[pt] A integração do grafeno nos dispositivos nanoeletrônicos depende da disponibilidade de processos de deposição de forma direta sobre o substrato. A deposição direta pode fornecer grafeno uniforme, com alta qualidade e em grande área sobre substratos semicondutores como sílicio ou germânio. Nesta tese, foi sintetizado grafeno diretamente sobre germânio dopado tipo p e com uma orientação cristalina (100) empregando a deposição química na fase vapor. Foi estudada a influência da relação de fluxo entre os gases CH4 e H2 no crescimento de grafeno. As técnicas empregadas para verificar a qualidade das amostras e o tipo de crescimento obtido foram a espectroscopia Raman, microscopia de varredura eletrônica, de tunelamento e de força atômica, e a espectroscopia de tunelamento. Determinamos que para as condições empregadas, o crescimento de grafeno sobre germânio é autolimitado, com a deposição de apenas uma única camada, com poucos defeitos na sua rede cristalina e com o nível de Fermi característico de um material com dopagem tipo n. / [en] The integration of graphene into nanoelectronic devices is dependent on the availability of direct deposition processes, which can provide uniform, large-area and high-quality graphene on semiconductor substrates such as Ge or Si. In this dissertation, we synthesized graphene directly on ptype Ge(100) substrates by chemical vapor deposition. The influence of the CH4:H2 flow ratio on the graphene growth was investigated. Raman Spectroscopy, Raman mapping, Scanning Electron Microscopy, Atomic Force Microscopy and Scanning Tunnelling Microscopy/Scanning Tunnelling Spectroscopy were the techniques employed to verify the quality of the samples and the type of growth. We determined that for the conditions employed, the growth of graphene is self-limited, with only a single layer deposition, with few defects in its crystalline lattice and with Fermi level characteristic of a material with doping type n.

[pt] Neste trabalho foi obtido um sensor de gás baseado no grafeno crescido por CVD. Amostras foram transferidas usando o polímero Poliuretano (PU) como camada de sacrifício, sendo confirmada a eficácia do método proposto quando comparado com aqueles existentes na literatura. Foi confirmada a qualidade do filme monocamada transferido mediante o controle dos defeitos gerados durante a transferência e a fabricação do dispositivo. Foram depositados sobre o grafeno contatos na forma de um circuito interdigitado e estudada a mudança da resistência do sensor construído para gases de NO2 e NH3. Espectroscopia Raman foi usada também neste trabalho para investigar o impacto da densidade dos defeitos no filme de grafeno na resposta do sensor de gás. O dispositivo proposto foi capaz de detectar baixas concentrações dos gases alvo testados. / [en] In this work a gas sensor based on graphene grown by CVD was obtained. Samples were transferred using Polyurethane (PU) polymer as the sacrificial layer, and the ecacy of the proposed method was confirmed when compared with those in the literature. The quality of the transferred monolayer film was confirmed by controlling the defects generated during the transfer and fabrication of the device. Contacts were deposited on top of the transferred film in the form of an interdigitated circuit and the sensor s resistance evolution was studied in the presence of NO2 and NH3. Raman spectroscopy was also used to investigate the impact of graphene defects density on the gas sensor response. The proposed device was able to detect low concentrations of the tested target gases.

