Made available in DSpace on 2018-09-11T12:26:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_12550_Tese Final Alan Johnny Romanel Ambrozio - ppgfIS.pdf: 15542684 bytes, checksum: 605b88acd41ecf257ba65d1fe7ecbb43 (MD5) Previous issue date: 2018-07-13 / Neste trabalho, os parâmetros espectrais de RMN de 13C foram calculados para materiais carbonosos ordenados e desordenados através de simulações computacionais. A blindagem magnética em RMN de 13C foi calculada em uma monocamada de grafeno usando a teoria do funcional da densidade (DFT) e o método GIPAW (gauge including projector augmented plane wave). Após realizar os testes de convergência envolvendo a variação do número de pontos k e do tamanho da supercélula, os cálculos foram então estendidos a sistemas contendo mais de uma folha de grafeno, incluindo a bicamada de grafeno e o grafite hexagonal. Com respeito aos materiais carbonosos desordenados, os deslocamentos químicos de RMN de 13C correspondendo a diferentes sítios em modelos atomísticos de carbonos amorfos hidrogenados também foram calculados para diferentes quantidades de H através do emprego dinâmica molecular e métodos de primeiros princípios. Os modelos foram validados através das funções de distribuição de pares e as frações de átomos de carbono sp3 e sp2 foram determinadas através da análise das ligações do átomo de carbono nas estruturas. Especificamente, os resultados obtidos permitiram distinguir os deslocamentos químicos associados com diversos tipos de sítios de carbono, com diferentes estados de hibridização e ligados ou não com átomos de hidrogênios. Os resultados dos cálculos mostraram bom acordo com espectros experimentais de RMN de 13 de diferentes tipos de materiais carbonosos, evidenciando o poder de cálculos DFT na previsão de parâmetros de RMN em materiais baseados no grafeno e para identificar características estruturais locais de materiais carbonosos desordenados.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-07-10T12:41:41Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 5721265 bytes, checksum: bf0ae9188b744f67d47948995f8c9cb7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-10T12:41:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 5721265 bytes, checksum: bf0ae9188b744f67d47948995f8c9cb7 (MD5) Previous issue date: 2018-03-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Desde a síntese do grafeno em 2004, materiais bidimensionais têm atraído a atenção da comunidade científica e têm sido apontados como promessas para aplicações tecnológicas em diversas áreas. Neste trabalho, aplicamos diferentes métodos teóricos para investigar propriedades estruturais de dobras/bordas e furos de materiais bidimensionais. Desenvolvemos modelos elásticos capazes de descrever a resposta de dobras e bordas de materiais bidimensionais à deformação mecânica. O ajuste do modelo aos dados experimentais permite determinar a energia de coesão entre camadas de materiais bidimensionais (que é um desafio do ponto de vista teórico e experimental) e a dependência da rigidez flexural em função do número de camadas do material. Aplicamos métodos de primeiros princípios baseados na teoria do funcional da densidade e investigamos as propriedades estruturais de furos em grafeno, nitreto de boro hexagonal e em estruturas híbridas destes dois materiais. Mais especificamente, fizemos: (i) a comparação da estabilidade energética de furos em grafeno e nitreto de boro (observando que furos em nitreto de boro são mais estáveis que em grafeno); (ii) a investigação da dependência da energia de formação com o tamanho e forma dos furos (observando que a energia de formação tem uma dependência linear com o perímetro dos furos); (iii) a investigação da energia de formação de grafeno dopado com nitreto de boro hexagonal em grafeno furado (explicando a diminuição linear da energia de formação da monocamada dopada em relação a energia de formação a partir do grafeno perfeito usando um modelo de ligação); e (iv) a investigação dos efeitos de passivação/dopagem de bordas de furos em grafeno por N, B, BN e C- H (observando que a tetravacância dopada com N é mais estável que a tetravacância nativa em grafeno, que a estabilidade da tetravacância é aumentada pela adição de N quaternários e que furos terminados em N são mais estáveis que os passivados com H). Desenvolvemos um modelo de ligação capaz de reproduzir com boa concordância a energia total obtida por cálculos de primeiros princípios em furos em grafeno e nitreto de boro. Este modelo requer uma fração extremamente pequena do tempo requerido para a obtenção da energia via cálculos de primeiros princípios, o que possibilita a investigação da estrutura de furos em uma rede hexagonal usando métodos de Monte-Carlo. / Since the synthesis of graphene in 2004, two-dimensional materials have attracted the attention of the scientific