Propriedades eletromecânicas de nanoestruturas por microscopia de varredura por sonda

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

28/03/2012

RESUMO

Nesta tese apresentaremos estudos de propriedades eletromecânicas de nanotubos de carbono de parede simples (SWNTs), de lubrificantes sólidos (grafeno, dissulfeto de molibdênio e talco (ou pedra sabão)) e também de outros materiais esfoliáveis como seleneto de bismuto e mica. Durante a realização de todo o trabalho no Laboratório de Nanoscopia do DF-UFMG, contamos com uma intensa colaboração com o Laboratório de Estrutura Eletrônica (DF-UFMG), Laboratório de Espectroscopia e Imagens Espectroscópicas de Nano-Materiais (DF-UFMG) e com os Laboratórios de Espectroscopia Raman (tanto do DF/UFMG como da Dimat/Inmetro (RJ)). O comportamento de SWNTs mediante sua compressão radial foi investigado por Microscopia de Força Atômica (AFM). Observamos que a resposta de um nanotubo (com diâmetro d) à força F aplicada por uma ponta de AFM (com raio R) reescalada por Fd3/2(2R)-1/2 apresenta um comportamento universal que é função da deformação sofrida pelo tubo. A aplicação desse modelo à análise do módulo de Young radial do nanotubo leva a outro comportamento tipicamente universal, o qual explica as grandes variações desse parâmetro relatadas na literatura. Apresentamos ainda uma nova metodologia, baseada em imagens de Microscopia de Força Elétrica (EFM), para caracterização de nanotubos de carbono. Observamos diferenças nas respostas elétricas de tubos metálicos e semicondutores a um campo elétrico DC aplicado na ponta. Não apenas a intensidade das respostas é diferente, mas o perfil nas imagens de EFM é qualitativamente diferente para tubos metálicos e semicondutores, permitindo sua identificação. Baseados no resultado anterior, propomos uma nova perspectiva para controlar o comportamento elétrico de nanotubos de carbono semicondutores a partir de sua superfície de contato. Diversos tubos (metálicos e semicondutores) foram colocados em contato com diferentes materiais (via ponta de SPM) durante experimentos de injeção de carga. Os dados experimentais mostram que nanotubos semicondutores apresentam dois comportamentos distintos dependendo do material da ponta: para sondas de silício e sondas recobertas por algum filme metálico, eles apresentam uma resposta típica de tubos semicondutores. Contudo, em contato com pontas cobertas por um filme de diamante, nanotubos semicondutores adquirem um comportamento tipicamente metálico. Nanotubos metálicos, por outro lado, apresentam sempre seu comportamento característico, independente da natureza da sonda. Cálculos ab initio sugerem que o comportamento metálico dos tubos semicondutores é induzido por uma forte dopagem provocada pelo contato com diamante. Em amostras de grafeno de duas ou mais camadas, temos evidências teóricas e experimentais da diamantização, induzida por compressão, a qual dá origem a um novo material 2D. Quando estas camadas de grafeno são comprimidas na presença de água, cálculos ab initio preveem que os grupos hidroxila estabilizam a hibridização sp3 das duas camadas de carbono mais externas, criando uma monocamada de diamante hidroxilado, ou Diamondol, o qual é um isolante ferromagnético. Experimentos de EFM, Microscopia de Força Magnética (MFM) e espectroscopia Raman foram realizados na tentativa de observar esse novo material. Os dados de EFM mostram uma inibição na quantidade de carga injetada em bicamadas e multicamadas de grafeno, a qual é reversível, dependente da quantidade de água na superfície e ausente em monocamadas. Medidas magnéticas revelam a possibilidade de obtenção do Diamondol permanente. Espectros Raman, nas amostras permanentes, indicam que este pode ser um caminho promissor para a confirmação estrutural da rehibridização. Finalmente, serão apresentados resultados referentes à resposta mecânica de grafeno, h-BN (Nitreto de Boro), talco (ou pedra sabão), mica, Bi2Se3 (Seleneto de Bismuto) e MoS2 (Dissulfeto de Molibdênio) submetidos à compressão e cisalhamento, simultâneos, produzidos pela ponta de AFM. A resposta é caracterizada por uma expansão vertical quando os materiais lubrificantes sólidos são comprimidos. O efeito é proporcional a força aplicada, não ocorre na ausência de cisalhamento, aumenta com a velocidade, é anisotrópico e reversível. É também similar, em magnitude, em poucas camadas de grafeno, h-BN, talco e MoS2, mas está ausente em monocamadas de grafeno, poucas camadas de mica e Bi2Se3. O mecanismo físico proposto para explicar o efeito leva em conta a combinação entre a força compressiva e o cisalhamento promovido pela ponta, o qual induz um enrugamento dinâmico nas camadas superiores dos materiais onde é observado.

ASSUNTO(S)

física teses.

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