COSTA, Diego Rabelo da. Transportes e confinamento em monocamada e bicamada de nanoestruturas de grafeno com diferentes bordas, interfaces e potenciais. 2014. 201 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-01T22:18:12Z No. of bitstreams: 1 2014_tese_drcosta.pdf: 54910487 bytes, checksum: 82b386bac8259edaa10f6d5ff314bd42 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-01T22:19:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_tese_drcosta.pdf: 54910487 bytes, checksum: 82b386bac8259edaa10f6d5ff314bd42 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-01T22:19:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_tese_drcosta.pdf: 54910487 bytes, checksum: 82b386bac8259edaa10f6d5ff314bd42 (MD5) Previous issue date: 2014 / Graphene, a two-dimensional lattice of carbon atoms, has been widely studied during the past few years. The interest in this material is not only due to its possible future technological applications, but also because it provides the possibility to probe interesting phenomena predicted by quantum field theories, ranging from Klein tunneling and other quasi-relativistic effects to the existence of new types of electron degrees of freedom, namely, the pseudo-spin, and the existence of two inequivalent electronic valleys in the vicinity of the gapless points of its energy spectrum. Several of the exotic properties observed in graphene originate from the fact that within the low energy approximation for the tight-binding Hamiltonian of graphene, electrons behave as massless Dirac fermions, with a linear energy dispersion. Just like in single layer graphene, the low-energy eletronic spectrum in bilayer graphene is gapless, but in this case it is dominated by the parabolic dispersion. Nevertheless, one interesting feature is shared by both monolayer and bilayer graphene: the valley degree of freedom. In this thesis, we theoretically investigate: (i) the dynamic properties in mono and bilayer graphene, performing a systematic study of wave packet scattering in different interface shapes, edges and potentials; and furthermore (ii) the energy levels of confined systems in graphene in the presence or absence of external magnetic and electric fields. In the first part of the work, we use the tight-binding approach to study the scattering of a Gaussian wave packet on monolayer graphene edges (armchair and zigzag) in the presence of real and pseudo (strain induced) magnetic fields and also calculate the transmission probabilities of a Gaussian wave packet through a quantum point contact defined by electrostatic gates in bilayer graphene. These numerical calculations are based on the solution of the time-dependent Schrödinger equation for the tight-binding model Hamiltonian, using the Split-operator technique. Our theory allows us to investigate scattering in reciprocal space, and depending on the type of graphene edge we observe scattering within the same valley, or between different valleys. In the presence of an external magnetic field, the well known skipping orbits are observed. However, our results demonstrate that in the case of a pseudo-magnetic field, induced by non-uniform strain, the scattering by an armchair edge results in a non-propagating edge state. We propose also a very efficient valley filtering through a quantum point contact system defined by electrostatic gates in bilayer graphene. For the suggested bilayer system, we investigate how to improve the efficiency of the system as a valley filter by varying parameters, such as length, width and amplitude of the applied potential. In the second part of the thesis, we present a systematic study of the energy spectra of graphene quantum rings having different geometries and edge types, in the presence of a perpendicular magnetic field. We discuss which features obtained through a simplified Dirac model can be recovered when the eigenstates of graphene quantum rings are compared with the tight-binding results. Furthermore, we also investigate the confined states in two different hybrid monolayer - bilayer systems, identifying dot-localized states and edge states for the suggested bilayer confinement structures, as well as we will study the behavior of the energy levels as a function of dot size and under an applied external magnetic field. Finally, using the four-band continuum Dirac model, we also derive a general expression for the infinite-mass boundary condition in bilayer graphene in order to apply this boundary condition to calculate analytically the confined states and the corresponding wave functions in a bilayer graphene quantum dot in the absence and presence of a perpendicular magnetic field. Our analytic results exhibit good agreement when compared with the tight-binding ones. / Grafeno, uma rede bidimensional de átomos de carbono, tem sido amplamente estudado durante os últimos anos. O interesse por este material não é apenas devido às suas possíveis aplicações tecnológicas futuras, mas também porque oferece a possibilidade de investigar fenômenos interessantes previstos pelas teorias quânticas de campo, que vão desde o tunelamento de Klein e outros efeitos quasi-relativísticos à existência de novos tipos de graus de liberdade do elétron, ou seja, o pseudo-spin, e a existência de dois vales eletrônicos não-equivalentes na vizinhança dos pontos sem gap do seu espectro de energia. Várias das propriedades exóticas observadas no grafeno originam-se do facto de que dentro da aproximação de baixas energias para o Hamiltoniano tight-binding do grafeno, elétrons se comportam como férmions de Dirac sem massa, com uma dispersão de energia linear. Assim como no caso de uma monocamada de grafeno, o espectro eletrônico de baixas energias para uma bicamada de grafeno é sem gap, mas, neste caso, é dominado pela dispersão parabólica. No entanto, uma característica interessante é compartilhada por ambas monocamada e bicamada de grafeno: o grau de liberdade de vale. Nesta tese, nós investigamos teoricamente: (i) as propriedades dinâmicas em mono e bicamadas de grafeno, realizando um estudo sistemático do espalhamento de pacotes de onda em diferentes formas de interfaces, bordas e potenciais; e, além disso, (ii) os níveis de energia de sistemas confinados no grafeno na presença ou ausência de campos magnéticos e