, a interface grafeno/diamante permaneceu condutora. A dopagem da folha de grafeno pôde ser revertida com aplicação de campo elétrico orientado na direção (111), o que tornou a interface semicondutora. Assim a interface grafeno/diamante se comportou como um transistor por efeito de campo.
Propriedades estruturais e eletrônicas de interfaces de nitreto de boro cúbico e hexagonal.
(2014) Santos, Renato Harley dos; Batista, Ronaldo Junio Campos
Nesta tese, utilizando métodos baseados na teoria funcional da densidade, investigamos as propriedades estruturais e eletrônicas do nitreto de boro hexagonal depositado sobre nitreto de boro cúbico hidrogenado. Além disso, aplicamos pressão uniaxial sobre estes materiais e verificamos como propriedades estruturais e eletrônicas seriam afetadas. Vimos que a simples deposição não afeta sua estrutura eletrônica e, assim, o nitreto de boro hexagonal pode até servir como uma camada protetora em situações em que a interação com espécies químicas do ambiente possa afetar as propriedades de transporte das superfícies. Mas, com a aplicação de uma pressão uniaxial na interface de nitreto de boro cúbico com o nitreto de boro hexagonal, sua estrutura eletrônica pode ser afetada, alterando suas propriedades de transporte, podendo, inclusive, tornar a interface semicondutora. Vimos, também, que a morfologia da superfície de nitreto boro cúbico hidrogenada (que pode ser terminada em B-H ou N-H) tem um forte efeito de propriedades eletrônicas da superfície de nitreto de boro cúbico, o que, por sua vez, afeta as propriedades eletrônicas e estruturais da interface nitreto de boro cúbico/nitreto de boro hexagonal.
Propriedades estruturais e eletrônicas de um wormhole de grafeno.
(2019) Portilho, Paulo André Morais; Batista, Ronaldo Junio Campos; Batista, Ronaldo Junio Campos; Oliveira, Alan Barros de; Mota, Vinícius Cândido
Nesta dissertação, investigamos por meio de cálculos de primeiros princípios, a correlação entre propriedades estruturais e eletrônicas em wormholes feitos de grafeno monocamada e bicamada. A ferramenta computacional utilizada foi o método SIESTA (Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousands of Atoms), que é uma implementação da Teoria do Funcional da Densidade – DFT (Density Functional Theory). As geometrias propostas para os wormholes são constituídas pela união de nanotubos de carbono entre regiões planas de grafeno, tal que a região da junção apresenta curvaturas distintas e defeitos topológicos (heptágonos). Investigamos os efeitos na estrutura eletrônica devidos: à conexão de planos de grafeno por meio do tubo; à curvatura; à interação entre bicamadas; ao comprimento dos tubos; à interação do wormholes com imagens periódicas em uma rede triangular. Observamos que: (i) a conexão de planos por meio do tubo (formação de wormholes) leva a uma estrutura eletrônica completamente diferente daquela do grafeno com defeito; (ii) a curvatura da junção tubo/grafeno é determinante para confinamento de estados eletrônicos na região do nanotubo; (iii) a estrutura eletrônica de wormholes de camada dupla é muito diferente da superposição das estruturas eletrônicas dos wormholes de camada única que os formam; (iv) a interação entre wormholes em uma rede triangular leva a abertura de gaps cujo valor cai assintoticamente com a distância entre wormholes vizinhos. A forma das bandas próximas ao nível de Fermi é bem descrita por um modelo de primeiros vizinhos inspirado no método tigth-binding.
Propriedades mecânicas, eletrônicas e estruturais de novos materiais 2D.