community and have been singled out as promises for technological applications in many areas. In this work, we apply different theoretical methods to investigate structural properties of folds/edges and holes of two-dimensional materials. We developed elastic models capable of describing the response of folds and edges of two-dimensional materials to mechanical deformation. Such models agree quantitatively with results of molecular dynamics and with results obtained by our experimental collaborators through scanning probe microscopy for talc and graphene. The adjustment of the model to the experimental data allows to determine the cohesion energy between layers of two-dimensional materials (which is a challenge from a theoretical and experimental point of view) and the dependence of flexural stiffness as a function of the number of layers of the material. Applying first principles methods based on density functional theory we investigated the structural properties of holes in graphene, hexagonal boron nitride and in hybrid structures of these two materials. More specifically, we have done: (i) comparing the energy stability of holes in graphene and boron nitride (noting that holes in boron nitride are more stable than in graphene); (ii) investigation of the energy dependence of formation with the size and shape of the holes (noting that the formation energy has a linear dependence with the perimeter of the holes); (iii) the investigation of energetic conversion of graphene doped with hexagonal boron nitride into bored graphene (explaining the linear decrease of the conversion energy with respect to formation from the perfect graphene using a bonding model); and (iV) investigating the passivation/doping effects of graphene borehole edges by N, B, BN, and CH (noting that N-doped tetravacavity is more stable than native graphene Stability of the tetra-vacancy is increased by the addition of quaternary N and that N-terminated holes are more table than those with H). We have developed a bonding model capable of reproducing with good agreement the total energy obtained by calculations of first principles in holes in graphene and boron nitride. This model requires an extremely small fraction of the time required to obtain the energy through first principles calculations, which makes it possible to investigate the structure of holes in a hexagonal lattice using Monte Carlo methods.

Made available in DSpace on 2018-08-01T22:29:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_8254_Dissertação Everson Souza -mestrado.pdf: 28342943 bytes, checksum: 624a7fea535603211d8475809590baa3 (MD5) Previous issue date: 2014-09-30 / Neste trabalho, a estabilidade energética, propriedades eletrônicas e estruturais de camadas de grafeno adsorvidas em superfície Cu(111) foram examinadas através de cálculos de primeiros princípios baseados na teoria do funcional da densidade (DFT). Nós examinamos a adsorção em superfície Cu(111) de (i) monocamada de grafeno sem defeitos (G) e bicamada de grafeno sem defeitos (BLG), (ii) bicamada de grafeno com defeito substitucional de átomo de Co. Em (i) foram consideradas três diferentes possíveis configurações para formação das interfaces. A partir de nossos resultados foi encontrado que a formação das interfaces G/Cu(111) e BLG/Cu(111) são processos exotérmicos, com energia de adsorção de 35,3 meV/Å2 e 39,2 meV/Å2 para as configurações mais estáveis, respectivamente. Além disso, nós encontramos para bicamada de grafeno em Cu(111) uma distância de equilíbrio entre o metal e a camada de grafeno interfacial de 2,89 Å, idêntico ao valor para monocamada. Assim, estes resultados indicam que a adsorção de G e BLG em Cu(111) é guiada por uma adsorção física. Além disso, a formação das interfaces G/Cu(111) e BLG/Cu(111) dá origem a flutuações de densidade de carga e a monocamada e bicamada de grafeno em Cu(111) são n-dopadas. Conforme verificado por análise de Bader, existe uma transferência de carga da superfície de cobre para G e para BLG de 0,0062 e/Å2 e 0,0058 e/Å2, respectivamente. Em (ii) estudou-se inicialmente defeitos substitucionais de átomos de Co na camada superior da BLG em dois sítios atômicos diferentes (sistemas BLG-Coα e BLG-Coβ), sem a presença do substrato de metal. Neste caso, nossos resultados tem indicado que existe um momento magnético total não-nulo nos sistemas BLG-Coα e BLG-Coβ. Em seguida, considerando a adsorção do sistema BLG-Coβ na superfície Cu(111), nós encontramos que a formação da interface BLG-Coβ/Cu(111) é um processo exotérmico, com energia de adsorção de 40,1 meV/Å2. Apesar de não existir ligação química na interface grafeno-metal ou aumento significativo da energia de adsorção, o momento magnético total do sistema BLG-Coβ é extinto quando adsorvido no substrato de cobre, devido principalmente à transferência de carga do Cu(111) para BLG-Coβ .

