Investigação da Banda G em dobras de grafeno por Simulações de Dinâmica Molecular.

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dc.contributor.advisorOliveira, Alan Barros dept_BR
dc.contributor.authorMateus, Rafael Rodrigues
dc.contributor.refereeOliveira, Alan Barros dept_BR
dc.contributor.refereeBatista, Ronaldo Junio Campospt_BR
dc.contributor.refereeWardil, Lucas Lagespt_BR
dc.date.accessioned2022-12-06T18:20:55Z
dc.date.available2022-12-06T18:20:55Z
dc.date.issued2022pt_BR
dc.descriptionPrograma de Pós-Graduação em Ciências – Física de Materiais. Departamento de Física, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.pt_BR
dc.description.abstractO 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.pt_BR
dc.description.abstractenGraphene is a two-dimensional material that was obtained experimentally for the first time in 2004 and, since then, it has been extensively researched due to the fact that it has some interes- ting properties, such as its large surface area and high charge mobility. In addition, it presents a range of possible applications such as solar cells and supercapacitors. Graphene may present in its structure wrinkles and folds that may arise naturally in the material and which, in turn, may modify some of the properties of planar graphene, such as its resistance to compression and deformation and its chemical affinity. Experimentally, one of the most used techniques in the study of graphene has been Raman spectroscopy, which does not damage the sample and is able to provide us with information such as doping, number of graphene layers, deformations and defects in the structure, through the analysis of bands. graphene characteristics such as G, D and 2D bands, arising from the vibrational modes of the material. Analysis of the vibrational modes of graphene can also be performed theoretically using computer simulations, and their results may contribute to the understanding of the results obtained with Raman spectroscopy. With this in mind, our work proposes to investigate, through the use of classical molecular dynamics simulations, the behavior of the G band of structures composed of mono and multi- layer graphene, correlating with deformations in the structure (folds) and presence or absence of substrate, by by analyzing the stress and strain observed in the structures. During our work, we used LAMMPS software to perform molecular dynamics simulations. As interatomic poten- tial, the AIREBO potential was used in most of our simulations, with some of the simulations made with hybrid potential in which both AIREBO and Lennard-Jones were used. To analyze the stress and strain, the OVITO software was used, which allowed us, through color maps, to observe the behavior of both in our structures. Our results showed us that mono and multilayer graphene are subject to compression and stretching strain in the bending direction. Despite this, the relationship between the local strain and the G band was not easy to understand, the behavior observed was not the one expected by us when compared to planar graphene (shift of the G band peak to the right due to the application of the compression strain and, shift of the G-band peak to the left due to the presence of the stretching strain). The investigation of the presence and absence of the substrate in the region of the folds showed us that its presence was capable of causing greater deformations in these regions, which led to alterations in the G band, especially for the innermost leaves. The results obtained for the innermost leaves were not only the result of the presence of the substrate in the regions of the folds.pt_BR
dc.identifier.citationMATEUS, Rafael Rodrigues. Investigação da Banda G em dobras de grafeno por Simulações de Dinâmica Molecular. 2022. 98 f. Dissertação (Mestrado em Ciências – Física de Materiais) – Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.pt_BR
dc.identifier.urihttp://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/15825
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.rightsabertopt_BR
dc.rights.licenseAutorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 08/11/2022 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante.pt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/*
dc.subjectBanda Gpt_BR
dc.subjectGrafenopt_BR
dc.subjectStrainpt_BR
dc.subjectStresspt_BR
dc.titleInvestigação da Banda G em dobras de grafeno por Simulações de Dinâmica Molecular.pt_BR
dc.typeDissertacaopt_BR
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