Um método simples e de baixo custo para a produção de um masterbatch de grafeno e grafeno de poucas camadas (FLG) por meio da esfoliação por cisalhamento assistido por polímero do grafite em meio aquoso foi extensivamente investigado. De forma detalhada, um polivinil álcool modificado (mPVOH) caracterizado por uma energia de superfície da solução similar à do grafeno e outros 3 surfactantes foram usados para a produção de partículas de grafeno/FLG. O rendimento com mPVOH é maior do que de outros surfactantes, além de exibir uma estreita distribuição de tamanhos de partícula. O marterbatch preparado com mPVOH contém 4,38% em peso de partículas de grafeno/FLG e foi diretamente incorporado em polímero para a produção de nanocompósitos por intercalação em estado fundido. Filmes preparados pela mistura do masterbatch com um grade para extrusão de um polivinil álcool mostrou uma redução de 78% na permeabilidade à agua ao mesmo tempo que o módulo de armazenamento aumentou 48% quando apenas 0,3% de grafeno/FLG foi adicionado. Também foram percebidas melhorias nas propriedades de barreira do PLA e do PEBD, com um aumento de 520% no módulo de armazenamento dos filmes de PLA. Estes resultados abrem um novo caminho para o uso de masterbatch de grafeno/FLG na indústria de embalagens. / A simple and unexpensive method for the production of graphene-based masterbatch via polymer-assisted shear exfoliation of graphite in water was comprehensively investigated. In detail, a modified polyvinyl alcohol (mPVOH) characterized by solution surface energy comparable with that of graphene and another three compounds were used as surfactant for the production of graphene-few layers graphene (FLG) particles. These particles exhibit a higher output than that obtained by graphite liquid-exfoliation using common surfactants, along with a narrower size distribution. A mPVOH-masterbatch containing 4.38 wt% of graphene-like particles was produced, and directly used for the production of polymer nanocomposites by melt processing. Films prepared by blending the graphene-based masterbatch with an extrusion grade polyvinyl alcohol showed a 78% reduction in water permeability and a 48% increase in storage modulus when only 0.3wt% of graphene-like particles is added. Improved barrier properties were also observed for PLA and LDPE-based films, as well as an increment of about 520% in the storage modulus of PLA-based films. These results will open up a new pathway for using graphene-based masterbatch in the packaging industry.

A obtenção de grafeno a partir do grafite foi avaliada através de dois métodos de oxidação (Staudenmaier e Hummers) e dois métodos de redução (térmica e química com hidrazina). Foi realizada a otimização do método de Staudenmaier (constatado o mais eficiente) avaliando diferentes tempos de reação e temperaturas de redução. Caracterizações dos óxidos reduzidos (DRX, FT-IR, Raman, MEV, MET, CHN e EIE) comprovaram que houve uma diminuição dos tamanhos de cristais, por consequência um menor empilhamento aumentando a condutividade elétrica. Na sequencia esses óxidos (GO) e óxidos reduzidos (RED) foram utilizados como suporte para o catalisador Cp2ZrCl2 em polimerizações in situ de etileno suportadas para a síntese de nanocompósitos. Foram utilizados 15% (p.p-1) de MAO e 2 % Zr/grafite. A quantidade de metal imobilizado no suporte foi quantificada por ICP-OES e mostrou que o suporte em GO foi de 1,31% (p.p-1) e em RED foi de 0,36% (p.p-1) Zr/grafite. Os valores de atividades catalíticas obtidas na presença da nanocarga ficaram na faixa de 30 a 415 quando usado GO e 423 a 780 usando RED. Os percentuais de carga variaram de 1,3 a 17% Grafite/PE. Análises de TGA e DMA, mostraram uma maior estabilidade térmica dos nanocompósitos comparado com o polímero homogêneo. A condutividade elétrica foi avaliada por EIE e mostrou que a introdução do RED fez com que o polímero passa-se de um material isolante para semicondutor. Quando se utilizou GO em um percentual em peso de 2,7% obteve-se uma condutividade elétrica de 1,53x10-12 S.cm-1. Quando empregado o RED observou-se melhor condutividade em todos os percentuais de 3,18 x 10-10 S.cm-1 (2,6% p.p-1) até 1,1 x 10-5 S.cm-1 (1,4% p.p-1). / The preparation of graphene from graphite was evaluated by two methods of oxidation (Hummer and Staudenmaier) and two methods of reduction (thermal and chemical with hydrazine). It was performed the optimization of Staudenmaier method (the most efficient) evaluating different reaction times and temperatures of reduction. Characterizations of the reduced oxides (XRD, FT-IR, Raman, SEM, TEM, CHN and EIE) proved that there was a decrease in the size of crystals, consequently, a lower stacking of graphene increasing the electrical conductivity. Following on, these oxides (GO) and reduced oxides (RED) were used as supports for the catalyst Cp2ZrCl2 in the in situ polymerization of ethylene to obtain the nanocomposites. There were used 15 wt.