Neste trabalho, foram obtidos compósitos poliméricos de Óxido de Grafite (GO) incorporado em Poli(metaclilato de metila) (PMMA). A obtenção do Óxido de Grafite foi realizada por dois diferentes métodos: método de Hummers modificado e método de Staudenmaier. Em seguida, foi ainda adicionada uma etapa secundária de tratamento térmico à 1000 ºC nos GOs obtidos a fim de expandir as lamelas de grafite e remover os grupos funcionais aderidos durante o ataque ácido do grafite. As cargas obtidas foram caracterizadas com o auxílio das técnicas de Difração de Raios-X (DRX), Espectroscopia Raman, Espectroscopia Vibracional no Infravermelho (FTIR), Análise Termogravimétrica (TGA), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e Microscopia de Força Atômica (AFM), constatando a formação do Óxido de Grafite por ambos os métodos, e ainda a expansão das folhas após o tratamento térmico. O estudo comparativo dos compósitos de matriz polimérica com 1, 3 e 5 % de concentração de GO antes do tratamento térmico e 1 e 3 % após o tratamento térmico foi realizado com o objetivo de entender a contribuição nas propriedades reológicas do polímero com a adição da carga de GO. Os compósitos poliméricos foram obtidos através de um misturador interno, variando-se o método de adição da carga na matriz polimérica via solvente ou via moinho - para estudar a melhor dispersão da carga na matriz. Os compósitos PMMA/GO foram caracterizados por Cromatografia de Permeação em Gel (GPC), Análise Termogravimétrica (TGA), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET); e por ensaios reológicos de Varredura de Deformação, Varredura de Tempo, e Cisalhamento Oscilatório de Pequenas Amplitudes (COPA). Os resultados reológicos apresentaram um aumento da viscosidade complexa tanto na Varredura de Tempo, quanto no COPA. De acordo com a metodologia adotada, ainda não foi possível verificar o aumento crescente da viscosidade complexa a baixas frequências. Este aumento de viscosidade indicaria que o Óxido de Grafite formou uma rede tridimensional, cuja percolação impede que as cadeias poliméricas relaxem completamente. / In this study, composites of graphite oxide (GO) in poly(methyl methacrylate) (PMMA) were obtained. Obtaining of graphite oxide was performed by two potential methods by literature: modified Hummers method and Staudenmaier method; Then, a secondary GOs obtained heat treatment step - at 1000° C - was added in order to expand the graphite flakes and remove functional groups attached during the acid attack of graphite. The reinforcement obtained by both methods were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Raman Spectroscopy, Infra Red Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM) and Atomic Force Microscopy (AFM), confirming the formation of Graphite Oxide by both methods, and also the expansion of the leaves after the heat treatment. Then, a comparative study of the polymer matrix composites with 1, 3 and 5 % concentration of oxides graphite before the heat treatment and 1 and 3 % after the heat treatment was performed in order to understand the contribution to the rheological properties of the polymer with the addition of GO reinforcement. The composites were obtained by internal mixer, varying the load adding method in the polymeric matrix - via mill and via solvent - to study the best dispersion of GO in the matrix. The samples were characterized by Gel Permeation Ghromatography (GPC), Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM); and rheological measurements of Deformation Scan, Time Sweep, and Small Amplitude Oscillatory Shear (SAOS). The rheological results showed an increase in complex viscosity at both Time Sweep, as in SAOS. However, it was not possible to verify the increase of complex viscosity at low frequencies, that would indicate that graphite oxide form a three-dimensional arrangement, which prevents the percolation of the polymer chains, letting them to relax completely.

