Texto completo
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| Autor(es): |
Levi da Costa Felix
Número total de Autores: 1
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| Tipo de documento: | Tese de Doutorado |
| Imprenta: | Campinas, SP. |
| Instituição: | Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb Wataghin |
| Data de defesa: | 2022-09-12 |
| Membros da banca: |
Douglas Soares Galvão;
Maurice de Koning;
Renato Pavanello;
Caetano Rodrigues Miranda;
Paulo Sérgio Branício
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| Orientador: | Douglas Soares Galvão; Alexandre Fontes da Fonseca |
| Resumo | |
Do diamante ao grafite, materiais de carbono desempenham um papel importante na tecnologia atual. Devido à sua flexibilidade química através da presença de diferentes hibridizações de orbitais (sp, sp² e sp³), o carbono consegue formar uma grande variedade de estruturas com propriedades bastante distintas. Com o auxílio de ferramentas computacionais, estudamos o comportamento mecânico de várias nanoestruturas de carbono, de materiais porosos aos bidimensionais. Simulações de dinâmica molecular atomísticas foram implementadas de modo a investigar as propriedades mecânicas e de absorção de energia de schwarzitas, estruturas porosas de carbono baseadas nas superfícies mínimas triplamente periódicas. Deformações de compressão e estiramento foram aplicadas visando observar mecanismos de deformação e quantificar a rigidez. Duas estruturas de duas famílias diferentes (primitiva e giroide) foram estudadas, nas quais elas diferem principalmente pelo número relativo de anéis hexagonais e octogonais de carbono, os quais estão diretamente relacionados com o tamanho dos poros. Estruturas com poros maiores apresentam melhor desempenho para absorção de energia mecânica, ao passo que as com poros menores são mais rígidas. Resistência ao impacto balístico também foi investigada. Novamente, estruturas com poros maiores tem uma melhor capacidade de absorber a energia cinética do projétil. O caráter poroso das schwarzitas nos levou a investigar a resposta mecânica de um alótropo do carbono recentemente proposto chamado pentadiamante, uma rede porosa de anéis de carbono pentagonais com hibridização mista de sp² e sp³. Combinando a teoria do funcional da densidade com dinâmica molecular, investigamos a correspondência entre hibridização de orbitais e rigidez mecânica ao comparar o pentadiamante com schwarzitas e com o diamante. Resultados de localização eletrônica mostram que materiais mais rígidos tendem a possuir uma distribuição eletrônica mais localizada. Instabilidades mecânicas também foram encontradas no pentadiamante à temperatura finita através de simulações de dinâmica molecular, onde altas flutuações das posições atômicas ocorrem quando a estrutura é sujeita à níveis elevados de deformação, além do regime elástico. A mesma metodologia de usar modelagem molecular para estudar propriedades mecânicas é aplicada ao estudo da mecânica de algumas estruturas bidimensionais de carbono. A primeira consiste em uma monocamada suspensa de carbono amorfo (MAC), que foi recentemente sintetizada. Simulamos seu comportamento mecânico sob estiramento e evaporação térmica através de uma rampa de temperatura. Estes resultados são comparados aos do grafeno cristalino. MAC é mais dúctil enquanto possui valores de ponto de evaporação próximos do grafeno. Outro problema explorado nesta tese é o do diodo de fraturas em grafeno defeituoso. Seguindo trabalhos recentes, que sugerem uma manipulação da microestrutura introduzindo um arranjo de buracos triangulares em uma placa polimérica fina, estendemos estes conceitos para a nanoescala considerando uma monocamada de grafeno com a mesma manipulação da sua microestrutura. Observamos um efeito de retificação na direção de propagação de fratura. Este efeito é diretamente relacionado com o distanciamento entre cada buraco triangular. Outra característica interessante é que tal microestrutura permite que a fratura se propague somente na região onde os defeitos estão presentes. Tal sistema pode ser aplicado na projeção de dispositivos que a fratura, quando for inevitável, possa ser redirecionada a fim de evitar dano de componentes críticos (AU) | |
| Processo FAPESP: | 18/11352-9 - Propriedades estruturais, mecânicas e de transporte de schwarzitas |
| Beneficiário: | Levi da Costa Felix |
| Modalidade de apoio: | Bolsas no Brasil - Doutorado |