Made available in DSpace on 2018-08-01T22:29:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_8916_Dissertação Moacir Cézar.pdf: 11454685 bytes, checksum: d1e7703b13b2f4b4e041b4d6cd4ef056 (MD5) Previous issue date: 2015-04-30 / Neste trabalho foram utilizados cálculos de primeiros princípios baseado na Teoria do Funcional Densidade (DFT) para investigar a formação de interfaces de monocamada de grafeno (G) e bicamada de grafeno (BLG) com óxido de háfnio amorfo (a-HfO2). Defeitos de vacâncias de Carbono (VC) e defeito de vacância de Oxigênio (VO) também foram considerados nas folhas de grafeno e na superfície do a-HfO2, respectivamente. Mais especificamente, foram explorados diferentes interfaces, a citar: (i) G(VC)/a-HfO2, (ii) G(VC)/a-HfO2(VO) e (iii) BLG(VC)/a-HfO2. Do ponto de vista de estabilidade energética, os resultados obtidos mostraram que a formação das interfaces são um processo exotérmico, nos casos (i) e (iii) regidos pela interação de van derWaals. Entretanto, para a interface (ii) verificou-se uma energia de interação duas vezes maior que as anteriores, além do surgimento de ligações químicas entre Hf-C na região da interface. Do ponto de vista estrutural, após a formação das interfaces surge uma corrugação nas folhas grafênicas e a distância média de equilíbrio entre a folha de grafeno interfacial e o substrato foi de 3,0 Å em ambos os casos. Além disso, determinou-se que o estado fundamental do sistema é magnético para as interfaces (i) e (iii) e não magnético para a interface (ii). Assim, os resultados indicam que as propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas das folhas de grafeno são sensíveis a presença do substrato de a-HfO2.

Made available in DSpace on 2018-09-11T12:26:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_12550_Tese Final Alan Johnny Romanel Ambrozio - ppgfIS.pdf: 15542684 bytes, checksum: 605b88acd41ecf257ba65d1fe7ecbb43 (MD5) Previous issue date: 2018-07-13 / Neste trabalho, os parâmetros espectrais de RMN de 13C foram calculados para materiais carbonosos ordenados e desordenados através de simulações computacionais. A blindagem magnética em RMN de 13C foi calculada em uma monocamada de grafeno usando a teoria do funcional da densidade (DFT) e o método GIPAW (gauge including projector augmented plane wave). Após realizar os testes de convergência envolvendo a variação do número de pontos k e do tamanho da supercélula, os cálculos foram então estendidos a sistemas contendo mais de uma folha de grafeno, incluindo a bicamada de grafeno e o grafite hexagonal. Com respeito aos materiais carbonosos desordenados, os deslocamentos químicos de RMN de 13C correspondendo a diferentes sítios em modelos atomísticos de carbonos amorfos hidrogenados também foram calculados para diferentes quantidades de H através do emprego dinâmica molecular e métodos de primeiros princípios. Os modelos foram validados através das funções de distribuição de pares e as frações de átomos de carbono sp3 e sp2 foram determinadas através da análise das ligações do átomo de carbono nas estruturas. Especificamente, os resultados obtidos permitiram distinguir os deslocamentos químicos associados com diversos tipos de sítios de carbono, com diferentes estados de hibridização e ligados ou não com átomos de hidrogênios. Os resultados dos cálculos mostraram bom acordo com espectros experimentais de RMN de 13 de diferentes tipos de materiais carbonosos, evidenciando o poder de cálculos DFT na previsão de parâmetros de RMN em materiais baseados no grafeno e para identificar características estruturais locais de materiais carbonosos desordenados.