Submitted by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-06-30T18:19:34Z No. of bitstreams: 1 DIS_JESSICA_CAVALHEIRO_SOARES_PARCIAL.pdf: 613600 bytes, checksum: 2e577069eeb48be6afd6a79bac3f8992 (MD5) / Approved for entry into archive by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-06-30T18:19:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DIS_JESSICA_CAVALHEIRO_SOARES_PARCIAL.pdf: 613600 bytes, checksum: 2e577069eeb48be6afd6a79bac3f8992 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-30T18:19:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DIS_JESSICA_CAVALHEIRO_SOARES_PARCIAL.pdf: 613600 bytes, checksum: 2e577069eeb48be6afd6a79bac3f8992 (MD5) Previous issue date: 2017-02-21 / Recent studies have shown several applications of graphene oxide (GO) in neurology in the imaging area as a contrast agent for diagnostic purposes, for drug delivery of anticarcinogenic drugs, proteins and peptides and in the field of tissue engineering for applications in the regeneration of nervous lesions. Advances in GO applications research in neurology require addressing its potential toxic mechanisms of action. Zebrafish (Danio rerio) has been widely used in neurotoxicological trials due to the homology of biochemical processes and neural structures with vertebrates. To investigate the potential neurotoxic effects of GO exposure in different concentrations at development period, we evaluated in vivo parameters for initial toxicological screening. We found that GO did not induce changes in survival, hatching and spontaneous movement. However, an increase in heart rate at 48 hpf was found and a reduction in body length without altering the ocular area at 5 dpf. Additionally, molecular gene expression analyses of nervous system-related proteins were performed, showing synapsin IIa expression is increased and dopamine transporter (dat) gene expression is reduced, suggesting a potential compensatory mechanism. The evaluation of the locomotion behavior of animals exposed at GO showed an increase in the absolute turn angle. Based on these initial parameters, we performed biochemical analyzes to determination of the enzyme acetylcholinesterase (AChE) activity and dopamine levels. The exposure at GO did not change AChE activity and decreased dopamine levels. Additionally, the gene expression of B cell lymphoma 2 (bcl2) gene and caspase 3 (casp3) gene were evaluated for the group of larvae exposed to GO, demonstrating an increase of bcl2 and unchanged casp3 expression, suggesting no apoptosis involvement. The tissue and cellular structure of zebrafish larvae brain exposed at GO was evaluated by transmission electron microscopy (TEM) and cell dead by autophagosome formation with loss of cellular architecture was observed most likely due to exposure to the nanomaterial. Further studies are necessary to the complete understanding of the neurological changes observed in zebrafish by exposure to GO and the mechanisms involved in this process, are necessary. / Estudos recentes t?m mostrado diversas aplica??es do ?xido de grafeno (GO) como agente de contraste para fins de diagn?stico, para o endere?amento de drogas (do ingl?s drug delivery) de f?rmacos anticarcinog?nicos, prote?nas e pept?deos e na ?rea de engenharia tecidual para aplica??es na regenera??o de les?es nervosas. O avan?o em pesquisas relacionadas a aplica??es do GO em neurologia exige a investiga??o dos mecanismos de a??o potencialmente t?xicos desencadeados pela exposi??o ao nanomaterial. O zebrafish (Danio rerio) tem sido amplamente utilizado em ensaios neurotoxicol?gicos devido ? homologia de processos bioqu?micos e estruturas neurais com outros vertebrados, vis?veis desde o in?cio de seu desenvolvimento externo. Para investigar os efeitos neurot?xicos da exposi??o a diferentes concentra??es do GO no per?odo de desenvolvimento, foram avaliados diversos par?metros in vivo para avalia??o toxicol?gica preliminar. Foi verificado que o GO n?o induziu altera??es na sobreviv?ncia, eclos?o e movimentos espont?neos. Contudo, o aumento dos batimentos card?acos em 48 hpf foi constatado e redu??o do tamanho do eixo axial, sem altera??o na ?rea ocular em 5 dpf. Adicionalmente, an?lises moleculares da express?o de genes espec?ficos para prote?nas do sistema nervoso foram realizadas mostrando que o GO aumenta a express?o de sinapsina IIa e reduz a express?o do transportador de dopamina (dat), sugerindo um prov?vel mecanismo compensat?rio. A avalia??o da locomo??o dos animais expostos ao GO mostra o aumento do ?ngulo absoluto de virada. Com base nestes