-% of MAO/graphite and 2 wt.-% of Zr/graphite. The amount of immobilized metal on the support was quantified by ICP-OES showing that the efficiency of the support was 1.31 wt.-% Zr/GO and 0.36wt.-% Zr/RED. The values of catalytic activity obtained in the presence of nanocarga were in the range 30-415 when used GO and 423-780 using RED. The load percentages ranged between 1.3 and 17 wt% Graphite/PE. Analysis of TGA e DMA, showed an increase in the thermal stability of the nanocomposites compared to the neat polyethylene. The electrical conductivity was measured by EIE and showed that the introduction of RED makes the polymer to pass from an insulating to a semiconductor material. When GO is used in a percentage by weight of 2.7% the electrical conductivity obtained was 1.53x10-12 S.cm-1. When RED was used it was observed a higher conductivity in all RED percentages from 3.18 x 10-10 S.cm-1 (2.6% wt.- RED/PE) to 1,1 x 10-5 S.cm-1 (1,4% wt.- RED/PE).

Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2014-02-11T15:33:00Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_SimulaçõesDinâmicaMolecular.pdf: 8714397 bytes, checksum: c2131bb2f2f6b3344fa1a8701153ac57 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-02-13T11:34:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_SimulaçõesDinâmicaMolecular.pdf: 8714397 bytes, checksum: c2131bb2f2f6b3344fa1a8701153ac57 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-02-13T11:34:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_SimulaçõesDinâmicaMolecular.pdf: 8714397 bytes, checksum: c2131bb2f2f6b3344fa1a8701153ac57 (MD5) Previous issue date: 2013 / O grafite tem sido utilizado há várias décadas como lubrificante sólido. Esta propriedade surge devido à fraca ligação entre as camadas que o compõem. Recentemente, Barboza e colaboradores [l], descobriram uma nova propriedade mecânica de lubrificantes sólidos, a saber, a compressibilidade negativa dinâmica. Foi observado em vários lubrificantes sólidos (incluindo o grafite) que urna expansão vertical ocorre quando estes materiais são submetidos simultaneamente à compressão e cisalhamento. Provavelmente, este efeito deve ocorrer nas diversas aplicações dos lubrificantes sólidos afetando as demais propriedades mecânicas (tribológicas) e, consequentemente, o seu desempenho. Motivado por esta nova descoberta, este trabalho propõe-se a investigar por meio de simulações de dinâmica molecular o efeito anisotrópico da compressibilidade negativa (ou seja, a dependência deste efeito com a orientação cristalina) em escala nanométrica utilizando o grafeno (provavelmente, o material mais investigado atualmente que consiste em um único plano atômico de grafite). Inicialmente, pretendemos avaliar o efeito em apenas duas camadas de grafeno. É importante destacar que esta dependência da compressibilidade negativa com a orientação cristalina já foi observada experimentalmente pelos mesmos autores que descobriram a compressibilidade negativa dinâmica, porém, ainda não é conhecida a origem deste efeito. Ressalta-se que o objetivo do presente trabalho não é reproduzir o experimento e, sim, contribuir para o entendimento do efeito anisotrópico da compressibilidade negativa. Neste sentido, simulações de dinâmica molecular podem fornecer informações em escala nanométrica que ajudem a esclarecer a anisotropia observada. Conhecendo os mecanismos de operação dos lubrificantes sólidos bidimensionais, podemos aproveitar de forma melhor esses materiais em suas aplicações práticas. ________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Graphite has been used for several decades as a solid lubricant. This property is due to the weak bonding between the layers that compose it. Recently, Barboza et al. [1] discovered new mechanical