elétricos externos. Na primeira parte do trabalho, nós utilizamos a abordagem tight-binding para estudar o espalhamento de um pacote de onda Gaussiano nas bordas de uma monocamada de grafeno (armchair e zigzag) na presença de campos magnéticos reais e pseudo-magnéticos (induzidos por tensão) e também calculamos as probabilidades de transmissão de um pacote de onda Gaussiano através de um contato de ponto quântico definido por potenciais eletrostáticos em bicamadas de grafeno. Estes cálculos numéricos são baseados na solução da equação de Schrödinger dependente do tempo para o Hamiltoniano do modelo tight-binding, usando a técnica Split-operator. Nossa teoria permite investigar espalhamento no espaço recíproco, e dependendo do tipo de borda do grafeno, nós observamos espalhamento dentro do mesmo vale, ou entre diferentes vales. Na presença de um campo magnético externo, as bem conhecidas órbitas skipping orbits são observadas. No entanto, nossos resultados demonstram que, no caso de um campo pseudo-magnético induzido por uma tensão não-uniforme, o espalhamento por uma borba armchair resulta em um estado de borda não-propagante. Nós também propomos um sistema de filtragem de vales muito eficiente através de um sistema de contato de ponto quântico definido por portas eletrostáticas em uma bicamada de grafeno. Para o sistema de bicamadas sugerido, nós investigamos a forma de melhorar a eficiência do sistema como um filtro de vales por diferentes parâmetros, como comprimento, largura e amplitude do potencial aplicado. Na segunda parte da tese, nós apresentamos um estudo sistemático dos espectros de energia de anéis quânticos de grafeno com diferentes geometrias e tipos de borda, na presença de um campo magnético perpendicular. Nós discutimos quais características obtidas por meio de um modelo simplificado de Dirac podem ser recuperadas quando os auto-estados de anéis quânticos de grafeno são comparados com os resultados do modelo tight-binding. Além disso, nós também investigamos os estados confinados em dois sistemas híbridos diferentes de monocamada - bicamada, identificando estados localizados dentro do ponto e estados de borda para as estruturas de confinamento em bicamadas sugeridas, assim como vamos estudar o comportamento dos níveis de energia em função do tamanho do ponto e sob um campo magnético externo aplicado. Finalmente, usando o modelo contínuo de Dirac de quatro bandas, nós também derivamos uma expressão geral para a condição de contorno de massa infinita em bicamada de grafeno, a fim de aplicar essa condição de contorno para calcular analiticamente os estados confinados e as correspondentes funções de onda em um ponto quântico em uma bicamada de grafeno na ausência e na presença de um campo magnético perpendicular. Nossos resultados analíticos apresentam boa concordância quando comparados com os resultados tight-binding.

Submitted by ANGEL EDUARDO OBISPO VASQUEZ null (signaux_fonce@hotmail.com) on 2016-03-10T21:30:19Z No. of bitstreams: 1 Tese final.pdf: 3148732 bytes, checksum: dc9e633bbfd74365e11b41baeb143eff (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-03-14T14:09:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 vasquez_aeo_dr_guara.pdf: 3148732 bytes, checksum: dc9e633bbfd74365e11b41baeb143eff (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-14T14:09:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 vasquez_aeo_dr_guara.pdf: 3148732 bytes, checksum: dc9e633bbfd74365e11b41baeb143eff (MD5) Previous issue date: 2016-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Desde aproximadamente o nal da década de 1970 efeitos quânticos e topológicos em sistemas da matéria condensada que são mostrados ocorrer a nível teórico em teoria quântica de campos têm atraído a atenção de físicos. Neste contexto, o grafeno representa uma das maiores vertentes de pesquisa dentro dos estudos das ciência dos materiais. O fato das excitações eletrônicas de baixa energia serem descritas por fermions de Dirac, estimulou uma relação frutífera entre a matéria condensada e a física de altas energias, fornecendo cenários propícios para o aparecimento de novos e exóticos fenômenos que são de grande interesse na física da matéria condensada atual. A presente tese aborda particularmente dois tópicos fundamentais da teoria quântica de campos: As Anomalias quânticas e o Fracionamento do número fermiônico. Especí camente, estamos interessados na realização de ambos fenômenos em redes de grafeno com deformações. No grafeno, um potencial vector de gauge axial surge como produto de deformações locais da rede, na forma de defeitos topológicos ou corrugações suaves. Analisaremos a in uência desses campos pseudomagnéticos nos estados eletrônicos para uma partícula, quando interagem com um campo magnético externo, considerando diferentes con gurações para esses campos. Estudamos o papel que desempenham os estados de modo-zero na indução de um número fermiônico fracionário e sua conexão com a anomalia de paridade. / Since approximately the late 1970s, topological quantum effects in condensed matter systems that are shown the occur at a theoretical level in quantum field theory have attracted the attention of physicists. In this context, the graphene is one of the major lines of research within the studies of materials science. The fact that the electronic excitations of low energy are described by Dirac fermions, stimulating a fruitful relationship between condensed matter and high energy physics, providing favorable scenarios for the arising of new and exotic phenomena which are of great interest in the current condensedmatter physics. This thesis addresses particularly two key topics of quantum field theory: Quantum anomalies and the fermion number fractionalization. Specifically, we are interested in performing both phenomena in deformed graphene lattice. In graphene, an axial vector potential arises as the result of local deformations on the lattice, as topological defects or soft corrugations. We analyze the ináuence of these pseudo-magnetic fields on the one-particle states, when interacting with a background magnetic field, for differents conÖguration for the fields. We study the role played by zero-mode states in fractional fermion number induced and its connection with the anomaly of parity.

