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3) Síntese do grafite e nanofitas de grafeno

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Apresentação em tema: "3) Síntese do grafite e nanofitas de grafeno"— Transcrição da apresentação:

1 3) Síntese do grafite e nanofitas de grafeno
Vários métodos para produção de nanofitas de carbono por CVD. 1990 – Murayama e Maeda: nanofitas de grafeno  decomposição de hidrocarbonetos, com partículas de Fe na extremidade.

2 3) Síntese 2008 – Campos e Delgado: spray de gotículas de ferroceno em etanol, com tiofeno  nanofitas onduladas. Subramanyam: pirólise do ferroceno e THF  mistura cristalina de nanofitas de carbono e Fe.

3 Qualidade das nanofitas produzidas
3) Síntese Qualidade das nanofitas produzidas Tratamentos de alta temperatura melhoram o grau de cristalinidade e formam bordas nas camadas de grafite. Bordas mais estáveis para nanofitas  armchair ou zig-zag

4 Quantidade baixa de nanotubos descompactados
3) Síntese 2009 – Primeiro método para obter nanofitas de grafite a partir de nanotubos de carbono. Terrones: uso de partículas de metal como catalisador. 2010 – nanotubos facilmente descompactados  alta corrente elétrica. Quantidade baixa de nanotubos descompactados

5 3) Síntese

6 3) Síntese Outros métodos Litografia de Varredura por Tunelamento  gravação de átomos de carbono. Custo de produção inviável e quantidade limitada Clivagem Micromecânica de flocos de grafeno  remoção de flocos de grafite e deposição em uma superfície isolante. Caminho simples para medir propriedades elétricas

7 4) Defeitos e caracterização do grafeno
Deficiências estruturais que induzem mudanças estruturais significativas causadas pela presença de pentágonos ou heptágonos na malha hexagonal de carbono hibridizados sp2 Defeitos topológicos, também denominados defeitos Stone-Thrower-Wales, não resultam em grandes mudanças estruturais. É mostrada a formação de pares criada pela rotação individual da ligação carbono-carbono em 90º Dopagem consiste em substituir um átomo de carbono com um outro elemento dentro da rede hexagonal (aqui, N e P) ou aleatoriamente ou dopado com B e N

8 4) Defeitos D) Defeitos de carbono sp2 não-hibridizado, incluindo vacâncias, bordas, adatoms, interstitciais, cadeias de carbono, etc, E) Defeitos induzidos por “Folding” (dobra), que decorrem da deformação significativa da folha de grafeno, alterando seus orbitais. A direção da órbita é o então chamado eixo do vetor orbital (POAV). O ângulo entre o POAV e uma direção (ou seja, uma ligação) indica o grau da hibridação.

9 4) Defeitos Modelo molecular de uma estrutura híbrida com zigue-zague ligado por 5-7 correntes para um segmento armchair Modelo molecular ordenados por defeitos heptágono-pentágono em uma nanofita de grafeno híbrida Modelo molecular mostrando a transformação de quatro hexágonos adjacentes em um defeito ou defeito Stone-Thrower-Wales Imagens de HRTEM mostrando dois defeitos localizados nas bordas (círculos vermelhos) de um buraco em uma superfície de grafeno

10 Efeito Raman 4) Caracterização
Polarização dos elétrons na molécula com passagem da onda eletromagnética: - Molécula colocada em um campo elétrico sofre distorções. Separação de cargas induz dipolo  luz polarizada Mudança na polarização Espalhamento inelástico (Raman)

11 4) Caracterização - A banda G da banda de Raman de diferentes materiais de carbono sp2 hibridizados (nanotubos), medido na temperatura com E laser = 2,41 eV (514 nm). As setas apontam para defeito induzido nos picos G - O sinal p/n de dopagem decorre da substituição de átomos de boro ou nitrogênio, os vizinhos mais próximos do carbono na tabela periódica. - Os espectros de grafeno e SWCNTs é mostrado para comparação.

12 4) Caracterização Simulação de uma imagem de elétrons por microscopia de alta resolução de uma nanoestrutura de grafeno com um contorno formado por pentágonos e heptágonos onde as bordas das folhas mudam de armchair para zigue-zague. Simulação de imagem por STM do mesmo sistema que ilustra a falta de correspondência entre a imagem e a estrutura.

13 5) Aplicações Grafeno  Transmissores ultrarrápidos (terahertz), biossensores, filmes de HRTM. Perspectivas: - Novas reações catalíticas - Fabricação de sensores - Produção de transmissores de efeito de campo - Geração de eletrodo de bateria de lítio - Filtros de metais pesados - Condutores metais e cerâmica - Distribuição de fármacos

14 6) Conclusão A produção de nanofitas de grafeno é um campo em desenvolvimento  Surgimento de novos métodos de síntese. Desafio: integração do grafeno em dispositivos eletrônicos  outras camadas de materiais – ZnO, TiO2 - podem ser utilizados. Caminho para desenvolver a eletrônica em camadas e a ciência dos materiais  construção de outros tipos de dispositivos que utilizam diferentes tipos de nanofitas. Assim como em outras descobertas, abordagens teóricas e experimentais deverão ocorrer em sinergia.


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