properties of solid lubricants, namely the dynamic negative compressibility. It has been observed in various solid lubricants (including the graphite) that a vertical expansion occurs when these materials are subjected to both compression and shear. Probably, this effect should occur in the various applications of solid lubricants affecting other mechanical properties (tribological) and consequently its performance. Motivated by this new discovery, this work proposes to investigate by means of molecular dynamics simulations the anisotropic effect of negative compressibility (i.e., the dependence of this effect with the crystal orientation) using nanoscale graphene (probably the most investigated material nowadays, which consists of a single atomic plane of graphite). Initially, we intend to evaluate the effect of only two layers of graphene. Importantly, this dependence of negative compressibility on the crystal orientation has been experimentally observed by the same authors who found that the dynamics negative compressibility, however, is not yet known the origin of this effect. It is emphasized that the goal of the present work is not to reproduce the experimental data but contribute to the understanding of the anisotropic effect of negative compressibility. In this sense, molecular dynamics simulations can provide information on nanoscale that helps to clarify the observed anisotropy. By knowing the mechanisms of operation of two-dimensional solid lubricants, we can enjoy the best form these matcrials in their practical applications.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-graduação em Química, 2017. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2017-04-03T13:15:06Z No. of bitstreams: 1 2017_NiltonCláudiodeOliveira.pdf: 5071984 bytes, checksum: 77d448cde10a60915c0692d9a86953a4 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2017-04-18T15:12:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_NiltonCláudiodeOliveira.pdf: 5071984 bytes, checksum: 77d448cde10a60915c0692d9a86953a4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-18T15:12:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_NiltonCláudiodeOliveira.pdf: 5071984 bytes, checksum: 77d448cde10a60915c0692d9a86953a4 (MD5) / A técnica de automontagem de deposição de filmes ultrafinos consiste na adsorção eletrostática de camadas alternadas de materiais catiônicos e aniônicos sobre a superfície de um substrato sólido, em que as camadas são mantidas adsorvidas essencialmente por atração eletrostática. O presente trabalho propõe um mecanismo de formação de filmes automontados de óxido de grafeno (GO) aniônico sobre substratos de quartzo em que as folhas de GO se ligam umas às outras sem a exigência de material polieletrólito catiônico. A estratégia adotada é imergir por 3 min um substrato de quartzo alternadamente numa suspensão de GO preparada em diferentes pHs (3 e 11) e em soluções de íons de metais de transição, como Ni2+ e Co2+. Os espectros de absorção UV-vis indicam que a massa de GO adsorvido é maior quando o filme é preparado com suspensão em pH = 3, pois a protonação de grupos aniônicos no GO diminui a repulsão eletrostática e favorece a aproximação de mais folhas de GO ao substrato. Embora também haja a imersão do substrato nas soluções dos íons metálicos, resultados de espectroscopia fotoeletrônica de raios X e de energia dispersiva de raios X mostram que os filmes depositados desse modo contém apenas GO. Entretanto, quando a deposição é realizada por imersões do substrato apenas na suspensão de GO, a massa adsorvida é muito menor e ocorre uma saturação do crescimento do filme logo após as primeiras imersões. Em um experimento adicional, os filmes são depositados com imersão do substrato na suspensão de GO por 30 s, com e sem imersão na solução do íon metálico. Nesse caso, observa-se que a massa adsorvida de GO é significativamente maior do que aquela obtida com imersões de 3 min. possivelmente pela adsorção ocorrer antes de atingir um equilíbrio. Além disso, verifica-se que sem a imersão na solução do íon metálico, a massa de GO atinge um patamar de saturação em cerca de 600 s, enquanto cresce continuamente quando há imersão do substrato também na solução do íon metálico. Com base nesses resultados é proposto que os íons metálicos blindam os grupos aniônicos do GO e, da mesma forma que a condição de