Orientador: Devaney Ribeiro do Carmo / Resumo: Este trabalho apresenta a preparação do óxido de grafeno (OG) através do Método de Hummers Modificado e subsequente modificação química de sua superfície com nanopartículas de pentacianonitrosilferrato(III) de cobre (OGCuNP). Os materiais obtidos foram caracterizados por diferentes técnicas, tais como: Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier, Espectroscopia Raman, Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios-X, Microscopia Eletrônica de Varredura, Microscopia Eletrônica de Transmissão e Difração de Raios-X. O OGCuNP foi caracterizado por Voltametria Cíclica, empregando um eletrodo de pasta de grafite. O voltamograma cíclico do OGCuNP exibiu dois pares redox bem definidos com potencial médio (Eθ’) de 0,27 V e 0,77 V, para o primeiro e segundo par redox, que foram atribuídos aos processos redox Cu(I)/Cu(II) e Cu(II)Fe(II)(CN)5NO/Cu(II)Fe(III)(CN)5NO, respectivamente. O eletrodo de pasta de grafite modificado com OGCuNP apresentou resposta eletrocatalítica à três substâncias, a saber: hidrazina, isoniazida e N-acetilcisteína. Para a eletro-oxidação catalítica da hidrazina, o eletrodo de pasta de grafite modificado com OGCuNP apresentou resposta linear com concentração em um intervalo de 1,0×10-5 a 5,0×10-3 mol L-1 de hidrazina, com limite de detecção de 1,58×10-6 mol L-1. O eletrodo modificado também exibiu atividade eletrocatalítica para isoniazida, nos picos anódicos I e II, apresentando limite de detecção de 6,93×10-5 mol L-1 e de 2,16×10-5... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents the prepare of graphene oxide (OG) by the Modified Hummers Method, besides the chemical modification of its surface with nanoparticles of copper pentacyanonitrosylferrate(III) (OGCuNP). The materials obtained were characterized by different techniques, such as: Fourier Transform Infrared Spectroscopy, Raman Spectroscopy, X-Ray Photoelectron Spectroscopy, Scanning Electron Microscopy, Transmission Electron Microcopy and X-Ray Diffraction. The OGCuNP was characterize by the Cyclic Voltammetry technique, where the graphite paste electrode was used. The cyclic voltammogram of the OGCuNP exhibited two well-defined redox pairs with medium potential (Eθ’) 0,27 V and 0,77 V, for the first em second redox process, attributed to the redox processes of Cu(I)/Cu(II) and Cu(II)Fe(II)(CN)5NO/Cu(II)Fe(III)(CN)5NO, respectively. The graphite paste electrode modified with OGCuNP presented electrocatalytic response for three substances: hidrazine, isoniazide and N-acetylcysteine. For catalytic electro-oxidation of hidrazine, the grafite paste electrode modified with OGCuNP presented linear response in the concentration between 1,0×10-5 and 5,0×10-3 mol L-1 of hidrazine, with detection limit of 1,58×10-6 mol L-1. The modified electrode too exhibited electrocatalytic activity for isoniazide for the both anodic peaks I and II, and it presented detection limit of 6,93×10-5 mol L-1 and 2,16×10-5 mol L-1 in a concentration range of 6,0×10-5 to 6,0×10-3 mol L-1 and 6,0×10-4 to 7,0×... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by ERNANE DE FREITAS MARTINS (ernanefmg@hotmail.com) on 2018-06-21T18:31:22Z No. of bitstreams: 1 Tese_Ernane_FINAL.pdf: 73762259 bytes, checksum: 783c569159077630257fc1df333452da (MD5) / Approved for entry into archive by Hellen Sayuri Sato null (hellen@ift.unesp.br) on 2018-06-22T17:57:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 martins_ef_dr_ift.pdf: 73762259 bytes, checksum: 783c569159077630257fc1df333452da (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-22T17:57:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 martins_ef_dr_ift.pdf: 73762259 bytes, checksum: 783c569159077630257fc1df333452da (MD5) Previous issue date: 2018-06-04 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Nanotechnology is an important and very active area of research contributing to many different fields. The development of new devices applied to personalized medicine is one of its applications. When we desire to develop new devices many effort are done, including experimental and theoretical investigations. The theoretical/computational physics can enormously contribute to this area, since the simulations can reveal the working mechanism in these systems being possible to understand and propose new devices with improved performance. We present an extensive theoretical investigation of the electronic transport properties of graphene-based devices for DNA sensing. We have used a hybrid methodology which combines quantum mechanics and molecular mechanics, the so called QM/MM method, coupled to electronic transport calculations using non-equilibrium Green’s functions. First, we studied graphene in solution in order to understand the effects of polarization on the electronic and transport properties under different salt concentrations. We also stud- ied graphene with Stone-Wales defect in pure water. For these systems we tested a simple polarization model based on rigid rods. Our