par?metros iniciais, foram realizadas an?lises bioqu?micas para a determina??o da atividade da enzima acetilcolinesterase (AChE) e dosagem dos n?veis de dopamina. A exposi??o ao GO n?o alterou a atividade da AChE e reduziu os n?veis de dopamina. Adicionalmente, a express?o do gene de linfoma de c?lulas B2 (do ingl?s B cell lymphoma 2 (bcl2) ) e do gene que codifica para caspase 3 (casp3) foram avaliadas para o grupo de larvas expostas ao GO onde foi mostrado aumento da express?o de bcl2, enquanto que a express?o de casp3 permaneceu inalterada, sugerindo que o GO parece n?o induzir mecanismo de apoptose. A estrutura tecidual e celular do c?rebro de larvas de zebrafish expostas ao GO foi avaliada por microscopia eletr?nica de transmiss?o (TEM) onde morte celular por necrose com perda da arquitetura celular foi constatada. Estudos adicionais para o completo entendimento das altera??es neurol?gicas observadas pela exposi??o ao GO e dos mecanismos envolvidos nesse processo s?o necess?rios.

O grafeno é um material que apresenta propriedades físicas e químicas superiores aos materiais tradicionalmente utilizados na fabricação de diferentes dispositivos. Porém, para substituir tais materiais, é imprescindível o conhecimento e controle de processos de adsorção e incorporação de diferentes compostos na superfície do grafeno, crescido ou transferido, sobre diferentes substratos. A investigação da síntese e caracterização de filmes de grafeno com a finalidade de controlar as propriedades físico-químicas e elétricas é um esforço da comunidade científica atualmente. Nesse trabalho, tivemos o objetivo de investigar o processamento térmico do grafeno em vapor de água e em óxido nítrico e sua síntese pela técnica de MBE, caracterizando as estruturas resultantes através de técnicas de análise por feixes de íons, espectroscopia de fotoelétrons e espectroscopia Raman. No caso do processamento em vapor de água, as amostras foram submetidas a tratamentos térmicos em ampla faixa de temperatura (200-1000°C), sendo possível distinguir três diferentes regimes de interação do grafeno com a água. A baixas temperaturas de processamento (200-400°C), nenhuma modificação considerável é observada. Na faixa entre 400-500°C, a estrutura plana do grafeno é corrugada para acomodar os novos grupamentos funcionais formados. A partir de 600°C, os domínios cristalinos diminuem e observa-se alto nível de dopagem oxidativa. Já no processamento em NO, evidenciou- se a introdução de N na rede cristalina e etching do grafeno em altas temperaturas. Quanto ao crescimento de grafeno sobre substratos de Si3N4 e AlN(0001) por MBE, este trabalho mostrou a viabilidade de se obter filmes de nanografeno com uma taxa de crescimento de 1 monocamada por minuto, onde a qualidade cristalina do filme formado e a espessura dependem do tempo de crescimento. / Graphene is a material which presents physical and chemical properties superior than the materials traditionally used in different devices. In order to use graphene rather than those materials, it is necessary to understand and control the adsorption process and incorporation of different compounds on graphene, grown or transferred, on different substrates. The scientific community has made efforts to control the physicochemical and electrical properties of graphene films. The objective of thesis is to investigate the physicochemical modifications of graphene induced by annealing in water vapor and nitric oxide and to grow graphene by MBE. Resulting structures were characterized by ion beam analysis, x-ray spectroscopy and Raman spectroscopy. Concerning samples treated in water vapor, annealings were performed at temperatures ranging from 200 to 1000ºC. Results evidence three different regimes with respect to annealing temperature. In the low temperature range (200–400°C), no prominent modification of graphene itself is observed. At higher temperatures (400–500°C), to accommodate newly formed oxygen functionalities, the flat and continuous sp2 bonding network of graphene is disrupted, giving rise to a puckered layer. For 600°C and above, shrinking of graphene domains and a higher doping level take place. Regarding graphene processing in NO, results show N incorporation in graphene crystal network and etching of graphene at higher temperatures. Concerning graphene synthesis on Si3N4 and AlN(0001) by MBE, this work demonstrates the feasibility of growing nanographene with a growth rate of one monolayer per minute. In addition, the crystal quality of the films and their thickness depends on growing time.