deposição em meio ácido investigada inicialmente, a repulsão eletrostática é minimizada e a aproximação de mais folhas de GO ao substrato é favorecida. A interação entre as folhas de GO é possivelmente do tipo ligação hidrogênio e também deve envolver moléculas de água. / The ultrathin film deposition self-assembly technique consists on the electrostatic adsorption of alternating layers of cationic and anionic materials on the surface of a solid substrate. This work proposes a mechanism for the formation of anionic graphene oxide (GO) films on quartz substrates in which the GO sheets bind one to other without the requirement of a cationic polyelectrolyte material between them. The strategy adopted is to immerse a quartz substrate during 3 min alternately in a GO suspension prepared at different pHs (3 and 11) and in solutions of transition metals ions such as Ni2+ and Co2+. The UV-vis absorption spectra indicate that the adsorbed GO mass is larger when the film is prepared with suspension at pH = 3, since the protonation of anionic groups in GO decreases the electrostatic repulsion and favors the approach of more GO sheets to the substrate. Although there is also an immersion of the substrate in metal ions solutions, results of X-ray photoelectron spectroscopy and X-ray dispersive energy show that films deposited in this way contain only GO. However, when the deposition is carried out by immersion of the substrate only in the GO suspension, the adsorbed mass is small and a saturation of adsorption occurs soon after the first immersions. In an additional experiment, films are deposited by immersing the substrate in the GO suspension for 30 s, with and without immersion in metal ion solution. In this case, it is possible to observe that the adsorbed mass of GO is significantly larger than that attained with immersion of 3 min. because the adsorption could occur before reaching the equilibrium. Furthermore, it is possible to verify that without immersion in the solution of the metal ion, the GO mass reaches a saturation level in about 600 s, while it grows continuously when the substrate is immersed also in solution of the metal ion. Based on those results it is proposed that the metallic ions screen the anionic groups of the GO and, as the acidic deposition condition investigated initially, the electrostatic repulsion is minimized and the approach of more sheets of GO to the substrate is favored. The interaction between GO sheets is possibly the hydrogen bonding type and should also involve water molecules.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Pós-Graduação em Nanociência e Nanobiotecnologia, 2018. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-07-11T20:45:54Z No. of bitstreams: 1 2018_FellipySamuelRocha.pdf: 1837406 bytes, checksum: 2019582542fa37ab058481034d6792ad (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-07-14T19:29:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_FellipySamuelRocha.pdf: 1837406 bytes, checksum: 2019582542fa37ab058481034d6792ad (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-14T19:29:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_FellipySamuelRocha.pdf: 1837406 bytes, checksum: 2019582542fa37ab058481034d6792ad (MD5) Previous issue date: 2018-07-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES); Fundação de Apoio a Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF) e , CAPES e Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico )(CNPq). / O óxido de grafeno (GO) é um nanomaterial promissor para ser empregado como sistema de entrega de fármacos hidrofóbicos devido a sua superfície planar em duas dimensões, e as ftalocianinas também apresentam estruturas planares, e são ótimas candidatas para a utilização em terapia fotodinâmica. A conjugação não covalente entre estes compostos pode levar a formação de um nanossistema eficaz no tratamento do câncer. Neste trabalho, buscamos elucidar a interação da ftalocianina de zinco (ZnPc) e sua forma tetra substituída (ZnPc(NO2)4) com o óxido de grafeno. As ftalocianinas apresentam fluorescência, mas interações de Van Der Waals π - π fortes com o GO proporcionam supressão deste fenômeno, consequentemente sendo um indicativo de ligação. A eficácia da interação de GO com a ZnPc(NO2)4 foi claramente demonstrada, enquanto a interação com a ZnPc é mais difícil de ser interpretada. Estudos