analysis were also done over different QM/MM partitions including explicit water molecules in the quantum part. Our results showed that the inclusion of the solvent in the electronic transport calculations for graphene decreases the total transmission, showing the important role played by the water. Our results also showed that the electronic transport properties of graphene do not suffer significant changes as we increase the salt concentration in the solution. The inclusion of polarization effects in graphene, despite changing the structuring of water molecules that make up the first solvation shell of graphene, do not significantly affect the electronic transport through graphene. We then studied DNA sequencing devices. First we focused on sequencing using a nanopore between topological line defects in graphene. Our results showed that sequencing DNA with high selectivity and sensitivity using these devices appears possible. We also address nanogap in graphene. For this we looked at the effects of water on electronic transport by using different setups for the QM/MM partition. We showed that the inclusion of water molecules in the quantum part increases the electronic transmission in several orders of magnitude, also showing the fundamental role played by water in tunneling devices. The electronic transport simulations showed that the proposed device has the potential to be used in DNA sequencing, presenting high selectivity and sensitivity. We propose an graphene-based biochip for sequence-specific detection of DNA strands. The main idea of this sort of device is to detect hybridization of single-stranded DNA, forming double-stranded DNA. We showed that the vertical DNA adsorption, either through an anchor molecule (pyrene) or using the nucleotide itself as anchor, do not present good results for detection, since the signals for the single and double strands are quite similar. For the case of horizontal DNA adsorption on graphene our results indicated that the two signals can be distinguishable, showing promising potential for sensitivity and selectivity. / Nanotecnologia é uma importante e muito ativa área de pesquisa contribuindo para muitos campos diferentes. O desenvolvimento de novos dispositivos aplicados à medicina personalizada é uma de suas aplicações. Quando desejamos desenvolver novos dispositivos muitos esforços são feitos, incluindo investigações experimentais e teóricas. A Física teórica/computacional pode contribuir enormemente com esta área, já que simulações podem revelar o mecanismo de funcionamento nesses sistemas tornando possível entender e propor novos dispositivos com desempenho melhorado. Nós apresentamos uma extensa investigação teórica das propriedades de transporte eletrônico de dispositivos baseados em grafeno para sensoriamento de DNA. Utilizamos uma metodologia híbrida que combina mecânica quântica e mecânica molecular, o chamado método QM/MM, acoplado a cálculos de transporte eletrônico utilizando funções de Green fora do equilíbrio. Primeiramente nós estudamos grafeno em solução de modo a entender os efeitos de polarização nas propriedades eletrônica e de transporte em diferentes concentrações de sal. Também estudamos grafeno com defeito Stone-Wales em água pura. Para esses sistemas, testamos um modelo de polarização simples baseado em bastões rígidos. Nossas análises também foram feitas em diferentes partições QM/MM incluindo moléculas de água explícitas na parte quântica. Nossos resultados mostraram que a inclusão do solvente nos cálculos de transporte eletrônico para o grafeno diminui a transmissão total, mostrando o papel fundamento desempenhado pelo água. Nossos resultados também mostraram que as propriedades de transporte eletrônico do grafeno não sofrem mudanças significativas na medida em que aumentamos a concentração de sal na solução. A inclusão de efeitos de polarização em grafeno, apesar de mudar a estruturação das moléculas de água que compõem a primeira camada de solvatação do grafeno, não afeta significativamente o transporte eletrônico através do grafeno. Nós, então, estudamos dispositivos para sequenciamento de DNA. Focamos primeira- mente no sequenciamento usando nanoporo entre defeitos de linha topológicos no grafeno. Nossos resultados mostraram que o sequenciamento de DNA com alta seletividade e sensitividade usando esses dispositivos se mostra possível. Nós também abordamos nanogap em grafeno. Para tal, avaliamos os efeitos da água no transporte eletrônico utilizando diferentes configurações para a partição QM/MM. Mostramos que a inclusão de moléculas de água na parte quântica aumenta a transmissão eletrônica em várias ordens de grandeza, também mostrando o papel fundamental desempenhado pela água em dispositivos de tunelamento. As simulações de transporte eletrônico mostraram que o dispositivo proposto tem o potencial de ser usado em sequenciamento de DNA, apresentando alta seletividade e sensitividade. Propusemos um biochip baseado em grafeno para detecção de sequências específicas de fitas de DNA. A ideia principal desta classe de dispositivos é detectar a hibridização da fita simples de DNA, formando a fita dupla de DNA. Mostramos que a adsorção vertical de DNA, seja utilizando uma molécula âncora (pireno) ou utilizando o próprio nucleotídio como âncora, não apresenta bons resultados para detecção, já que os sinais para as fitas simples e dupla são bem próximos. Para o caso da adsorção horizontal de DNA em grafeno nossos resultados indicaram que os dois sinais podem ser distinguíveis, mostrando potencial promissor para sensitividade e seletividade.