Nesta dissertação, estuda-se a reação de carboxilação de metano com CO2 para a produção de ácidos e acetatos. Esses dois gases contribuem para a intensificação do efeito estufa, relacionado aos problemas ambientais enfrentados atualmente. Dessa forma, o aproveitamento dessas fontes para a produção de compostos de alto valor agregado é de grande interesse. Para isso, um catalisador com óxido de zinco suportado em grafeno foi sintetizado e caracterizado a partir de diferentes técnicas, com o objetivo de se avaliar as propriedades morfológicas, texturais e estruturais do catalisador, bem como a sua estabilidade térmica e redutibilidade. O desempenho do catalisador foi avaliado na reação de metano com CO2 e O2 em testes de reação superficial com temperatura programada, com a formação de gases como CO, H2 e H2O, e em testes a partir da técnica de Espectroscopia no Infravermelho, com o estudo da interação dos gases metano e CO2 com o catalisador, assim como dos mecanismos que levam à formação dos gases observados e das evidências que indicam o processo de formação de ácido ou acetatos na superfície do catalisador. / The present study is dedicated to the carboxilation reaction of methane with CO2 for acid and acetates production. These two gases contribute to the intensification of the greenhouse effect, related to the environmental problems currently faced. Thus, the use of these sources for the production of compounds with high added value is of large interest. In this study, a zinc oxide catalyst supported on graphene was synthesized and characterized using different techniques, with the objective of evaluating the morphological, textural and structural properties of the catalyst, as well as its thermal stability and reducibility. The catalyst performance was evaluated in the reaction of methane with CO2 and O2 in tests of the surface reaction at programmed temperature, with the formation of gases such as CO, H2 and H2O, and in tests using Infrared Spectroscopy technique, for the study of the interaction of methane and CO2 with the catalyst, as well as for studying the mechanisms that lead to the formation of the gases observed, and the evidence that indicates the process of formation of acids or acetates on the catalyst surface.

O grafeno é um material bidimensional (2D) com espessura monoatômica, formado por átomos de carbono com hibridização sp2. Ele é a base das estruturas grafíticas, como os fulerenos, os nanotubos de carbono e o grafite, possuindo excepcionais propriedades eletrônicas, térmicas, mecânicas e ópticas. Entre os métodos de obtenção do grafeno, a esfoliação química do grafite em fase líquida é altamente promissora, pois pode ser escalonada, possibilitando a produção de grandes volumes. Além disso, apresenta alta versatilidade em termos de funcionalização química do grafeno e produção de filmes finos para a confecção de compósitos e de eletrodos transparentes e condutores. Desde que as singulares propriedades mecânicas e condutoras das nanoestruturas de carbono estão associadas a espécies individuais isoladas, a dispersão e estabilização de grafenos em diferentes líquidos são de extrema importância em estudos fundamentais e aplicados. Para tal, o potencial atrativo entre as folhas no grafite deve ser balanceado por um potencial repulsivo. Assim, o custo energético das interações grafeno-solvente, que depende fortemente do material de partida e das propriedades dielétricas do meio, precisa ser entendido. Teorias de solubilidade têm sido recentemente aplicadas a nanoestruturas de carbono. Neste estudo, usamos os parâmetros de solubilidade de Hansen para a proposição de solventes e misturas capazes de esfoliar em fase líquida o grafite natural da empresa Nacional de Grafite Ltda.. Utilizando um algoritmo no Matlab baseado nos parâmetros de solubilidade de Hansen, selecionou-se cinco misturas de solventes orgânicos, onde o clorofórmio é um dos componentes. O grafite natural na forma bruta e pré-esfoliada foi