aplicando os modelos matemáticos de Stern-Volmer e Hill foram realizados com os dados de fluorescência das ftalocianinas para tentar elucidar o processo de formação do nanossistema. A capacidade dos fluoróforos de produzirem espécies reativas de oxigênio (ROS) foi avaliada empregando o método indireto de análise do consumo de 1,3-difenilisobenzofurano (DPBF) causado pela formação de ROS, através da excitação das ftalocianinas com laser. A presença do GO proporcionou um aumento no rendimento quântico de oxigênio singlete para ambas as ftalocianinas. / Graphene oxide (GO) is a promissing nanomaterial to be employed as a hydrophobic drug delivery system due to the two dimension planar surface, phthalocyanines also presents planar surface, and are great candidates for Photodinamic Therapy. Non-covalently conjugation of those compounds may lead to the formation of a nanosystem effective in the cancer treatment. At this work, we aim to clarifythe interaction of zinc phthalocyanine and its tetra substituted form (ZnPc(NO2)4) with graphene oxide. Phthalocyanines presents fluorescence, but strong π - π Van Der Waals interactions with GO suppress the fluorescence, consequently being evidence of a bond formation. The efficacy of the interaction of GO with ZnPc(NO2)4 has been clearly demonstrated, while the interaction with ZnPC is harder to interpret. Studies applying mathematical model of Stern-Volmer and Hill were performed with the fluorescence data to try to elucidade the formation process of the nanosystem. The fluorophore capacity to yield reactive oxygen specimes (ROS) were evaluated applying an indirect analysis method quantifying the 1,3-diphenylisobenzofuran (DPBF) consume caused by ROS formation induced by phthalocyanines laser excitation. GO presence enhanced singlet oxygen quantum yield for both phthalocyanines.

Um método simples e de baixo custo para a produção de um masterbatch de grafeno e grafeno de poucas camadas (FLG) por meio da esfoliação por cisalhamento assistido por polímero do grafite em meio aquoso foi extensivamente investigado. De forma detalhada, um polivinil álcool modificado (mPVOH) caracterizado por uma energia de superfície da solução similar à do grafeno e outros 3 surfactantes foram usados para a produção de partículas de grafeno/FLG. O rendimento com mPVOH é maior do que de outros surfactantes, além de exibir uma estreita distribuição de tamanhos de partícula. O marterbatch preparado com mPVOH contém 4,38% em peso de partículas de grafeno/FLG e foi diretamente incorporado em polímero para a produção de nanocompósitos por intercalação em estado fundido. Filmes preparados pela mistura do masterbatch com um grade para extrusão de um polivinil álcool mostrou uma redução de 78% na permeabilidade à agua ao mesmo tempo que o módulo de armazenamento aumentou 48% quando apenas 0,3% de grafeno/FLG foi adicionado. Também foram percebidas melhorias nas propriedades de barreira do PLA e do PEBD, com um aumento de 520% no módulo de armazenamento dos filmes de PLA. Estes resultados abrem um novo caminho para o uso de masterbatch de grafeno/FLG na indústria de embalagens. / A simple and unexpensive method for the production of graphene-based masterbatch via polymer-assisted shear exfoliation of graphite in water was comprehensively investigated. In detail, a modified polyvinyl alcohol (mPVOH) characterized by solution surface energy comparable with that of graphene and another three compounds were used as surfactant for the production of graphene-few layers graphene (FLG) particles. These particles exhibit a higher output than that obtained by graphite liquid-exfoliation using common surfactants, along with a narrower size distribution. A mPVOH-masterbatch containing 4.38 wt% of graphene-like particles was produced, and directly used for the production of polymer nanocomposites by melt processing. Films prepared by blending the graphene-based masterbatch with an extrusion grade polyvinyl alcohol showed a 78% reduction in water permeability and a 48% increase in storage modulus when only 0.3wt% of graphene-like particles is added. Improved barrier properties were also observed for PLA and LDPE-based films, as well as an increment of about 520% in the storage modulus of PLA-based films. These results will open up a new pathway for using graphene-based masterbatch in the packaging industry.