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:19:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MELLO_Waldomiro_2014.pdf: 2920239 bytes, checksum: a0ba2a82065620b41788d178ed20df21 (MD5) Previous issue date: 2014-11-29 / In this work we have compared the way graphene oxide nanoplatelets are nanostructured in bilayers of poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) and reduced graphene oxide stabilized in poly(sodium 4-styrenesulfonate) (GPSS), called as (PDDA-GPSS)n, with n representing the number of deposited bilayers. LbL (layer-by-layer) films were fabricated by the self-assembly technique throughout the dipping, spray and dynamic methodologies, available at Laboratory FINEP1, UFSCar, campus Sorocaba. When compared with other bottom-up strategies employed in the build-up of nanostructured ultrathin films, the LbL technique is simple, cheap and easy to handle, beside the incorporation of distinct materials in the film structure, not limited to the form and size of substrates. The times used for the polyelectrolytes in the dipping and dynamic methods were based on the kinetic growth of the (PDDA-GPSS)8 films. In the spray methodology the time used was based initially in the literature and further confirmed by experimental data considering pressure and spray time. All nanostructures formed were characterized by UV-vis spectroscopy, atomic force microscopy, scanning electron microscopy, profilometry and impedance spectroscopy. In all cases it was observed a linear growth of the LbL structures, pointing that the same amount of material was adsorbed at each deposition step. Films obtained from the dynamic methodology indicated higher amount of material adsorbed in the nanostructures, and by an adequate control of the parameters used in the self-assembly methods by physical adsorption one can make a fine tuning regarding to the spontaneous aggregation of the nanoplatelets at solid interfaces. / Neste trabalho comparamos a forma com a qual as nanofolhas de grafeno são nanoestruturadas em bicamadas de poli(cloreto de dialildimetilamônio) (PDDA) e grafeno estabilizado em poli(estireno sulfonato de sódio) (GPSS), designados por (PDDA-GPSS)n sendo n o número de bicamadas depositadas. Os filmes foram fabricados com a técnica de automontagem por adsorção física (LbL, do inglês Layer-by-Layer), utilizando os métodos de imersão, spray e dinâmico, disponíveis no Laboratório Finep1 da UFSCar, campus Sorocaba. Comparada a outras estratégias bottom-up empregadas na construção de filmes ultrafinos nanoestruturados, a técnica LbL é simples, barata e de fácil aplicação, além de permitir a incorporação de diferentes materiais, e não estar limitada quanto à forma e o tamanho dos substratos. Os tempos para a aplicação dos polieletrólitos por imersão e pelo método dinâmico foram estabelecidos com base nas cinéticas de crescimento de filmes (PDDA-GPSS)8. Para o método de spray os tempos foram estabelecidos inicialmente com base na literatura, e depois confirmados em ensaios de crescimento, tendo como variáveis a pressão de ar e o tempo de spray. As nanoestruturas foram caracterizadas por espectroscopia na região do ultravioleta e do visível, microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de varredura, perfilometria e espectroscopia de impedância. Em todos os casos foi observado crescimento linear das estruturas LbL, indicando mesma quantidade de material adsorvido a cada etapa de deposição. Os filmes obtidos pelo método dinâmico indicaram maior quantidade de material agregado nas nanoestruturas, e pelo controle adequado nos parâmetros utilizados nos métodos de automontagem por adsorção física podemos realizar um ajuste fino em relação à agregação espontânea de nanofolhas de grafeno em interfaces sólidas