esfoliado em dispersões estáveis de grafenos, as quais foram caracterizadas por espectroscopia no UV-Vis e Raman, MET e DLS. As dispersões produzidas nas misturas de menor valor de D0, apesar de apresentarem uma menor concentração de material disperso, apresentaram flakes de tamanho maior e com poucas camadas de grafeno. Já nas misturas com maior valor de D0, observou-se uma maior concentração de material disperso, com grafenos de dimensões maiores e menores, porém com maior número de camadas. / Graphene is a two-dimensional material (2D) composed by a monoatomic thickness sheet of carbon atoms with sp2 hybridization. It is the basis of graphitic structures, such as fullerenes, carbon nanotubes and graphite, possessing exceptional electronic, thermal, mechanical and optical properties. The method of graphene obtention through graphite exfoliation in liquid phase is highly promising because it can be staggered, allowing the production of large quantities. In addition, it presents high versatility in terms of chemical functionalization of graphene and thin films production for the manufacture of composites and transparent and conducting electrodes, respectively. Since natural and mechanical properties of conductive carbon nanostructures are associated with individual isolated species, dispersion and stabilization of graphene in different liquids are of utmost importance in basic and applied studies. For this purpose, the attractive potential between the graphene sheets in the graphite must be balanced by a repulsive potential. Thus, the energy cost of graphene-solvent interactions, which strongly depends on the starting material and the dielectric properties of the medium, needs to be understood. Solubility theories have recently been applied to carbon nanostructures. In this study, we have used the Hansen solubility parameters for proposing solvent mixtures able to exfoliate the natural graphite from the Nacional de Grafite Ltda. company in the liquid phase. Using an algorithm in Matlab based on the Hansen solubility parameters, we have selected five mixtures of organic solvents, where chloroform is one of the components. The natural graphite in raw form and pre-exfoliated was exfoliated in stable dispersions of few-layer graphenes, which were characterized by UV-Vis and Raman spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM) and dynamic light scattering (DLS). Dispersions produced in mixtures of lower value of D0, despite having a lower concentration of dispersed material, showed larger flakes size with few-layers of graphene. Mixtures with a higher value of D0 presented a higher concentration of dispersed material, but particles with smaller dimensions and a greater number of layers.

Este trabalho é dedicado à investigação de diferentes aspectos da física de monocamadas de grafeno suspenso e epitaxial. A descrição do grafeno é baseada no modelo quase-relativístico de Dirac. Isso permite a aplicação dos métodos da Teoria Quântica de Campos (TQC) na investigação dos efeitos de interação entre o grafeno e o campo eletromagnético (EM). Usando o formalismo de integral de trajetória, nós formulamos uma teoria efetiva do campo EM na presença de monocamadas de grafeno. Esta teoria é governada pelo operador de polarização das quase-partículas de Dirac. Dois fenômenos importantes são investigados: as propriedades óticas do grafeno (o efeito Faraday em particular) e a interação de Casimir entre uma camada de grafeno e um metal paralelo. Em primeiro lugar, estudamos a propagação de ondas eletromagnéticas na presença de camadas de grafeno. A dinâmica de ondas é governada pelas equações modificadas de Maxwell obtidas a partir da teoria efetiva para o campo EM. Nós calculamos os coeficientes de reflexão e transmissão de luz polarizada linearmente e investigamos detalhadamente o efeito quântico de Faraday no campo magnético externo. Em particular, mostramos que as previsões do modelo de Dirac estão em boa concordância com