A obtenção de grafeno a partir do grafite foi avaliada através de dois métodos de oxidação (Staudenmaier e Hummers) e dois métodos de redução (térmica e química com hidrazina). Foi realizada a otimização do método de Staudenmaier (constatado o mais eficiente) avaliando diferentes tempos de reação e temperaturas de redução. Caracterizações dos óxidos reduzidos (DRX, FT-IR, Raman, MEV, MET, CHN e EIE) comprovaram que houve uma diminuição dos tamanhos de cristais, por consequência um menor empilhamento aumentando a condutividade elétrica. Na sequencia esses óxidos (GO) e óxidos reduzidos (RED) foram utilizados como suporte para o catalisador Cp2ZrCl2 em polimerizações in situ de etileno suportadas para a síntese de nanocompósitos. Foram utilizados 15% (p.p-1) de MAO e 2 % Zr/grafite. A quantidade de metal imobilizado no suporte foi quantificada por ICP-OES e mostrou que o suporte em GO foi de 1,31% (p.p-1) e em RED foi de 0,36% (p.p-1) Zr/grafite. Os valores de atividades catalíticas obtidas na presença da nanocarga ficaram na faixa de 30 a 415 quando usado GO e 423 a 780 usando RED. Os percentuais de carga variaram de 1,3 a 17% Grafite/PE. Análises de TGA e DMA, mostraram uma maior estabilidade térmica dos nanocompósitos comparado com o polímero homogêneo. A condutividade elétrica foi avaliada por EIE e mostrou que a introdução do RED fez com que o polímero passa-se de um material isolante para semicondutor. Quando se utilizou GO em um percentual em peso de 2,7% obteve-se uma condutividade elétrica de 1,53x10-12 S.cm-1. Quando empregado o RED observou-se melhor condutividade em todos os percentuais de 3,18 x 10-10 S.cm-1 (2,6% p.p-1) até 1,1 x 10-5 S.cm-1 (1,4% p.p-1). / The preparation of graphene from graphite was evaluated by two methods of oxidation (Hummer and Staudenmaier) and two methods of reduction (thermal and chemical with hydrazine). It was performed the optimization of Staudenmaier method (the most efficient) evaluating different reaction times and temperatures of reduction. Characterizations of the reduced oxides (XRD, FT-IR, Raman, SEM, TEM, CHN and EIE) proved that there was a decrease in the size of crystals, consequently, a lower stacking of graphene increasing the electrical conductivity. Following on, these oxides (GO) and reduced oxides (RED) were used as supports for the catalyst Cp2ZrCl2 in the in situ polymerization of ethylene to obtain the nanocomposites. There were used 15 wt.-% of MAO/graphite and 2 wt.-% of Zr/graphite. The amount of immobilized metal on the support was quantified by ICP-OES showing that the efficiency of the support was 1.31 wt.-% Zr/GO and 0.36wt.-% Zr/RED. The values of catalytic activity obtained in the presence of nanocarga were in the range 30-415 when used GO and 423-780 using RED. The load percentages ranged between 1.3 and 17 wt% Graphite/PE. Analysis of TGA e DMA, showed an increase in the thermal stability of the nanocomposites compared to the neat polyethylene. The electrical conductivity was measured by EIE and showed that the introduction of RED makes the polymer to pass from an insulating to a semiconductor material. When GO is used in a percentage by weight of 2.7% the electrical conductivity obtained was 1.53x10-12 S.cm-1. When RED was used it was observed a higher conductivity in all RED percentages from 3.18 x 10-10 S.cm-1 (2.6% wt.- RED/PE) to 1,1 x 10-5 S.cm-1 (1,4% wt.- RED/PE).

