Transporte térmico em nanofitas de grafeno dopadas com N, B e SI

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2017
Autor(a) principal: Kipper, Ana Claudia
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/0013000003b96
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Física
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Física
Centro de Ciências Naturais e Exatas
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/15991
Resumo: The recent progress of the research on carbon nanostructures and the issue of thermal management have established a great demand in relation to the scientific understanding of thermal transport in these nanomaterials. In addition, these materials serve as fundamental blocks for the creation of new nanostructures with different physical properties that can be modified and controlled for specific applications. Experimental studies in this area are promising, but a greater understanding of these new structures and their properties is deficient. In this context, molecular dynamics simulation is a powerful tool for calculations of thermal conductivity and vibrational spectrum of the phonons. The objective of this work is to propose new nanostructures based on carbon, to obtain a better understanding of its thermal properties, in order to verify the applicability in nanodevices. In the first part of this thesis, we present the results of the thermal conductivity and the vibrational spectrum of the phonons in graphene sheets and graphene nanoribbons pristine, where we observe that the thermal conductivity in nanoribbons presents a reduction in relation to graphene sheets and that this behavior is due to the effect of edges. We also analyzed the behavior of thermal conductivity as a function of the graphene nanoribbons length and width, where we observed an increase in thermal conductivity as the sample size increased. In addition, we observed that the thermal conductivity presents a behavior of dependence with the temperature of the system. After characterizing the thermal properties of pristine graphene nanoribbons, we focused on possible strategies to control the heat transfer in these materials.One possibility is to explore the edge saturation and the doping of the graphene nanorinnons. Thus, we investigate the thermal conductivity in nanoribbons with saturated edges with hydrogen atoms and nanoribbons doped with nitrogen, boron and silicon atoms. The estimated thermal conductivity in saturated/doped nanoribbons is drastically reduced. A vibrational density analysis of the phonons is performed to explain this difference, showing that the density of the vibrational modes of the phonons are different when compared to pristine type nanoribbons.
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The objective of this work is to propose new nanostructures based on carbon, to obtain a better understanding of its thermal properties, in order to verify the applicability in nanodevices. In the first part of this thesis, we present the results of the thermal conductivity and the vibrational spectrum of the phonons in graphene sheets and graphene nanoribbons pristine, where we observe that the thermal conductivity in nanoribbons presents a reduction in relation to graphene sheets and that this behavior is due to the effect of edges. We also analyzed the behavior of thermal conductivity as a function of the graphene nanoribbons length and width, where we observed an increase in thermal conductivity as the sample size increased. In addition, we observed that the thermal conductivity presents a behavior of dependence with the temperature of the system. After characterizing the thermal properties of pristine graphene nanoribbons, we focused on possible strategies to control the heat transfer in these materials.One possibility is to explore the edge saturation and the doping of the graphene nanorinnons. Thus, we investigate the thermal conductivity in nanoribbons with saturated edges with hydrogen atoms and nanoribbons doped with nitrogen, boron and silicon atoms. The estimated thermal conductivity in saturated/doped nanoribbons is drastically reduced. A vibrational density analysis of the phonons is performed to explain this difference, showing that the density of the vibrational modes of the phonons are different when compared to pristine type nanoribbons.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO recente progresso da pesquisa em nanoestruturas de carbono e a questão do gerenciamento térmico estabeleceram uma grande demanda em relação a compreensão científica do transporte térmico nestes nanomateriais. Além disso, estes materiais servem como blocos fundamentais para a criação de novas nanoestruturas, com propriedades físicas diferenciadas, que podem ser modificadas e controladas visando aplicações específicas. Estudos experimentais nesta área são promissores, porém falta um maior entendimento destas novas estruturas e suas propriedades. Neste contexto, simulação de dinâmica molecular é uma ferramenta eficaz para cálculos de condutividade térmica e do espectro vibracionais dos fônons. O objetivo deste trabalho é propor novas nanoestruturas baseadas em carbono, buscar um melhor entendimento de suas propriedades térmicas, de modo a verificar a aplicabilidade em nanodispositivos. Na primeira parte desse trabalho, apresentamos os resultados da condutividade térmica e do espectro vibracional dos fônons em folhas de grafeno e nanofitas de grafeno pristina, onde observamos que a condutividade térmica em nanofitas apresenta uma redução em relação as folhas de grafeno e que este comportamento é devido ao efeito de bordas. Também analisamos o comportamento da condutividade térmica em função do comprimento e largura das nanofitas de grafeno, onde observamos um aumento na condutividade térmica conforme as dimensões da amostra aumentam. Além disso, observamos que a condutividade térmica apresenta um comportamento de dependência com a temperatura do sistema. Após a caracterização das propriedades térmicas das nanofitas de grafeno pristina, focamos nas possíveis estratégias para controlar o transporte de calor nestes materiais. Uma possibilidade é explorar a saturação das bordas e a dopagem das nanofitas de grafeno. Assim, investigamos a condutivdade térmica em nanofitas com bordas saturadas com átomos de hidrogênio e nanofitas dopadas com átomos de nitrogênio, boro e silício. A condutividade térmica estimada em nanofitas saturadas/dopadas é drasticamente reduzida. Uma análise de densidade vibracional dos fônons é realizada para explicar essa diferença, mostrando que a densidade dos modos vibracionais dos fônons são diferentes quando comparada as nanofitas tipo pristina.Universidade Federal de Santa MariaBrasilFísicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em FísicaCentro de Ciências Naturais e ExatasSilva, Leandro Barros dahttp://lattes.cnpq.br/2500664315353832Dorneles, Lucio Strazzaboscohttp://lattes.cnpq.br/7244173039310066Anversa, Jonashttp://lattes.cnpq.br/5704228266580089Maziero, Jonashttp://lattes.cnpq.br/1270437648097538Rossato, Jussanehttp://lattes.cnpq.br/2289911377012512Kipper, Ana Claudia2019-03-28T14:21:50Z2019-03-28T14:21:50Z2017-08-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/15991ark:/26339/0013000003b96porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2019-03-29T06:02:13Zoai:repositorio.ufsm.br:1/15991Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2019-03-29T06:02:13Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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