os recentes resultados experimentais sobre a transmissão de luz e rotação de Faraday gigante em regime de ressonância cíclotron. Novos regimes também são previstos. Em segundo lugar, investigamos a interação de Casimir entre filmes suspensos de grafeno com um condutor ideal. O efeito é investigado tanto no caso ideal (temperatura nula, amostras ideais) quanto para configurações mais realistas (temperatura não nula e a presença de potencial químico). No caso de temperatura nula, a força de Casimir entre grafeno e condutor ideal é aproximadamente 2.6% da força entre dois condutores ideais. Ao mesmo tempo, no limite de temperatura elevada, o efeito mostra-se ser muito forte cerca de 50% de efeito entre metais ideais. / This research is devoted to investigation of several aspects of the physics of suspended and epitaxial graphene monolayers. The description of graphene is based on the quasi--relativistic Dirac model which permits application of the methods of the Quantum Field Theory to investigation of the interaction of graphene with electromagnetic field. Basing on the path integral formalism we formulate the effective theory for EM field in presence of graphene monolayers which is governed by the polarization operator of the Dirac quasi-particles in graphene. The two main phenomena in the interaction of graphene with electromagnetic field are studied: the optical properties of graphene (the Faraday rotation in particular), and Casimir interaction between graphene samples and parallel metal. First, we study the propagation of electromagnetic waves in presence of suspended and epitaxial graphene layers. Their dynamics is governed by the modified Maxwell equations obtained from the effective theory for EM field. We calculate the reflection and transmission coefficient for linearly polarized light and investigate in detail the quantum Faraday effect in external magnetic field. In particular it is showed that the prediction of the Dirac model are in good agreement with recent experimental results on transmission and giant Faraday rotation in cyclotron resonance. New regimes are also predicted Secondly, we investigate Casimir interaction between suspended graphene films with ideal conductor. The effect is investigated both in the idealistic case (zero temperature, ideal samples) and for realistic configurations (non zero temperature and/or presence of impurities and chemical potential). For zero temperature the Casimir force between graphene and a conductor is about 2.7% of that between two ideal conductors. At the same time in the high temperature limit the effect is showed to be greatly enhanced being about 50% of that between ideal metals.

Submitted by Kelren Mota (kelrenlima@ufpa.br) on 2018-06-18T18:49:09Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_TransporteEletronicoAlotropos.pdf: 1996446 bytes, checksum: b40263acdff52ae761693b071f043c62 (MD5) / Approved for entry into archive by Kelren Mota (kelrenlima@ufpa.br) on 2018-06-18T18:49:29Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_TransporteEletronicoAlotropos.pdf: 1996446 bytes, checksum: b40263acdff52ae761693b071f043c62 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-18T18:49:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_TransporteEletronicoAlotropos.pdf: 1996446 bytes, checksum: b40263acdff52ae761693b071f043c62 (MD5) Previous issue date: 2018-04-20 / Materiais nanoestruturados à base de carbono tornaram-se de grande interesse para a comunidade científica devido às propriedades que estes materiais apresentam na área tecnológica. Entre as mais variadas estruturas derivadas do carbono, o grafeno, uma forma alotrópica do carbono que apresenta estrutura hexagonal bidimensional (2D) formada a partir da hibridação do carbono sp² tem grande destaque com propriedades elétricas, térmicas e ópticas que exibem grandes perspectivas para futuras aplicações tecnológicas. Recentemente, foi proposto teoricamente uma nova forma alotrópica do grafeno, formada