Neste estudo foi investigado o processo de redução térmica do óxido de grafeno em médio vácuo como uma rota viável de baixo custo econômico para obtenção do óxido de grafeno reduzido para aplicação em supercapacitores. O objetivo principal foi estudar a influência da temperatura de processamento no grau de redução do óxido de grafeno utilizando um sistema de vácuo com bomba mecânica de duplo estágio. O processamento constituiu na exposição do óxido de grafeno em várias temperaturas (200, 400, 600, 800 e 1000 °C) com pressão reduzida (10-2mbar) condição de médio vácuo. Foram utilizadas técnicas convencionais para caracterização dos materiais precursores e processados, tais como: microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X (DRX) e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Com os resultados deste estudo foi demostrado que é possível obter o óxido de grafeno reduzido utilizando um sistema de vácuo com bomba mecânica de duplo estágio e temperaturas de processamento superiores a 200°C. / In this study the process of medium vacuum thermal reduction of the graphene oxide as a low cost route for obtaining reduced graphene oxide has been investigated. The main objective was to study the influence of the processing temperature on the degree of reduction of the graphene oxide using a vacuum system with two stage backing pump. The processing was carried out by exposing the graphene oxide at various temperatures (200, 400, 600, 800 e 1000 °C) with reduced pressure (10-2 mbar). Conventional techniques have been employed to the characterization of the starting and processed materials, such as: scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction and Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). With the results of this study it has been demonstrated that it is possible to obtain the reduced graphene oxide using a vacuum system with a two stage backing pump and processing temperatures superior to 200°C.

SENA, Silvia Helena Roberto de. Propriedades eletrônicas de tricamada de grafeno e nanofitas de carbono tensionadas. 2012. 112 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-15T18:11:54Z No. of bitstreams: 1 2012_tese_shrsena.pdf: 15892821 bytes, checksum: ed3de1e000d2b9d87efc866ee0064b8f (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-21T20:35:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_tese_shrsena.pdf: 15892821 bytes, checksum: ed3de1e000d2b9d87efc866ee0064b8f (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-21T20:35:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_tese_shrsena.pdf: 15892821 bytes, checksum: ed3de1e000d2b9d87efc866ee0064b8f (MD5) Previous issue date: 2012 / Graphene is a truly two-dimensional crystal with a gapless linear electronic spectrum at low energies (E<1 eV) which, along with the chiral nature of its charge carriers, is responsible for a variety of unusual properties. As a result of its uniqueness, a great effort has been made in order to understand all its fundamental properties and try to generate a new technology of them. In this thesis we theoretically study two types of graphene-related systems: graphene nanoribbons and trilayer graphene (TLG). Concerning the former, a tight-binding model is used to study the energy band of graphene and graphene ribbon under simple shear strain. The ribbon consists of lines of carbon atoms in an armchair or zigzag orientation where a simple shear strain is applied in the $x$-direction keeping the atomic distances in the $y$-direction unchanged. Such modification in the lattice gives an energy band that differs in several aspects from the one without any shear and with pure shear. The changes in the spectrum depend on the line displacement of the ribbon, and also on the modified hopping parameter. It is also shown that this simple shear strain tunes the electronic properties of both graphene and graphene ribbon, opening and closing energy gaps for different displacements of the system. The modified density of states is also shown. On the latter subject, the continuum model is used in order to investigate the electronic spectrum of three coupled graphene layers (graphene trilayers) in the presence of an external magnetic field. We obtain analytical expressions for the Landau level (LL) spectrum for both the ABA and ABC types of stacking, which exhibit very different dependence on the magnetic field. While the LL spectrum of ABA TLG is found to be a superposition of a monolayer-like and bilayer-like spectra, the ABC TLG present a nearly B^{3/2} field dependence. We show that layer asymmetry and an external gate voltage can strongly influence the properties of the system. In addition, the