No presente trabalho, mostramos um estudo sobre o grafeno (monocamada e bicamada) quando este encontra-se dopado com Ãtomos pertencentes ao grupo dos metais alcalinos e ao grupo dos halogÃnios. A transferÃncia de cargas e a energia de interaÃÃo entre o Ãtomo dopante e o grafeno foram calculados a partir da Teoria do Funcional da densidade (DFT) utilizando o cÃdigo SIESTA. AlÃm disso, analisou-se o efeito dessa interaÃÃo na estrutura eletrÃnica do grafeno, focando principalmente em uma possÃvel transiÃÃo metal-isolante. Tanto a monocamada como a bicamada de grafeno foram dopadas com os Ãtomos de lÃtio (Li), sÃdio (Na), potÃssio (K), dentre os metais alcalinos; e cloro (Cl) e iodo (I), dentre os halogÃnios. AlÃm disso, no caso da bicamada de grafeno, foi feito um estudo no qual dois Ãtomos dopantes (Li e Cl) atuam sobre a mesma. No caso da monocamada de grafeno, nenhum dos Ãtomos dopantes foi capaz de abrir um gap de energia. Sugerindo que esses Ãtomos trocam cargas com o grafeno sem modificar a estrutura de hibridizaÃÃo do carbono. No caso da bicamada de grafeno, a interaÃÃo com qualquer dos Ãons à suficiente para dar origem a um gap de energia. No entanto a tranferÃncia de cargas muda a energia de Fermi, de modo a manter uma quantidade relevante de cargas livres. A exceÃÃo à no caso em que a bicamada sofre a aÃÃo de dois Ãtomos dopantes, situaÃÃo na qual a energia de Fermi se manteve no meio do gap, garantindo a natureza semicondutora a esse sistema.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico

Submitted by Biblioteca do Instituto de Física (bif@ndc.uff.br) on 2017-03-16T19:07:51Z No. of bitstreams: 1 tese.pdf: 3186822 bytes, checksum: 17977ce99830b64cd6823b010df0d542 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-16T19:07:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese.pdf: 3186822 bytes, checksum: 17977ce99830b64cd6823b010df0d542 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apresentamos estudos feitos para sistemas com N férmions interagentes sobre uma superfície cilíndrica. Usamos modelos efetivos não relativísticos e relativísticos baseados em teoria de campos para investigar, do ponto de vista de uma aproximação de campo médio, as energias de tais sistemas. Usamos interações de contato para descrever sua dinâmica. Este fato permite que se obtenha grande parte dos resultados dos modelos de forma analítica. A parametrização é feita para reproduzir experimentalmente a função trabalho experimental do grafeno e se presta à obtenção das funções trabalho de nanotubos de carbono assim como também calcular a abertura de gaps em nanofitas de carbono. Nossos resultados para abertura de gaps em nanofitas de carbono - GNRs são comparados com dados experimentais da literatura, assim como também com resultados obtidos através de métodos teóricos baseados no funcional densidade (DFT). Nosso modelo apresenta bons resultados para nanofitas com larguras acima de 10 nm, mostrando-se como uma opção simples baseada em interação efetiva. No final é apresentado um estudo preliminar e prospectivo que pretende estender os modelos mencionados para temperatura finita. / Some properties of an interacting N-fermion system on a cylindrical surface focusing in the quantum mechanical size effects of the ground-state observables are presented. The nonrelativistic as well as the relativistic approaches we use are based on field theory in which point-coupling fermionic fields gives the dynamics of the system. This effective zero-range two-fermion interaction allows an analytical Hartree-Fock approach. The parametrization is done in order to reproduce experimentally the graphene work function. The models are extended to describe carbon nanotube work functions as well as, in the relativistic case, the dynamical gap generation in graphene nanoribbons. Our results are compared with experimental data and with theoretical results obtained from sophisticated density functional calculations as well. Finally we present a preliminar and prospective study which intends to extend the previous models to finite temperature.