por 5-6-7 anéis aromáticos de carbono. Este alótropo 2D com hibridação sp² é energeticamente comparável ao grafeno e mais favorável a outros alótropos de carbono. Neste trabalho, propomos duas estruturas híbridas ou heterojunções formadas por grafeno - phagrapheno - grafeno com bordas ziguezague na extremidade superior e inferior sem (zzG-zzPG-zzG) e com Hidrogênio (zzGNR-zzPGNR-zzGNR) acoplada a eletrodos de grafeno metálico com índices de Hamada (3,3). A heterojunção constituída por Hidrogênio nas extremidades formam nanofitas (ou nanoribbon, NR). Posteriormente, fizemos um estudo das propriedades eletrônicas das heterojunções sem os eletrodos e de transporte eletrônico dos dispositivos com e sem Hidrogênio. Para realizar os cálculos de propriedades eletrônicas e de transporte de elétrons, utilizamos a metodologia DFT e DFT-NEGF no formalismo Landauer-Büttiker, conforme implementado no código SIESTA/TRANSIESTA. Nossos resultados exibem comportamento de isolante topológico forte com gap indireto igual a 0,011eV para zzG-zzPG-zzG em V = 0V e semicondutor de gap indireto igual a 0,025eV para zzGNR-zzPGNR-zzGNR em V = 0V com transição de fase (isolante-metal) para Vmin = -0,5V. Assim, características variadas de dispositivos eletrônicos para as regiões de polarização direta (V > 0) e reversa (V < 0) nas heterojunções são sugeridas como: (i) zzG-zzPG-zzG para V > 0 exibe quatro regiões correspondendo a resistor (I), FET (II), NDR (III) e chaveador (IV) e para V < 0 exibe cinco regiões correspondendo a resistor (I), NDR (II), limitador-chaveador (III), NDR (IV) e limitador-chaveador (V). (ii) zzGNR-zzPGNR-zzGNR para V > 0 exibe característica de FET e para V < 0 exibe uma NDR com comportamento de diodo túnel. / Carbon-based nanostructured materials have become of great interest to the scientific community due to the properties that these materials present in the technological area. Among the most varied structures derived from carbon, graphene, an allotropic form of carbon having a two-dimensional (2D) hexagonal structure formed from the hybridization of sp² carbon, has great prominence with electrical, thermal and optical properties that exhibit great prospects for future applications technological developments. Recently, a new allotropic form of graphene, consisting of 5-6-7 carbon aromatic rings, has been theoretically proposed. This 2D allotrope with sp² hybridization is energetically comparable to graphene and more favorable to other carbon allotropes. In this work, we propose two hybrid structures or heterojunctions formed by graphene - phagraphene - graphene with zigzag edges at the upper and lower end without (zzG - zzPG - zzG) and with Hydrogen (zzGNR - zzPGNR - zzGNR) coupled to metallic graphene Leads of Hamada index (3,3). The heterojunction constituted by Hydrogen at the ends form nanoribbon (NR). Later, we did a study of the electronic properties of the heterojunctions without the electrodes and of electronic transport of the devices with and without Hydrogen. In order to carry out the calculations of electronic and transport properties, we used the DFT and DFT-NEGF methodology in the Landauer-Büttiker formalism, as implemented in the SIESTA/TRANSIESTA code. Our results show a strong topological insulator behavior with an indirect gap of 0.011eV for zzG-zzPG-zzG in V = 0V and an indirect gap semiconductor of 0.025eV for zzGNR-zzPGNR-zzGNR in V = 0V with phase transition (insulation -metal) for Vmin = -0.5V. Thus, various features of electronic devices for regions of direct (V> 0) and reverse (V <0) polarization in heterojunctions are suggested as: (i) zzG-zzPG-zzG for V> 0 shows four regions corresponding to resistor (I), FET (II), NDR (III) and switch (IV), and for V <0 show five regions corresponding to resistor (I), NDR (II), limiter-switch (III), NDR (IV) and limiter-switch (V). (ii) zzGNR-zzPGNR-zzGNR for V> 0 exhibits FET characteristic and for V <0 it exhibits one NDR with tunnel diode behavior.