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2016-03-15T13:04:40Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 6077553 bytes, checksum: 3cad3094833d2fdc458897bedccb4917 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-15T13:04:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 6077553 bytes, checksum: 3cad3094833d2fdc458897bedccb4917 (MD5) Previous issue date: 2014-08-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, we investigate in parallel physical and mathematical aspects inherent to the problem of confinement of massless Dirac fermions in graphene nanostructures. In a low energy approach, we propose models to describe confining systems in graphene and study how the choice of boundary conditions of the problem - or, equivalently, of domains of the Dirac operator - affects the physical properties of such systems. In this scenario, we concentrate essentially on the study of the physical behavior of graphene nanorings and nanoribbons in response to aspects such as topology, edge and interface geometry and interactions with external fields. At the same time, a rigorous investigation concerning formal aspects of the problem and the way that they manifest themselves physically is also performed. In light of the theory of linear operators on Hilbert spaces, we analyze the role played by the notion of self-adjointness in the problem and establish sets of boundary conditions physically acceptable in graphene, which mathematically corresponds to the definition of self-adjoint extensions of the Dirac Hamiltonian from the continuum description. Sets proposed in the treatment of some studied configurations are approached in this context. In addition, we present a particular study in which we examine the influence of topological defects on the physics of massive fermions in graphene in the presence of Coulomb and uniform magnetic fields. / Neste trabalho, investigamos paralelamente os aspectos físicos e matemáticos inerentes ao problema do confinamento de férmions de Dirac sem massa em nanoestruturas de grafeno. Em uma abordagem no limite de baixas energias, propomos modelos para descrever sistemas confinantes no âmbito da física do grafeno e estudamos de que modo a escolha das condições de contorno do problema - ou, equivalentemente, dos domínios do operador de Dirac - exercem influência sobre as propriedades físicas de tais sistemas. Neste cenário, concentramo-nos essencialmente no estudo do comportamento físico de nanoanéis e nanofitas de grafeno em resposta a aspectos como topologia, geometria de borda e interface e interações com campos externos. Ao mesmo tempo, também é realizada uma rigorosa investigação acerca dos aspectos formais do problema e do modo como eles se refletem fisicamente. À luz da teoria dos operadores lineares em espaços de Hilbert, analisamos o papel desempenhado pela noção de self-adjointness na modelagem do problema e estabelecemos conjuntos de condições de contorno fisicamente aceitáveis relativamente ao grafeno, o que corresponde matematicamente à definição de extensões auto-adjuntas do Hamiltoniano de Dirac da descrição do contínuo. Conjuntos propostos no tratamento de algumas das configurações estudadas são abordados neste contexto. Além disso, apresentamos um estudo à parte em que examinamos a influência de defeitos topológicos na física de férmions com massa no grafeno na presença de interações de Coulomb e de campos magnéticos uniformes.

Submitted by Vasti Diniz (vastijpa@hotmail.com) on 2017-09-19T14:26:49Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 24337857 bytes, checksum: 4dcf09dcc5c804cc2b7b0de0feb30331 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-19T14:26:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 24337857 bytes, checksum: 4dcf09dcc5c804cc2b7b0de0feb30331 (MD5) Previous issue date: 2013-03-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The Graphene is a two-dimensional(2-D) semiconductor crystal with null gap, where charge carriers behave as massless particles. In this speci c dynamics in the limit of low energies, the energy dispersion relation is linear, and this material can be described by massless Dirac equation contrasts with the semiconductors, for which the charge carriers are massive. In this framework, there is the problem of the electronic con nement in graphene because of tunneling. For overcome this di culty, is proposed a new model of quantum ring, based on Dirac oscillator and models of rings Tan-Inkson and Bakke- Furtado. From this new coupling, are obtainable the energy spectrum, persistent currents and positive spinors to a graphene sheet with / without topological defect type disclination by massless Dirac equation (2+1). / O grafeno e um cristal bidimensional(2-D) semicondutor com gap nulo, onde os portadores de cargas se comportam como part culas sem massa. Nesta din^amica espec ca, no limite de baixas energias, a rela c~ao de dispers~ao de energia e linear, sendo que este material pode ser descrito pela equa c~ao de Dirac sem massa contrastando com os semicondutores, cujos portadores de cargas t^em massa. Neste quadro, h a o problema do con namento eletr^onico no grafeno devido ao tunelamento. Para contornar esta di culdade, e proposto um novo modelo de anel qu^antico, baseado no oscilador de Dirac e nos modelos de an eis de Tan-Inkson e Bakke-Furtado. A partir desse novo acoplamento, s~ao obtidos o espectro de energia, as correntes persistentes e os espinores positivos para uma folha de grafeno com/sem defeito topol ogico do tipo desclina c~ao, via equa c~ao de Dirac (2+1) sem massa