Submitted by Biblioteca do Instituto de Física (bif@ndc.uff.br) on 2017-03-27T20:32:00Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacaoBruno.pdf: 5566949 bytes, checksum: 1e1f5772bfc6a49b733fadfe610fee70 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-27T20:32:00Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacaoBruno.pdf: 5566949 bytes, checksum: 1e1f5772bfc6a49b733fadfe610fee70 (MD5) / Existe um grande interesse por mecanismos que permitam a abertura e o controle de gaps na estrutura de bandas do grafeno, pois essa característica é fundamental para aplicações deste material na eletrônica. Diversas maneiras de se alcan car este objetivo já foram propostas, por em, em muitos casos, problemas relacionados com a presença de desordens como impurezas e defeitos de bordas (caso das nanofitas de grafeno) prejudicam seriamente a mobilidade eletrônica no grafeno. Mecanismos que não introduzam estes tipos de problema na estrutura de bandas do grafeno, como deformações no plano e também corrugações na folha de grafeno tem atraído forte atenção dos pesquisadores. Tais propostas são denominadas "band gap engineering" e/ou "strain engineering". Nosso estudo analisa criticamente como se modifica a estrutura de bandas na presen ca de um campo de deformações e também na presença de ondulações. Para isso, calculamos a estrutura de bandas de folhas de grafeno onduladas usando o modelo de ligações fortes, o limite contínuo de baixas energias (hamiltoniano de Dirac) e comparamos com resultados de c alculos de primeiros princípios (density functional theory, DFT). Os cálculos foram feitos para ondulações de comprimentos de onda longo e curto, sendo que, para as primeiras foram ainda estudadas as situações com e sem relaxação in-plane dos átomos na célula unitária. Além disso calculamos a estrutura de bandas de folhas de grafeno submetidas a uma deformação no plano da folha. Concluímos que para deformações suaves e no plano da folha o modelo de ligações fortes reproduz com grande precisão os resultados de DFT, enquanto que a teoria de perturbação usando o limite contínuo (hamiltoniano de Dirac) funciona apenas qualitativamente. Para deformações com grandes curvaturas o modelo de ligações fortes deixa de ser eficiente. / There is a great interest in nding methods that allow for opening and tuning gaps in the band structure of graphene, since this is a fundamental feature for applications of graphene in electronics. Several attempts of achieving this goal have already been proposed in the literature. However in most of the proposals problems appear due to the presence of disorder, such as impurities, edge roughness (as is the case of graphene nanoribbons) that seriously a ect the electronic mobility in graphene. Mechanisms that not introduce these kind of problems in the band structure of graphene such as in plane deformations and corrugations in the graphene sheet, have attracted great attention. Such suggestions are called band gap and/or strain engineering. Our study critically analyzes how the band structure changes in the presence of a deformation eld and in the presence of ripples. For this purpose, we calculate the band structure of rippled graphene sheets using the tight-binding model, its low energy continuum limit (Dirac hamiltonian) and compare with DFT results. We analyze two regimes: long and short wavelength ripples. For the former we study the cases with and without in-plane relaxation of the atoms in the unit cell. Besides, we study graphene sheets with only in-plane deformations. We conclude that for smooth deformations (with small curvatures) the tight-binding approximation reproduces with great accuracy the DFT results, while the low energy efective Hamiltonian gives only good qualitative results. For strong deformations (large curvatures) the tightbinding approach is no longer eficient.

Las espumas de nanocompuestos poliméricos tienen un gran interés tanto en áreas tecnológicas como científicas. Esto es debido a la combinación de las excelentes propiedades de las nanopartículas y la tecnología de espumado, dando lugar al desarrollo de materiales ligeros y multifuncionales. Este tipo de sistemas se utilizan en aplicaciones de alto rendimiento tan diversas como biomedicina, electrónica, paneles estructurales y embalajes, entre otras. Esta Tesis está basada en el desarrollo de espumas de nanocompuestos de poliuretano flexibles y rígidas con interesantes propiedades físicas. La parte inicial de este trabajo está enfocada en la síntesis y funcionalización de nanopartículas de carbono (nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNTs), MWCNTs funcionalizados y láminas de grafeno funcionalizadas (FGS)) para poder determinar cuál es la mejor carga para obtener las propiedades deseadas en las espumas de nanocompuestos. Sin embargo, este trabajo no se centra únicamente en el efecto de las nanocargas en las propiedades físicas, sino también en el proceso de polimerización y espumado, debido a que este tipo de nanopartículas tienen una fuerte influencia en las características finales de las espumas de poliuretano. Finalmente, los materiales desarrollados se caracterizaron térmica, mecánica y eléctricamente con el fin de confirmar el efecto de las nanopartículas de carbono en las espumas de poliuretano. / Bernal Ortega, MDM. (2012). Estudio de Nanocompuestos de Espumas de Poliuretano Reforzadas con Nanocargas en Base Carbono [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/15916 / Palancia