Orientador: Antonio Riul Júnior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-02T19:37:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jimenez_MawinJavierMartinez_D.pdf: 7578838 bytes, checksum: def5bc65d8270856f55d63211e1e0f09 (MD5) Previous issue date: 2017 / Resumo: Para alcançar alto desempenho em dispositivos e aplicações faz-se necessário uma melhor compreensão do comportamento de materiais a base de grafeno em nanoescala para otimização de design e fabricação. A síntese química é uma excelente rota alternativa para produzir compósitos em nanoestruturas bem definidas de tamanhos semelhantes, garantindo propriedades elétricas reprodutíveis para aplicações confiáveis. O grafeno, na forma de pontos quânticos (QDs, do inglês quantum dots) em dimensão zero e nanofolhas (NPLs, do inglês graphene nanoplateletes) bidimensionais (2D), são materiais emergentes com funcionalidades únicas promissoras para novas aplicações. Neste trabalho apresentamos um estudo detalhado dos mecanismos de transporte em nanoestruturas formadas pela técnica de automontagem por adsorção física (LbL, do inglês Layer-by-Layer) na forma de multicamadas, com controle de espessura em nível molecular. Os filmes LbL foram formados por óxido de grafeno reduzido (rGO) funcionalizado com diferentes polieletrólitos tanto na forma de QDs quanto nanofolhas. As caracterizações elétricas indicaram corrente limitada pela carga espacial em algumas amostras, e em outras arquiteturas moleculares, mecanismo de condução via Poole-Frenkel seguindo a lei de Mott dominada por saltos variáveis. A flexibilidade da técnica LbL aliada à dimensão dos materiais utilizados foram favoravelmente exploradas como um ajuste fino para controle da mobilidade de portadores dentro das nanoestruturas formadas. Foi observado em alguns casos uma condução planar no interior da camada contendo rGOs na estrutura LbL com mobilidade eletrônica efetiva de ~ 35 cm² V^-1 s^-1. Em outros casos um mecanismo de condução 3D (interplanar ao longo de toda nanoestrutura LbL) com mobilidade eletrônica de ~ 151 cm² V^-1 s^-1. Medidas em função da temperatura indicaram alta probabilidade de saltos randômicos entre ilhas condutoras de rGO distribuídas ao longo da camada contendo os pontos quânticos, que contribui para um maior tempo de trânsito dos portadores e, consequentemente, mobilidades menores. O oposto ocorre para as nanofolhas de rGO, que requerem maiores energias de ativação devido ao tamanho e presença de defeitos, resultando em caminhos condutores maiores e com maiores mobilidades / Abstract: To achieve high-performance in devices and applications it is important a better comprehension of the behavior at nanoscale of graphene-based materials to promote a rational design and fabrication. The chemical synthesis is an excellent alternative route to optimize graphene-based composites in well-defined nanostructures of similar sizes, ensuring reproducible electrical properties for reliable applications. Graphene as quantum dots (QDs) and nanoplatelets (NPLs) presents emerging zero- and two-dimensional (2D) materials with promising unique functionalities to novel applications. We present here a detailed study of the charge transport mechanisms in multilayered nanostructures formed by physical adsorption through the layer-by-layer (LbL) technique, with molecular level thickness control. The LbL films were formed by reduced graphene oxides (rGO) functionalized with different polyelectrolytes and processed either as QDs or nanoplatelets. The electrical characterizations indicated a space-charge-limited current (SCLC) in some samples, while in other molecular architectures it was found a Poole-Frenkel conduction mechanism dominated by a Mott-variable range hoping model. The LbL assembly together with the dimensionalty of the materials could be favorably used as a fine tuning to control the charge carrier mobility inside the formed nanostructures. The flexibility of the LbL technique together with the dimensionality of the materials were favorably explored as a fine tuning of the charge carrier mobility inside the nanostructures. It was observed in some cases a 2D intra-planar conduction within the rGO layer in the LbL films, with an effective charge carrier mobility of ~ 35 cm² V-1 s-1, and in other cases a 3D conduction mechanism (interplanar along with the LbL nanostructure) with electronic mobility of ~ 151 cm² V-1 s-1. Temperature measurements indicated a higher probability of random jumps between rGO conducting "islands" distributed along with the plane layer having quantum dots, which contributes for a longer transit time of the carriers and, consequently, lower mobility values. The opposite occurred for the rGO nanoplatelets that required higher activation energy due to size and presence of defects, resulting in larger conductive pathways and higher mobilities / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 1247719 / CAPES / FAPESP

Orientador: Marcos Roberto da Silva Tavares. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Física, 2009.

Orientador: Alexandre Reily Rocha / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2013.