Propriedades estruturais e mecânicas de materiais baseados no grafeno

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2017
Autor(a) principal: Bizão, Rafael Amatte, 1988-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Grafeno - Propriedades mecânicas
Dinâmica molecular
Graphene - Mechanical properties
Molecular dynamics
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1633699
Resumo: Orientador: Douglas Soares Galvão
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spelling Propriedades estruturais e mecânicas de materiais baseados no grafenoStructural and mechanical properties of graphene-based materialsGrafeno - Propriedades mecânicasDinâmica molecularGraphene - Mechanical propertiesMolecular dynamicsOrientador: Douglas Soares GalvãoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb WataghinResumo: O grafeno é um material composto exclusivamente por átomos de carbono que foi recentemente isolado e possui baixa densidade, espessura atômica e excelentes propriedades eletrônicas, térmicas, óticas e mecânicas. Neste trabalho, realizamos simulações de dinâmica molecular clássica para caracterizar a elasticidade, resistência mecânica a aplicação de deformação, resistência mecânica ao impacto e tribologia de diferentes materiais baseados em grafeno. No capítulo 1, iniciamos com uma breve introdução ao grafeno, derivamos suas propriedades eletrônicas utilizando o método tight binding, descrevemos alguns materiais baseados em grafeno, o método de dinâmica molecular e algumas definições importantes de propriedades mecânicas. No capítulo 2, calculamos as propriedades mecânicas para uma nova família de nanoribbons de grafeno conhecida como nanowiggles. Nossos resultados mostraram que, assim como as propriedades eletrônicas, as propriedades mecânicas dos nanowiggles de grafeno também podem ser ajustadas de acordo com sua topologia. No capítulo 3, analisamos a resistência e a absorção de energia de folhas de grafeno sob impactos balísticos em alta velocidade. Mais especificamente, utilizamos um modelo analítico para conectar os resultados obtidos teoricamente em escala nano com os resultados experimentais obtidos em escala micro. Com isso, justificamos a diferença de uma ordem de grandeza obtida entre resultados teóricos e experimentais e sugerimos que o melhor aproveitamento do grafeno para esse tipo de aplicação se dá na utilização de poucas camadas. No capítulo 4 fizemos cálculos de dinâmica molecular para o processo de tribologia realizado experimentalmente pelos nossos colaboradores. Para tanto, utilizamos uma ponta de silício para estudar o atrito com um degrau formado pelo desnível de uma camada de grafeno para outra. Encontramos uma transição de um estágio em que a força normal é pequena (fazendo com que a ponta dobre a camada superior do degrau e vença a força van der Waals sem fraturar a borda) para outro estágio em que consideramos valores maiores de força normal, que acarretam uma translação da folha e consequentemente a quebra das ligações químicas. No capítulo 5 apresentamos as publicações resultantes do meu doutorado. Por fim, no capítulo 6 apresentamos as conclusões gerais e considerações finais do trabalhoAbstract: Graphene is a recently isolated material made exclusively by carbon atoms that has low density, atomic thickness and excellent electronic, thermal, optical and mechanical properties. In this study, we employed classical molecular dynamics simulations to characterize the elasticity, mechanical strength, mechanical resistance due to impact and tribology of different graphene-based materials. In chapter 1, we started with a brief introduction to graphene, derivated its electronic properties using the tight binding method, described some graphene-based materials, the molecular dynamics method and some important definitions of mechanical properties. In chapter 2, we calculated the mechanical properties for a new graphene nanoribbons family known as nanowiggles. Our results show that, like its electronic properties, the mechanical properties of graphene nanowiggles also can be tuned according to its topology. In chapter 3, we analised the strength and energy absortion of graphene sheets under high impact ballistic tests. More specifically, we utilised an analytical model to relate results obtained theoretically at nano scale with experimental results obtained at micro scale. Thereby, we justified the difference of one order of magnitude obtained between theoretical and experimental studies and suggested that the best performance of graphene for this kind of application would be obtained for few layers. In chapter 4 we did molecular dynamics calculations for the tribology process performed by our collaborators. We utilised a silicon tip to study the friction with the step edge formed by the difference of height between one layer and two layers graphene. We found a transition from a stage in which the normal force is small, enabling the superior layer to bend and afterwards overcome the van der Waals force without breaking any bond, for another stage with higher normal force that slides the superior layer and hence break chemical bonds. In chapter 5 we show the resulting publications of my PhD project. Lastly, in chapter 6 we show the general conclusions of this studyDoutoradoFísicaDoutor em CiênciasFAPESP2013/174685, 2015/146821CAPES1189628/2013[s.n.]Galvão, Douglas Soares, 1961-Fonseca, Alexandre Fontes daPirota, Kleber RobertoMuniz, André RodriguesSantos, Ricardo Paupitz Barbosa dosUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb WataghinPrograma de Pós-Graduação em FísicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASBizão, Rafael Amatte, 1988-20172017-11-10T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf90 f. : il.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1633699BIZÃO, Rafael Amatte. Propriedades estruturais e mecânicas de materiais baseados no grafeno. 2017. 90 f. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1633699. Acesso em: 28 fev. 2025.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1010098porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-03-19T11:52:26Zoai::1010098Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2020-03-19T11:52:26Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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