(2019) Pinto, Alysson Alves; Matos, Matheus Josué de Souza; Mazzoni, Mário Sérgio de Carvalho; Matos, Matheus Josué de Souza; Batista, Ronaldo Junio Campos; Souza, Thonimar Vieira de Alencar; Chacham, Helio
Nos últimos anos, uma ampla gama de trabalhos experimentais e teóricos em nanoestruturas bidimensionais (2D) proporcionou uma melhor compreensão das formidáveis propriedades eletrônicas, ópticas e mecânicas dessa classe emergente de materiais. No presente trabalho, modificações das propriedades eletrônicas e estruturais das heteroestruturas grafeno/h-BN, diamondol e bonitrol induzidas por tensão foram investigadas através de cálculos ab initio. Utilizando o formalismo da Teoria do Funcional da Densidade implementada no código SIESTA [1], com o cálculo da relação tensão versus deformação em diferentes direções, verificamos que estes novos materiais possuem módulos de Young maiores que os do grafeno e do h-BN. Além disso, a deformação intrínseca (εint) e a tensão intrínseca (σint) foram determinados a partir do valor máximo de σ. Descobrimos que as heteroestruturas de grafeno/h-BN possuem o maior σint. O valor encontrado para a armchair (zigzag) foi de 52,4 N/m (52,6 N/m). Para o diamondol e o bonitrol, encontramos 42 N/m e 35 N/m na direção zigzag e 37 N/m e 32,5 N/m na direção armchair, respectivamente. Para heteroestruturas de grafeno/h-BN, temos uma força intrínseca quase 65% maior que o grafeno na direção armchair e cerca de 17% maior na direção zigzag. Outra questão interessante diz respeito às mudanças na estrutura de bandas eletrônicas desses novos materiais. Descobrimos que é possível modular o gap de energia de apenas uma componente de spin no caso do diamondol, enquanto a outra componente de spin permanece quase inalterada. Para os outros novos materiais - bonitrol e heteroestruturas grafeno/h-BN - encontramos pequenas alterações na estrutura eletrônica, sem alterações no comportamento condutivo. No entanto, é possível observar mudanças nos níveis de energia em suas faixas de condução. Estes efeitos podem ter uma forte influência nas modulações de propriedades para aplicações tecnológicas e ajudar a esclarecer a física de novos materiais sob deformações mecânicas.
Simulação computacional da difusão da água confinada em Nanotubos de Carbono Deformados.
(2017) Mendonça, Bruno Henrique da Silva e; Oliveira, Alan Barros de; Oliveira, Alan Barros de; Barbosa, Márcia Cristina Bernardes; Batista, Ronaldo Junio Campos
Sistemas orgânicos autoconstruídos e sua interação com materiais bidimensionais : uma abordagem de primeiros princípios.
(2017) Carvalho, Genilson de Melo; Matos, Matheus Josué de Souza; Batista, Ronaldo Junio Campos; Matos, Matheus Josué de Souza; Nascimento, Regiane do; Neves, Bernardo Ruegger Almeida; Mazzoni, Mário Sérgio de Carvalho
Sistemas Orgânicos Autoconstruídos (SAM) são de grande importância, pois possuem diversas aplicações em Nanociência, assim como em caracterização de materiais bidimensionais. Neste trabalho, estudamos as propriedades eletrônicas, energéticas e estruturais de uma molécula orgânica, o Ácido Retinóico (RA), depositada em materiais bidimensionais como o grafeno, hBN e MoS2. Para isso, utilizamos cálculos de primeiros princípios usando a Teoria do Funcional da Densidade (DFT), com um funcional que leva em conta as interações de van der Waals, implementado no Código SIESTA. Investigamos a interação do RA com diferentes substratos para analisar as formas de empilhamentos, as propriedades eletrônicas e a formação de camadas de RA. Para a interação do RA com cada substrato escolhemos cinco configurações diferentes, sendo que em três delas o RA está deitado em relação ao substrato, enquanto nas outras está em pé. Dos resultados obtidos vimos que a forma de empilhamento mais estável (configuração a) é aquela em que a molécula está deitada, com o anel de carbono paralelo ao plano dos substratos. Isso é verdade para todos os substratos estudados: grafeno, hBN e MoS2. O grafeno apresenta uma dopagem do tipo p ao interagir com a molécula. Além disso, os resultados também mostram que para formação de camadas de RA, a configuração mais estável é aquela em que molécula tem uma interação calda-calda (entre grupos OH). Ao interagir com o hBN o gap do RA foi alterado de 1:85 eV para 1:70 eV, porém o gap do hBN permaneceu inalterado. A curva de absorção óptica da configuração (a) é a única que não vai a zero após 2:6 eV, por isso pode existir transições da molécula para o hBN. Em todas as configurações o RA introduz estados dentro do gap dos sistemas (hBN+RA e MoS2+RA). Os resultados para o grafeno estão de acordo com experimentos de AFM e EFM realizados pelo Prof. Bernardo Neves e a Profª. Karolline Araújo, onde o arranjo observado experimentalmente para o RA no grafeno mostra uma periodicidade de 2:7 nm.

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Browsing FIMAT - Programa de Pós-Graduação em Ciências - Física dos Materiais by Author "Batista, Ronaldo Junio Campos"

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