Investigação da assinatura Raman de monocamadas de γ−grafinos: uma abordagem por primeiros-princípios
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Universidade Federal de Lavras
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Departamento de Física
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Física
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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
Os alótropos de carbono se distinguem pela sua estrutura e por sua hibridização. Como exem-
plos, temos o diamante, no qual os átomos têm hibridização sp3
, a grafita, os nanotubos de
carbono, grafeno e fulereno, nos quais o carbono apresenta hibridização sp2
, e os grafinos,
também conhecidos como graphynes, nos quais o carbono apresenta ambas hibridizações sp
e sp2
. Nos grafinos estudados neste trabalho, as ligações C −C que conectam anéis benzê-
nicos no grafeno são substituídas por unidades de acetileno, gerando estruturas cristalinas de
padrão hexagonal, com espessura de apenas um átomo, com poros de diâmetros maiores. Essas
diferenças estruturais resultam em uma ampla variedade de propriedades mecânicas, ópticas,
químicas e eletrônicas, refletindo em diferentes perspectivas de aplicações. Em 2010 e 2018 os
grafinos formados por cadeias de dois e quatro acetilenos, denominados graphdiyne e graphte-
trayne, respectivamente, foram sintetizados. Eles têm propriedades de semicondutor no caso do
graphdiyne em sua forma volumétrica (bulk). Suas aplicações são vastas, desde baterias a filtros
moleculares. A espectroscopia Raman é uma técnica barata, rápida, e geralmente não destrutiva
para caracterização da estrutura por meio do estudo das vibrações de nanomateriais, e de ampla
utilização em materiais à base de carbono. Porém, um estudo sistemático sobre as diferenças
das respostas espectroscópicas vibracionais para grafinos com diferentes composições de ace-
tileno ainda é necessário. Neste trabalho utilizamos cálculos por primeiros princípios (DFT)
para simular o espectro Raman de monocamadas de grafinos com uma, duas, três, quatro, cinco
e seis unidades de acetileno. Nossos resultados podem ajudar na identificação do tipo de gra-
fino sintetizado, além de revelar detalhes do padrão das vibrações atômicas e suas simetrias,
fornecendo estratégias fundamentais para a arquitetura de novas aplicações desses materiais.
Abstract
Carbon allotropes are distinguished by their structure and hybridization. Some examples are the
diamond, in which atoms are hybridized to sp3
, graphite, carbon nanotubes, graphene and ful-
lerene, in which carbon is hybridized to sp2
, and graphynes , in which carbon has both sp and
sp2 hybridizations. In graphynes, studied in this work, the C −C bonds that connect benzene
rings in the graphene are replaced by acetylene units, generating single-atom hexagonal-pattern
crystalline structures with larger diameter of the pores. These structural differences result in
a wide variety of mechanical, optical, chemical and electronic properties, reflecting in diffe-
rent application perspectives. In 2010 and 2018 the graphines formed by chains of two and
four acetylenes, called graphdiyne and graphtetrayne, respectively, were synthesized. They
have semiconductor properties in the case of graphdiyne in its volumetric form. Their appli-
cations are vast, from batteries to molecular filters. Raman spectroscopy is a cheap, fast, and
generally non-destructive technique for structure characterization through the study of nano-
materials vibrations and widely used in carbon based materials. However, a systematic study
of the differences in vibrational spectroscopic responses for graphynes with different acetylene
compositions is still required. In this work we use first principle calculations (DFT) to simulate
the Raman spectrum of graphyne monolayers with one, two, three, four, five and six acetylene
units. Our results can help in the identification of the type of synthesized graphyne and reveal
details of the atomic vibration patterns and their symmetries, providing key strategies for the
architecture of new applications of these materials.
Descrição
Área de concentração
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
Palavras-chave
ISBN
DOI
Citação
GARCIA, J. M. de A. Investigação da assinatura Raman de monocamadas de γ−grafinos: uma abordagem por primeiros-princípios. 2019. 64 p. Dissertação (Mestrado em Física) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.