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Parte 1.pdf: 442291 bytes, checksum: f948228d7caa220f7398d3b07a84b8cc (MD5) Previous issue date: 2011-10-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Graphite is the cheapest and the most abundant source to obtain graphene. For a large scale production of graphene and its application in nanocomposites, reduction of graphite oxide (GO) method has been currently used. The graphite oxidation causes an introduction of functional groups which leads to an increase in graphite interlayer distance, producing GO. The GO can be reduced either by chemical or thermal methods. Several polymer matrices have been utilized to produce graphene nanocomposites, one of them is the epoxy resin. One of the challenges to produce polymer nanocomposites is the total dispersion of the nanofillers into the matrix and a strong matrix/nanofillers interfacial adhesion to obtain enhanced final properties. The aim of this work was the production of reinforcements for application in epoxy matrix nanocomposites. From natural graphite, some reinforcements were produced, such as sonicated graphite (SG), exfoliated graphite by supercritical fluid of carbon dioxide (GE-scCO2), GO, expanded GO (EGO) and chemical reduced GO (RGO). Among these, only the SG, GO and EGO were utilized in nanocomposites production at concentrations of 0.025, 0.05, 0.075 e 0.1 wt% in epoxy resin based on diglycidyl ether of bisphenol-A (DGBEA). The results showed the graphite oxidation method was efficient to produce GO and both, chemical and thermal reduction methods, increases the thermal stability of the material, indicating high reduction level which was also verified by X-ray diffraction. The graphite exfoliation by scCO2 demonstrated to be a promising method for graphene production, although it had a low production rate. The results did not show significant changes in thermal stability and electrical conductivity of the nanocomposites, indicating an absence of a threshold percolation with the amounts of reinforcements studied. The most promising system to enhance mechanical properties of epoxy resin nanocomposites is that one with EGO, since it showed a tenacity increase and an improvement of ~70% in tensile strength, although the Young s modulus decreased. The results showed the reinforcements produced from the natural graphite have a great potential to be applied in structural nanocomposites, however to get more significant results on the properties evaluated, higher amounts of reinforcements and different dispersion methods should be studied further. / O grafite é a fonte mais abundante e de baixo custo para obtenção de grafeno. Para uma produção em larga escala de grafeno e sua aplicação em nanocompósitos, o método de redução do óxido de grafite (OG) tem sido o mais utilizado. Com a oxidação do grafite, grupos funcionais, são introduzidos na sua estrutura e causam o afastamento dos planos cristalinos do grafite, produzindo o OG. Sua redução pode ser realizada tanto por métodos químicos quanto térmicos. Várias matrizes poliméricas estão sendo utilizadas na produção de nanocompósitos com grafeno, dentre elas a resina epoxídica. Um dos desafios é proporcionar a dispersão total do nanoreforço na matriz e promover uma forte adesão interfacial matriz/nanoreforço para se obter melhores propriedades finais. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi produzir reforços a partir do grafite natural para aplicação em nanocompósitos poliméricos de matriz epoxídica. A partir do grafite natural, foram produzidos alguns reforços, como o grafite sonificado (GS), grafite esfoliado por fluido supercrítico de CO2 (GE-scCO2), OG, OG expandido (OGE) e OG reduzido quimicamente (OGR). Dentre estes, apenas o GS, OG e OGE foram utilizados na produção dos nanocompósitos, utilizando as concentrações de 0,025, 0,05, 0,075 e 0,1% m/m do reforço em matriz de resina epoxídica à base de éter diglicidílico do bisfenol A (DGEBA). Os resultados indicaram que o método de oxidação do grafite foi eficaz na produção de OG e que tanto a redução química quanto a térmica aumentou a estabilidade térmica do material, evidenciando alto grau de redução, comprovado também por difratografia de raios-X. A esfoliação do grafite por scCO2 se mostrou um método promissor na obtenção de grafeno, embora os resultados obtidos indicaram baixo rendimento de produção. Não foram observadas alterações significativas na estabilidade térmica e na condutividade térmica dos nanocompósitos, indicando que não se formaram redes de percolação nas concentrações estudadas. Os sistemas contendo OGE mostraram ser os mais promissores na melhoria das propriedades mecânicas, pois apresentou maior tenacidade e um incremento de até ~70% na resistência à tração, embora o módulo de Young tenha sido reduzido. Com base nestes dados, pode-se dizer que os reforços produzidos a partir do grafite natural possuem grande potencial para aplicação em nanocompósitos estruturais, porém para se obter resultados mais significativos a respeito das propriedades avaliadas, maiores concentrações de reforço e diferentes técnicas de dispersão devem ser estudadas.