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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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:123456789/20547 |
| Date | 16 March 2018 |
| Creators | Dias, Rafael Freitas |
| Contributors | Pereira, Afrânio Rodrigues, Batista, Ronaldo Junio Campos |
| Publisher | Universidade Federal de Viçosa |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFV, instname:Universidade Federal de Viçosa, instacron:UFV |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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