Simulação atomística de sistemas nanoestruturados

Abstract

Quase duas décadas atrás, a síntese do grafeno desencadeou uma série de novas investigações sobre materiais bidimensionais teoricamente promissores. Graças à crescente expansão do poder computacional as previsões de propriedades úteis para aplicações tecnológicas vêm se tornando cada vez mais consistentes com a realidade. Neste trabalho, simulações utilizando o método do Funcional da Densidade baseado em Tight Binding (DFTB) e dinâmica molecular com uso do potencial reativo AIREBO foram utilizadas para calcular pela primeira vez as propriedades mecânicas e eletrônicas de oito tipos de uma nova classe de materiais porosos bidimensionais baseados em carbono, os N-Carbofenos. Além disso, os cálculos foram aplicados também a outros materiais bidimensionais já conhecidos na literatura, para fins de comparação. Ao calcularmos as propriedades eletrônicas dos N-Carbofenos, verificamos a possibilidade do ajuste da largura do band gap dos N-Carbofenos quando aplicamos deformações uniaxiais e biaxiais em suas estruturas. Dessa forma, investigamos as origens de tais variações utilizando uma série de simulações considerando um modelo linear de N-fenileno, aplicando nele deformações específicas e posteriormente comparando seus efeitos com os obtidos no caso dos N-Carbofenos.

Almost two decades ago, the synthesis of graphene triggered a series of new investigations on theoretically promising two-dimensional materials. Thanks to the increasing expansion of computational power, the prediction of useful properties for technological applications is becoming more and more consistent with reality. In this work, simulations using the Density Functional based Tight Binding method (DFTB) and molecular dynamics with AIREBO reactive potential were used to calculate for the first time the mechanical and electronic properties of eight types of a new class of two-dimensional carbon-based porous materials, the N-Carbophenes. In addition, the calculations were also applied to other two-dimensional materials already known in the literature, for comparison purposes. When calculating the electronic properties of N-Carbophenes, we verified the possibility of deformation-driven gap tuning on their structures. Thus, we investigated the origins of such variations using a series of simulations considering a linear model of N-phenylene, applying specific strains to it and later comparing their effects with those obtained in the case of N-Carbophenes.