cyclotron resonance energies, the corresponding oscillator strengths, and the cyclotron absorption spectrum for trilayer graphene are calculated for both ABA and ABC stacking. A gate potential across the stacked layers leads to (1) a reduction of the transition energies, (2) a lifting of the degeneracy of the zero Landau level, and (3) the removal of the electron-hole symmetry. / Grafeno é um cristal bidimensional cujo espectro eletrônico a baixas energias (E <1 eV) apresenta dispersão linear e ausência de gap que, juntamente com a natureza quiral dos portadores de carga, são responsáveis por uma variedade de propriedades incomuns. Como resultado da sua natureza singular, um grande esforço tem sido feito para entender todas as suas propriedades fundamentais e tentar gerar uma nova tecnologia baseada nesse material. Nesta tese, nós realizamos um estudo teórico de dois tipos de sistemas: nanofitas de grafeno e tricamadas grafeno (TCG). No que diz respeito ao primeiro sistema, um modelo de ligação forte (tight-binding) é utilizado para estudar as bandas de energia do grafeno e fitas de grafeno sujeitas a uma tensão de cisalhamento. A fita é constituída por linhas de átomos de carbono cujas bordas estão orientadas nas direções conhecidas como “armchair” ou “zigzag”. Uma tensão de cisalhamento simples é aplicada na direção x de forma que as distâncias interatômicas na direção y são mantidas inalteradas. Esta modificação na rede cristalina origina bandas de energia que diferem em vários aspectos do sistema original sem qualquer deformação. As mudanças no espectro dependem do deslocamento entre linhas adjacentes da fita, bem como do parâmetro de “hopping” modificado. Mostra-se também que este cisalhamento simples modifica as propriedades eletrônicas de ambos os sistemas, fitas de grafeno e grafeno, abrindo e fechando gaps de energia para diferentes deslocamentos do sistema. A densidade de estados modificada também é mostrada. Por fim, o modelo contínuo é utilizado a fim de investigar o espectro electrônico de três camadas de grafeno acopladas (tricamada de grafeno), na presença de um campo magnético externo. Nesse contexto, obtemos expressões analíticas para os nveis de Landau para ambos os tipos de empilhamento: Bernal (ABA) e romboédrico (ABC), verificando-se uma forte dependência dos níveis de energia com o tipo de empilhamento. Embora o espectro de Landau para tricamadas ABA seja uma sobreposição dos espectros de uma monocamada e de uma bicamada, tricamadas com empilhamento ABC apresentam uma dispersão do tipo B3/2 com o campo magnético. Foi mostrado que uma assimetria entre as camadas, que pode ser introduzida por um potencial externo, pode influenciar fortemente as propriedades do sistema. Além disso, as energias de ressonância cíclotron, assim como forças de oscilador correspondentes, e o espectro de absorção para tricamadas de grafeno são calculadas para ambos os tipos de empilhamento. Verificou-se que um potencial de porta aplicado através das camadas leva a (1) uma redução das energias de transição, (2) um levantamento da degenerescência do nível de Landau n=0, e (3) a quebra de simetria entre elétrons e buracos.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Nos Ãltimos anos o grafeno tem se mostrado um interessante objeto de investigaÃÃo para cientistas ao redor do mundo, tanto pelas suas caracterÃsticas peculiares bem como suas propriedades eletrÃnicas. Muitas pesquisas jà foram realizadas com o intuito de desvendar esse ainda recÃm descoberto alÃtropo do carbono, jà tendo rendido um prÃmio Nobel em 2010. Aqui serÃo abordadas algumas dessas caracterÃsticas do grafeno focando em suas propriedades estruturais de rede e tambÃm suas propriedades eletrÃnicas. Serà estudada a interaÃÃo dos fÃrmions de Dirac, partÃculas relativÃsticas sem massa, sob a aÃÃo de um campo magnÃtico externo em uma e duas camadas de grafeno, com base na teoria de Dirac para baixas energias e no modelo de aproximaÃÃo tight-binding, comprovando equivalÃncia entre os dois modelos. Escrevendo o Hamiltoniano para uma folha de grafeno configura-se um problema de autovalor, sendo possÃvel obter a dispersÃo das bandas de energias do material e os chamados nÃveis de Landau, estes Ãltimos originados pela preseÃa de um campo magnÃtico perpendicular ao plano de interaÃÃo. Em seguida esses mesmos passos serÃo realizados para o sistema de bicamada. Em adiÃÃo, serÃo apresentados aqui os efeitos de um campo magnÃtico dependente da posiÃÃo, a fim de serem escritos os nÃveis de Landau. Este trabalho irà demonstrar assim, que um dos fatores que fazem o grafeno tÃo atrativo para pesquisa à justamente a interaÃÃo de partÃculas neste material.